[發明專利]一種非能動安全殼冷卻系統

無效

• 申請號: 201310348717.0
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN103400609A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 張堯立;李寧;郭奇勛;姚軍;冉廣;曹留烜;張建
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森;曾權

技術領域

本發明涉及壓水堆核電站，尤其是涉及一種非能動安全殼冷卻系統。

背景技術

安全殼是核電廠在發生事故時，防止放射性物質外泄的最后一道安全屏障。安全殼冷卻系統在核電廠一、二回路發生事故時投入使用，用于保證安全殼內的環境溫度和壓力不超過設計許可范圍，從而保持安全殼的完整性和密封性。我國目前正在研發的大型先進壓水堆所采用的技術是與AP1000類似非能動安全殼冷卻系統。AP1000是由美國西屋公司研發的第三代核電系統，采用了非能動安全殼冷卻系統（Passive?Containment?Cooling?System，簡稱:PCS）。AP1000的PCS采用了雙層安全殼結構，外層為混凝土結構，內層為鋼殼，內外層間是空氣流道，在安全殼頂部水箱中貯存著冷卻水。當核電廠發生事故，安全殼內的壓力超過一定限值之后，會觸發頂部水箱閥門開啟，冷卻水依靠重力的作用向下流動，在鋼安全殼外側形成一層水膜。水膜受熱蒸發，并帶走安全殼內部的熱量，降低安全殼內的壓力和溫度。在事故工況下，AP1000的安全殼既要作為隔離邊界，又要作為熱量導出界面。其換熱效率直接關系到電廠的安全。理論分析和功能試驗證實，PCS系統可以在設計基準事故和一些嚴重事故工況下，有效地控制安全殼內的壓力和溫度，確保安全殼的完整性和密封性。依靠非能動安全殼冷卻技術，可以維持AP1000安全殼在72h內保持完整，有效地防止放射性物質泄漏。

AP1000核電系統是由AP600升級而來，對原有的PCS系統的改進及擴容十分有限，其原始設計余量由于功率的提升而大大減小。如果要建造大型先進壓水堆，將功率提升40%～70%，原是的PCS很難滿足維持72h工作的要求，甚至有可能無法在反應堆事故初期將安全殼內的壓力和溫度控制在安全范圍以內。增加安全殼表面積或增加水箱容量可以強化換熱，但是會帶來設備制造和廠房建造的負擔。因此必須對水的流量和水膜分布進行優化控制，盡可能減小水箱的體積，提高水膜利用率，增加系統的安全性。

中國專利CN102081976A公開一種大容量完全非能動安全殼冷卻系統。該安全殼冷卻系統可利用傳感器收集安全殼相關的熱工參數，跟蹤冷卻過程，在安全殼上方設置多個用以儲存不同冷卻劑的儲藏箱，通過冷卻劑種類的選擇及冷卻劑流量的調節實現對安全殼冷卻功率的動態控制；通過采用廣義非能動控制單元，該安全殼冷卻系統的啟動及整個運行過程可完全不依賴于外部動力供應，因此具有完全的非能動特性。該發明使用了多種低沸點冷卻劑，使系統變得復雜，并且增加了建造和維護成本。

中國專利CN103106934A公開一種非能動安全殼外部冷卻系統，包括：水箱；出水管，出水管的兩端分別與水箱和水量控制分配裝置相連接；以及，水量控制分配裝置，水量控制分配裝置設于安全殼的上方，冷卻水經過水量控制分配裝置噴灑到安全殼表面上，其中水量控制分配裝置進一步包括：熱工參數傳感器，熱工參數傳感器用于實時探測安全殼內的壓力以及安全殼表面的溫度分布；智能處理單元，智能處理單元與熱工參數傳感器相連，其中內置可編程控制器，用于根據輸入的熱工參數，計算輸出對應的流量控制指令給流量分配器；以及流量分配器用于實現對冷卻劑的流量調控。該發明通過熱工參數傳感器探測安全殼內的壓力和安全殼表面的溫度分布來調節冷卻劑流量，但是此技術將傳感器布置在安全殼內，通信線路需要穿過安全殼，此外，通過壓力和溫度來調節冷卻水流量存在一定的問題，一方面壓力響應與冷卻水流量之間存在延遲，另一方面，在水膜完全覆蓋安全殼外表面的情況下，冷卻水量增大不一定導致壓力減小。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的頂部水箱冷卻水利用率不高，PCS系統復雜，通過壓力和溫度調節水流量存在缺陷等問題，提供能夠提高冷卻水利用效率，在冷卻水箱體積不變的情況下，延長事故工況下安全殼保持完整性和密封性的時間，增加系統安全性的一種非能動安全殼冷卻系統。

本發明設有水箱、水量控制分配裝置、出水管、智能處理單元、冷卻水分流堰、空氣入口、預應力混凝土殼、導流板、熱工參數傳感器、空氣出口和鋼安全殼；

所述水量控制分配裝置安裝在水箱的出水管線上，水量控制分配裝置外接供電電源；出水管的冷卻水出口接冷卻水分流堰；熱工參數傳感器設在鋼安全殼外表面，熱工參數傳感器通過熱工參數反饋通路與智能處理單元相連接，熱工參數傳感器外接核電站總監控室；預應力混凝土殼設在鋼安全殼外側，導流板設在預應力混凝土殼與鋼安全殼之間，鋼安全殼、預應力混凝土殼和導流板之間形成空氣流道，外部空氣從空氣入口進入空氣流道，通過自然對流從空氣出口流出。