[發明專利]脫除核電站反應堆冷卻劑中溶解氣體的脫氣裝置及其方法

有效

• 申請號: 201310329051.4
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103405945A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陸杰;林鵬;劉夏杰;鄭偉;呂永紅;李晴;李戰;張言濱;梁永志;劉峰;王騰蛟;張艷偉;周東升;陳明周;向文元
• 申請（專利權）人: 中科華核電技術研究院有限公司;中國廣核集團有限公司
• 主分類號: B01D19/00
• 分類號: B01D19/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;郝傳鑫

技術領域

本發明涉及核工業技術，尤其涉及脫除核電站反應堆冷卻劑中溶解氣體的脫氣裝置及其脫氣方法。

背景技術

反應堆冷卻劑中存在著由運行產生的溶解的、不可冷凝的氣體，例如氫氣、氧氣、氮氣及多種放射性氣體，如氙氣（Xe）和氪氣（Kr）。這些氣體在冷卻劑中的存在大都是有害的：氫氣是易燃易爆氣體，在反應堆冷卻劑循環系統啟動時存在爆炸風險；冷卻劑中溶解的氧氣只允許有極低的濃度（例如5ppb），因為在高溫運行條件下氧氣會對管道和其他設備造成嚴重的腐蝕；同時，在環保指標日益嚴格的要求下，對能夠經過中子轟擊轉化為¹⁴C的溶解氮也開始格外關注，務必減少產生¹⁴C的源頭；而放射性氣體對人的身體有害。因此，有必要對反應堆冷卻劑中溶解的、不可冷凝的氣體的含量加以控制。尤其是在開啟反應堆頂蓋之前時，必須脫除會對人體造成傷害的放射性氣體及易燃易爆的氫氣，及關閉反應堆蓋后或反應堆初次運行注入冷卻劑時，需對冷卻劑深度脫氧。另外，脫除冷卻劑中的溶解氣體也是壓水堆核電站硼酸回收系統的一個關鍵步驟，硼酸回收系統接收化學和溶劑控制系統、核島排氣和疏水系統的可復用反應堆冷卻劑，即含硼酸的水，并對其進行凈化（過濾和除鹽）、除氣和硼水分離處理。

大多數核電站，例如大亞灣核電站，目前采用熱力法脫氣技術來脫除冷卻劑中的溶劑氣體。即將冷卻劑輸送至脫氣塔的頂部，其由于重力在塔內從上往下滴，而同時蒸汽從下往上升，冷卻劑與蒸汽相遇，在接觸過程中進行氣液傳質，將溶解于冷卻劑中的氣體，例如氫氣、氧氣和放射性氣體等被蒸汽帶走并向上傳送至塔頂，從而實現冷卻劑的脫氣過程。

然而熱力法脫氣技術存在如下缺陷：（1）會消耗反應堆約為3MW的熱功率，這些熱功率可轉化約為1MW的電功率，即每小時浪費約1/1000百萬千瓦級壓水堆核電站發電量；（2）雖然熱力法脫氣技術為上個世紀70年代的技術，但因為脫氣塔及其附屬設備制造成本高，設計工藝及鑒定方法難度大，尚未實現國產化，一直依賴進口。為此，需要尋求技術突破，并進一步降低反應堆冷卻劑中溶解的放射性氣體、氧氣、氮氣的指標，低能耗的深度脫氣成為技術發展的方向。

所以亟待一種能耗少、制造成本低，設備簡單，脫除率高的脫除核電站反應堆冷卻劑中溶解氣體的脫氣裝置及其脫氣方法。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種能耗少、制造成本低，設備簡單，脫除率高的脫除核電站反應堆冷卻劑中溶解氣體的脫氣裝置。

本發明的另一個目的在于提供一種能耗少、運行成本低，配套設備簡單，脫除率高的脫除核電站反應堆冷卻劑中溶解氣體的脫氣方法。

為實現上述目的，本發明提供一種脫除核電站反應堆冷卻劑中溶解氣體的脫氣裝置，用于脫除可復用的冷卻劑中的溶解氣體，包括用于儲存所述冷卻劑的前置貯存箱、與所述前置貯存箱相連通且位于其下游的脫氣膜單元，以及與所述脫氣膜單元相連通的真空泵及供氮裝置，所述脫氣膜單元用于接收所述冷卻劑并脫除所述冷卻劑中的溶解氣體，所述脫氣膜單元具有氣體通道，所述真空泵用于對所述氣體通道抽真空，所述供氮裝置用于向所述氣體通道輸入氮氣。

較佳地，所述溶解氣體包括氧氣、氮氣、氫氣及放射性氣體中的一種或幾種。

具體地，所述脫氣膜單元內裝有呈中空結構且可供氣體分子穿過的中空纖維膜，所述冷卻劑在所述中空纖維膜的外壁流動，所述中空結構形成所述氣體通道。

較佳地，所述脫氣膜單元包括并聯的至少一組脫氣膜組，每一所述脫氣模組包括串聯的至少一個脫氣膜。

作為一優選實施例，所述真空泵為水環真空泵，所述脫氣裝置還包括設置在所述水環真空泵出口的用于分離氣和水的氣水分離器。

較佳地，所述氣水分離器包括一氣出口及一水出口，所述水出口與所述水環真空泵相連通以將分離出的所述水供應給所述水環真空泵。

較佳地，所述水口出與所述水環真空泵之間設有一換熱器。

具體地，所述脫氣裝置還包括一設置在所述輸送泵與所述脫氣膜單元之間的一超濾反滲透組件，用于凈化所述冷卻劑。

較佳地，所述脫氣裝置還包括一設置在所述前置貯存箱與所述脫氣膜單元之間的一輸送泵，用于提供所述冷卻劑進入所述超濾反滲透組件及所述脫氣膜單元的動力。

較佳地，所述脫氣裝置還包括與所述脫氣膜單元相連通且位于其下游的一中間貯存箱，用于儲存脫除了所述溶解氣體的所述冷卻劑。

更佳地，所述中間貯存箱內填充有惰性氣體層，用于防止大氣中的氣體溶解至所述冷卻劑。

本發明還提供一種核技術裝置，包括壓水反應堆和所述脫氣裝置。