CN206789310U - 核电站乏燃料冷却回路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于核电站冷却技术领域，旨在提供一种核电站乏燃料冷却回路，该核电站乏燃料冷却回路通过在冷却管道的管壁上开设至少一个靠近出口端的虹吸破坏孔，其中，各虹吸破坏孔均与冷却管道相通且均位于冷却管道的最高处，另外，各虹吸破坏孔的孔径范围为10mm～50mm，这样，当核电站乏燃料冷却回路或与之相连的其它回路的冷却管道存在断裂处或破口时，该核电站乏燃料冷却回路即可快速并彻底地破坏乏燃料水池内的冷却液通过冷却管道发生虹吸流动，从而防止乏燃料水池内的冷却液从断裂处或破口中流出甚至排空，进而确保乏燃料水池内贮存的乏燃料的安全性，避免放射性物质泄露的风险。

Description

核电站乏燃料冷却回路

技术领域

本实用新型属于核电站冷却技术领域，更具体地说，是涉及一种核电站乏燃料冷却回路。

背景技术

核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放的能量产生电能的发电厂。乏燃料是在核反应堆中烧过的核燃料，具体地，核燃料在反应堆内经中子轰击发生核反应，经过一定时间后从反应堆内卸出，卸出的燃料因其铀含量降低，无法继续维持核反应，因而，称之为乏燃料。乏燃料中含有大量的放射性元素，具有很强的放射性，且在衰变过程中会释放出很高的衰变热，因而需要妥善的处理，否则会造成很大安全隐患。

目前，核电站内均建有乏燃料水池，在反应堆的一个运行周期结束后，就会将反应堆中卸下的乏燃料暂时储存在乏燃料水池中，以便在乏燃料水池配置的冷却装置的作用下，将其衰变热带出从而得到冷却。具体地，乏燃料水池装满了冷却液，其水位高出乏燃料，在冷却装置的热交换器作用下，水池内的冷却液得到循环流动，从而将乏燃料的衰变热带出。

现有技术中，乏燃料经过乏燃料水池冷却和处理的系统(简称为PTR系统)主要由反应堆水池、乏燃料水池、换料水箱和它们所连接的冷却、净化、充水和排水回路组成。为便于在意外情况下，乏燃料中的衰变热仍然能被导出，通常，核电站内还设置有核电站全厂断电事故序列和余热排出系统(简称为RRA系统)，以作为PTR系统的应急系统。

核电站的原始设计内并没有考虑到乏燃料水池快速排空的风险，但在实际运行中，乏燃料水池可能会通过水池衬里泄漏、水闸门密封失效、虹吸现象排 水、冷却管线误排水等方式快速地排空。以虹吸现象排水为例，现今，部分核电站中其乏燃料水池的冷却管道插入到乏燃料水池的底部，这样，如果乏燃料水池冷却管道或与之连通的其它系统(如RRA系统)的管道发生断裂或出现破口，由于乏燃料水池的水位和破口之间的重力势差及重力的作用，可能会导致虹吸现象的发生，由此，乏燃料水池内的冷却液将会沿管道通过断裂口或破口流出，进而引起乏燃料水池内的水位降低，甚至排空，引发乏燃料的包壳破损和燃料芯块的熔化，带来放射性物质泄漏的风险。

现有技术中，为防止上述虹吸现象引起乏燃料水池内的冷却液意外排空，核电站内设计了一套安全措施，具体地，如图1所示，在乏燃料水池10的冷却管道300的驼峰处，也即最高位置处安装虹吸破坏管322b，其中，该管道为一垂直圆管道，管道内径为19.05mm，其管口深入到乏燃料水池10的冷却液20的液面21下约25cm处，当虹吸流引发乏燃料水池10的水位降低至虹吸破坏管322b的管口处时，虹吸破坏管322b的管口露出液面21，空气则通过虹吸破坏管322b进入PTR系统的管道，以破坏虹吸现象，阻断虹吸流动，以防乏燃料水池10内的水位进一步降低。

