[發明專利]一種液態重金屬冷卻自然循環池式反應堆輔助加熱系統

有效

• 申請號: 201410013413.3
• 申請日: 2014-01-12
• 公開（公告）號: CN103730171A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 趙鵬程;王桂梅;周光明;陳釗;陳紅麗
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G21C15/247
• 分類號: G21C15/247
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明屬于反應堆系統部件設計技術領域，具體涉及一種液態重金屬冷卻自然循環池式反應堆輔助加熱系統。

背景技術

液態重金屬冷卻自然循環池式反應堆采用一體化設計，所有的堆內部件均浸沒在一個容器內，同時利用液態重金屬良好的自然循環特性，主冷卻劑系統采用自然循環驅動，極大降低了一回路冷卻劑喪失事故的發生概率，具有良好的固有安全性和經濟性。其的簡單工作過程是：冷卻劑由冷池進入堆芯，在自然循環驅動力的作用下冷卻堆芯后匯入熱池，熱池的冷卻劑進入主熱交換器，將熱量傳遞給二回路冷卻劑并匯入冷池，形成一回路冷卻劑的循環。

液態重金屬冷卻自然循環池式反應堆采用液態重金屬作為冷卻劑，當反應堆功率很低時，堆芯所產生的熱量將不足以維持堆池內的液態重金屬溫度在熔點以上。若冷卻劑一旦發生凝固，將會對反應堆堆本體的系統和設備造成嚴重的破壞。因此，當反應堆功率很低時，必須對液態重金屬冷卻劑進行加熱，以維持其為液態。

輔助加熱系統是液態重金屬冷卻池式反應堆的重要組成部分，目前液態金屬冷卻池式反應堆的輔助加熱系統，主要有以下幾種方式：

其中一種方式的典型代表為中國實驗快堆CEFR的輔助加熱系統，當反應堆處于低功率或停堆工況時，如果此時主泵仍能正常運行，使用主泵驅動堆池內的冷卻劑鈉，依靠主泵與鈉的摩擦生熱，對冷卻劑進行加熱。同時在二回路和事故余熱排出系統中間回路布有電跟蹤加熱器，電跟蹤加熱器直接加熱二回路和事故余熱排出系統中間回路內的液態鈉，然后分別通過置于堆池內的主熱交換器和余熱排出系統獨立熱交換器，將熱量傳遞給主容器內的鈉，同時依靠主泵維持堆池內冷卻劑的正常循環，將熱量傳遞給整個主容器內的冷卻劑；如果此時主泵無法正常運轉，僅依靠布置在二回路和事故余熱排出系統中間回路上的電跟蹤加熱器將熱量傳遞給主容器內的液態鈉。但是這種輔助加熱方式適用于采用驅動循環的液態金屬冷卻池式反應堆，同時當主泵無法運行，主要依靠二回路和事故余熱排出系統中間回路給堆池冷卻劑進行輔助加熱時，會導致反應堆熱池內冷卻劑的流動出現反轉，給堆內系統和設備帶來較大的熱應力危害。因此，這種輔助加熱方式不適合于主冷卻劑系統采用自然循環驅動的液態重金屬冷卻反應堆。

另一種典型方式為比利時設計的加速器驅動的鉛鉍冷卻反應堆MYRRHA的輔助加熱系統，該系統直接置于主容器底部，系統中安裝電加熱器，以此來直接加熱堆池內的鉛鉍冷卻劑，維持堆池內的鉛鉍溫度在凝固點以上。但這種方式的加熱裝置安裝在主容器內，增加了堆內結構的復雜性，同時需要考慮鉛鉍對電加熱器的腐蝕作用，且系統檢查和維修也不方便。

同時中國科學院合肥物質科學研究院對液態金屬冷卻反應堆的輔助加熱系統進行了改進，其設計的方案啟動方便，尤其適用于自然循環反應堆。但是當反應堆發生事故，且主容器發生破裂時，主容器和安全容器形成的環腔內會逐漸積累液態金屬，淹沒引入氣體輸入管道，系統將無法正常運行，此時反應堆內的冷卻劑存在凝固的危險，對于反應堆的事故后處理極為不利。

發明內容

本發明解決的技術問題：克服目前現有技術的不足，提供了一種啟動方便，可靠性高，滿足液態重金屬冷卻自然循環池式反應堆需求的輔助加熱系統，實現了在主容器和安全容器環腔內對主容器內的液態重金屬進行輔助加熱的功能，運行時無需增加和啟動堆內構件，同時系統采用獨立性設計原則，可有效提高反應堆的可靠性和安全性。

本發明的技術解決方案：設計了一種液態重金屬自然循環池式反應堆輔助加熱系統，當反應堆處于低功率或停堆工況時，如果此時主容器完好，則通過引入氣體直接加熱主容器，在主容器外側對反應堆內液態重金屬進行輔助加熱；如果此時主容器破裂，則通過位于主容器和安全容器環腔內的封閉氣體管道，對依然維持在安全容器內的液態重金屬進行加熱，確保反應堆的冷卻劑不發生凝固，提高反應堆的安全性。