[發明專利]船用反應堆及直流蒸汽發生器二次側非能動余熱排出系統

有效

• 申請號: 201710647941.8
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107644693B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 南金秋;鄒蘭;譚璞;張立德;帥劍云
• 申請（專利權）人: 中廣核研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C15/12
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 楊波;郭方偉

本發明涉及船用反應堆及直流蒸汽發生器二次側非能動余熱排出系統，包括：直流蒸汽發生器，設置在安全殼內，直流蒸汽發生器上設有第一入口和第一出口；補水箱，儲存有冷卻劑，設置在安全殼外，補水箱上設有第二出口和第二入口，第二出口位于補水箱的液面以下；輸入管，連接在第一入口和第二出口之間；輸出管，連接在第一出口和第二入口之間；補水箱的液面高度高于第一入口，供補水箱的冷卻劑由第二出口、第一入口流入直流蒸汽發生器，在直流蒸汽發生器吸熱霧化后的蒸汽由第一出口流出，冷凝后由第二入口進入補水箱。系統采用非能動余熱排出技術，保證反應堆在喪失正常排熱路徑的事故工況下余熱的排出。補水箱與直流蒸汽發生器聯通，實現自動補水。

技術領域

本發明涉及船用反應堆專設安全系統，更具體地說，涉及一種船用反應堆及直流蒸汽發生器二次側非能動余熱排出系統。

背景技術

船用反應堆安全系統的主要目的是確保在發生事故以后，保證反應堆緊急停閉、堆芯余熱的排出和安全殼的完整，以便限制事故的發展和減輕事故的后果。其中事故工況下反應堆余熱排出問題尤為重要，它直接關系到反應堆安全，處理不好將導致一回路冷卻劑沸騰甚至是堆芯的融化，因此反應堆應急余熱排系統的設計一直是反應堆設計的關鍵技術之一。

船用反應堆與陸上反應堆相比有明顯不同，例如船上空間有限，要求反應堆及其系統盡量小型化；海上船舶遠離陸地，淡水有限，難于補充；相比于陸上普遍應用的U型管蒸汽發生器，船用蒸汽發生器以直流蒸汽發生器為主，其具有體積小、效率高及水容積小的特點等。

目前國內的船用反應堆主要是軍事用途，尚未民用，應急余熱排出技術相對封閉。陸上反應堆應急余熱排出系統主要有采用的能動應急余熱排出技術的二代反應堆和采用非能動應急余熱排出技術的三代反應堆。

二代能動的應急余熱排出系統，以典型的M310型反應堆為例，其應急余熱排出功能利用能動的輔助給水系統實現，系統主要由輔助給水箱、輔助給水泵及相應的管路閥門組成。通過將輔助給水箱中的冷卻水泵送入U形管蒸汽發生器二次側進行換熱，并將產生的蒸汽排往最終熱阱—大氣，形成開式循環，達到帶走反應堆余熱的目的。能動的應急余熱排出系統特點是排熱效率高，但在發生全場斷電等超設計基準事故時，系統無法運行，應急余熱排出功能將喪失。因此，能動的應急余熱排出系統應對的事故工況有限，存在安全隱患。

三代反應堆因為采用了非能動技術而具有更高的固有安全性。典型的AP1000型反應堆采用一次側非能動余熱排出系統，系統由非能動余熱排出熱交換器、安全殼內置換料水箱以及相應的管路閥門組成。其設置在安全殼內，采用一回路非能動余熱排出方案，利用一回路冷卻劑的密度差產生驅動力，形成閉式循環，將反應堆余熱傳至最終熱阱—換料水箱中的冷卻水。非能動系統由于取消了能動部件，不依賴外部電源等特點，使系統設計簡化，提高了電廠安全性。但一次側非能動余熱排除系統也存在一些不足：

1、一次側非能動余熱排出系統由于將冷卻水箱設置在安全殼內，占用了安全殼可用空間，不利于安全殼尺寸的減小；

2、安全殼內置換料水箱中的非能動熱交換器由于管內是一回路工質，一旦傳熱管束發生裂紋和破壞，一回路工質的放射性產物會進入換料水箱和安全殼大氣，不利于放射性的包容。

鑒于能動余熱排出系統的局限性和一次側非能動余熱排出系統的不足，有必要提供一種滿足事故工況下反應堆余熱排出要求、降低放射性泄露風險及建造成本的二次側非能動余熱排出系統，以解決上述現有技術的不足。

此外，直流蒸汽發生器與上述二代和三代反應堆常用的U形管蒸汽發生器相比具有體積小、效率高、直接產生過熱蒸汽不需要汽水分離裝置等優點，主要應用于船用反應堆、先進的一體化反應堆等堆型。但直流蒸汽發生器二次側的非能動余熱排出系統仍存在一些問題亟待解決：

1、直流蒸汽發生器二次側空間有限，在事故條件下容易造成二次側缺水甚至燒干，需要對其進行補水以建立自然循環，而溫度較低的補水將會對直流蒸汽發生器造成熱沖擊；