然而，在福岛事故后，有些核电站发现乏燃料水池的冷却管道上安装的虹吸破坏管并不能有效地阻断虹吸流动，可见，在一些极端的工况下，即使虹吸破坏管内的冷却液已经排空，空气进入主管道，虹吸流动也不一定能够中止，由此，乏燃料水池内的冷却液仍然存在因虹吸现象而快速流失的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种核电站乏燃料冷却回路，用以解决现有技术中无法彻底地排除乏燃料水池内的冷却液因虹吸现象而快速流失的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种核电站乏燃料冷却回路，有时，该核电站乏燃料冷却回路还可连通到所述核电站乏燃料 冷却回路的应急回路中，其中，该核电站乏燃料冷却回路包括贮存有冷却液和配置有冷却装置的乏燃料水池，所述冷却装置包括设有入口端和出口端的冷却管道，所述冷却管道的入口端插设于所述乏燃料水池内并位于所述冷却液的液面以下，所述冷却管道的出口端插设于所述乏燃料水池内，所述出口端开设有供所述冷却液流出的出口，所述出口靠近所述乏燃料水池的池底；

所述冷却管道的管壁上开设有至少一个靠近所述出口端的虹吸破坏孔，各所述虹吸破坏孔均与所述冷却管道相通且均位于所述冷却管道的最高处，各所述虹吸破坏孔的孔径范围为10mm～50mm。

进一步地，所述冷却管道的出口端设有驼峰部，所述驼峰部位于所述冷却管道的最高处；各所述虹吸破坏孔位于所述驼峰部上。

进一步地，各所述虹吸破坏孔均位于所述驼峰部的靠近所述冷却液液面的一侧上。

进一步地，所述驼峰部横向设置。

进一步地，各所述虹吸破坏孔间隔设置，且“一”字排开。

优选地，所述虹吸破坏孔的孔数为1个。

进一步地，所述驼峰部设有虹吸破坏管，所述虹吸破坏管的一端与所述冷却管道连通，另一端插设于所述冷却液内。

进一步地，所述虹吸破坏管的内径大于19mm，且小于所述冷却管道的内径。

优选地，所述虹吸破坏管的内径范围为19mm～50.5mm。

与现有技术相比，本实用新型提供的核电站乏燃料冷却回路的有益效果在于：

该核电站乏燃料冷却回路通过在冷却管道的管壁上开设至少一个靠近出口端的虹吸破坏孔，其中，各虹吸破坏孔均与冷却管道相通且均位于冷却管道的最高处，另外，各虹吸破坏孔的孔径范围为10mm～50mm，这样，当该核电站乏燃料冷却回路或与之连通的应急回路等其它回路的冷却管道存在断裂处或破 口时，由各虹吸破坏孔进入的空气即可快速并彻底地将冷却管道内的冷却液阻断在各虹吸破坏孔的靠近乏燃料水池的一侧，由此，破坏了冷却管道内的虹吸流动，从而防止乏燃料水池内的冷却液通过断裂处或破口流出甚至排空，进而确保了乏燃料水池内贮存的乏燃料的安全性，避免放射性物质泄漏的风险。

附图说明

图1是现有技术中乏燃料水池内的冷却液发生虹吸流动时核电站乏燃料冷却回路的示意简图；

图2是本实用新型实施例中核电站乏燃料冷却回路的示意简图；

图3是图2中A处的局部放大示意图。

附图中的标号如下：

10乏燃料水池、20冷却液、21液面、30冷却装置、31泵、32换热器、40破口；

300冷却管道、310入口端、320出口端、321出口、322驼峰部、322a虹吸破坏孔、322b虹吸破坏管。

具体实施方式

为了使本实用新型的所要解决的技术问题、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。

还需说明的是，本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图2和图3所示，为本实用新型一较佳实施例提供的一种核电站乏燃料冷却回路。

如图2所示，该核电站乏燃料冷却回路包括乏燃料水池10，其中，该乏燃料水池10贮存有冷却液20，另外，为便于将冷却液20内的热量带出，乏燃料水池10上配置有冷却装置30。再如图2所示，冷却装置30包括冷却管道300，该冷却管道300设有入口端310和出口端320。为便于冷却液20得到循环冷却，冷却管道300的入口端310插设于乏燃料水池10内，且该入口端310并位于冷却液20的液面21以下，冷却管道300的出口端320插设于乏燃料水池10内，另外，为方便冷却液20从冷却管道300的入口端310流出经冷却后从出口端320中流出并进入到乏燃料水池10内，该出口端320开设有出口321，其中，该出口321靠近乏燃料水池10的池底。

再如图2所示，为使乏燃料水池10内的冷却液20得到循环冷却，在本实施例中，冷却装置30还包括泵31和换热器32，具体地，从冷却管道300的入口端310流出的冷却液20，经泵31泵压后再经换热器32换热，冷却后的冷却液20经冷却管道300的出口端320流出，进入到乏燃料水池10内。

为防止冷却液20经冷却管道300从冷却管道300的断裂处或破口40中排出甚至排空，冷却管道300的管壁上开设有至少一个靠近出口端320的虹吸破坏孔322a，如图2和图3所示，各虹吸破坏孔322a均与冷却管道300相通，且各虹吸破坏孔322a均位于冷却管道300的最高处。不仅如此，各虹吸破坏孔 322a的孔径范围为10mm～50mm。

可以理解地，各虹吸破坏孔322a为圆孔，当然，理论上，各虹吸破坏孔322a可以呈其它形状，只需要其排量与呈上述孔径大小的圆孔的排量相同即可。

需说明的是，在实际应用中，以乏燃料水池为例，各虹吸破坏孔322a的具体孔径应根据各核电站中乏燃料水池10的实际情况而定。当然，若冷却管道300上还连接有虹吸破坏管322b，则还需要综合乏燃料水池10和虹吸破坏管322b的实际情况而定。

还需说明的是，该核电站乏燃料冷却回路，有时还连通有其它系统，如RRA系统等，可以理解地，无论断裂处或破口40发生在核电站乏燃料冷却回路还是发生在与核电站乏燃料冷却回路连通的其它回路，从各虹吸破坏孔322a内进入的空气对流向断裂处或破口40方向的冷却液20所产生的反向压力即可与乏燃料水池10内的冷却液20所承受的大气压力P相抗衡，并以此快速且彻底地将冷却管道300内的冷却液20阻挡在各虹吸破坏孔322a的靠近乏燃料水池10的一侧，由此破坏冷却管道300内的虹吸流动，从而，防止乏燃料水池10内的冷却液20通过断裂处或破口40流出甚至排空，进而确保乏燃料水池10内贮存的乏燃料和安全性，避免放射性物质从该核电站乏燃料冷却回路中泄漏出去。

进一步地，在本实用新型提供的一较佳实施例中，如图2和图3所示，通常，冷却管道300的出口端320设有驼峰部322，其中，该驼峰部322位于冷却管道300的最高处，且该驼峰部322横向设置，并具有一段长度，也即是说，驼峰部322即为一横向设置的具有一定长度的一段冷却管道300，且这段冷却管道300位于整个冷却管道300的最高处。再如图2和图3所示，显然，各虹吸破坏孔322a位于驼峰部322上。

进一步地，在本实用新型提供的一较佳实施例中，如图2和图3所示，为便于加强虹吸流动的破坏能力，各虹吸破坏孔322a均位于驼峰部322的靠近冷却液20液面21的一侧上，换句话说，各虹吸破坏孔322a均位于驼峰部322的 与冷却液20的液面21的垂直距离最短的位置处。显然，各虹吸破坏孔322a间隔设置。另外，为进一步加强虹吸流动的破坏能力，各虹吸破坏孔322a“一”字排开。具体在本实施例中，优选地，虹吸破坏孔322a的孔数为1个。

进一步地，在本实用新型提供的一较佳实施例中，如图2和图3所示，为进一步地破坏虹吸流动，驼峰部322设有虹吸破坏管322b，其中，虹吸破坏管322b的一端与冷却管道300连通，另一端插设于冷却液20内。具体在本实施例中，虹吸破坏管322b的另一端深入到冷却液20的液面21约25cm以下。需说明的是，各虹吸破坏孔322a可以位于虹吸破坏管322b的左侧和/或右侧，在实际应用中，人们可以根据实际需要来确定各虹吸破坏孔322a与虹吸破坏管322b之间的相对位置。

进一步地，在本实用新型提供的一较佳实施例中，如图2和图3所示，为进一步地破坏虹吸流动，虹吸破坏管322b的内径大于19mm，且小于冷却管道300的内径。优选地，虹吸破坏管322b的内径范围为19mm～50.5mm。

需说明的是，在本实施例中，具体地，乏燃料水池10为一长方形混凝土结构的水池，其中，乏燃料水池10的面积约为107m²，水池底部的标高为7.5m，水池顶部的标高为19.65m，水池顶端距离底端的距离为12.65m。正常运行时，乏燃料水池10内的冷却液20液面21的标高为19.50m±3cm。另外，冷却管道300的驼峰部322处的标高为19.65m，且驼峰部322的水平长度为960mm。如图2和图3所示，若冷却管道300设置有虹吸破坏管322b，则该虹吸破坏管322b为垂直管道，且其长度为400mm。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.核电站乏燃料冷却回路，包括贮存有冷却液和配置有冷却装置的乏燃料水池，所述冷却装置包括设有入口端和出口端的冷却管道，所述冷却管道的入口端插设于所述乏燃料水池内并位于所述冷却液的液面以下，所述冷却管道的出口端插设于所述乏燃料水池内，所述出口端开设有供所述冷却液流出的出口，所述出口靠近所述乏燃料水池的池底，其特征在于：所述冷却管道的管壁上开设有至少一个靠近所述出口端的虹吸破坏孔，各所述虹吸破坏孔均与所述冷却管道相通且均位于所述冷却管道的最高处，各所述虹吸破坏孔的孔径范围为10mm～50mm。

2.如权利要求1所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：所述冷却管道的出口端设有驼峰部，所述驼峰部位于所述冷却管道的最高处；各所述虹吸破坏孔位于所述驼峰部上。

3.如权利要求2所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：各所述虹吸破坏孔均位于所述驼峰部的靠近所述冷却液液面的一侧上。

4.如权利要求3所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：所述驼峰部横向设置。

5.如权利要求4所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：各所述虹吸破坏孔间隔设置，且“一”字排开。

6.如权利要求5所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：所述虹吸破坏孔的孔数为1个。

7.如权利要求2至6任一项所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：所述驼峰部设有虹吸破坏管，所述虹吸破坏管的一端与所述冷却管道连通，另一端插设于所述冷却液内。

8.如权利要求7所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：所述虹吸破坏管的内径大于19mm，且小于所述冷却管道的内径。

9.如权利要求8所述的核电站乏燃料冷却回路，其特征在于：所述虹吸破 坏管的内径范围为19mm～50.5mm。

10.核电站乏燃料冷却回路，所述核电站乏燃料冷却回路连通所述核电站乏燃料冷却回路的应急回路，且所述核电站乏燃料冷却回路包括贮存有冷却液和配置有冷却装置的乏燃料水池，所述冷却装置包括设有入口端和出口端的冷却管道，所述冷却管道的入口端插设于所述乏燃料水池内并位于所述冷却液的液面以下，所述冷却管道的出口端插设于所述乏燃料水池内，所述出口端开设有供所述冷却液流出的出口，所述出口靠近所述乏燃料水池的池底，其特征在于：所述冷却管道的管壁上开设有至少一个靠近所述出口端的虹吸破坏孔，各所述虹吸破坏孔均与所述冷却管道相通且均位于所述冷却管道的最高处，各所述虹吸破坏孔的孔径范围为10mm～50mm。