[發明專利]一種乏燃料水池事故后自發電冷卻系統

有效

• 申請號: 201811256221.X
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN111063462B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 魏川清;譚璞;邵慧超;張立德;帥劍云;張守杰;李翔
• 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
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;侯柏龍

本發明提供一種乏燃料水池事故后自發電冷卻系統，用于事故后對乏燃料水池進行補水，包括熱量回收裝置、轉化裝置和事故補水裝置，熱量回收裝置用于回收乏燃料水池產生的熱水；轉化裝置用于將熱量回收裝置回收的熱水產生的熱能轉化為電能；轉化裝置為事故補水裝置供電，使事故補水裝置為乏燃料水池進行補水。在設計基準事故，尤其是超設計基準事故發生后，電源被切斷或無法供電導致乏燃料水池失去冷卻的情況下，該乏燃料水池事故后自發電冷卻系統能夠保證乏燃料水池在事故后的供水，避免發生乏燃料裸露、熔毀和再臨界的嚴重事故，且其能保證人員的放射性安全，具有可靠性高、布置方便、施工成本低及良好的抗震效果。

技術領域

本發明涉及乏燃料技術領域，尤其涉及一種乏燃料水池事故后自發電冷卻系統。

背景技術

核電的使用是人類在能源利用史上的一個重大突破，利用原子核的裂變反應，核燃料能夠產生其他所有傳統化石能源所無法比擬的高能量輸出，且這些高能量輸出往往只需要耗費少量的核燃料。這種低投入高產出的特性，使得人類日益重視對核能的利用，并不斷加大在核能領域的研究開發，時至今日，核能已經成為世界上許多國家的重要能源組成部分。

然而，核電在具有極高利用價值的同時，其所可能帶來的危害也令人們談核色變。在使用核電的過程中，如果保護不當而致使出現核泄漏等重大事故，將會對核電廠周邊的環境乃至全人類帶來及其嚴重的核污染災害，因此，如何在對核能的開發利用過程中保證其安全性，是一個極其重要的研究課題。

乏燃料是指在反應堆內進行一定時間的裂變反應之后，達到了設計燃耗而被卸載出反應堆的核燃料。乏燃料具有高放射性和高熱量，其一般儲存在乏燃料水池中進行冷卻。由于乏燃料的高熱量，其在儲存時需確保持續有水進行冷卻，一旦失水，乏燃料會因為自身的熱量而熔毀甚至發生再臨界，造成嚴重的放射性物質不可控釋放。如福島核事故中，4號反應堆的乏燃料水池在事故后3 天左右燒干失水并發生了氫爆。

在核電站設計中，將可能發生的事故和事件根據發生頻率和概率的不同分為2-4級事件或事故，并在設計中考慮針對這些事故進行預防和緩解，這些事故稱為設計基準事故。除設計基準事故以外的事故稱為設計擴展工況，也稱超設計基準事故。如福島事故中的地震、海嘯造成長期全廠失電的情況就是設計擴展工況。

乏燃料水池在設計擴展工況下，核電站乏燃料水池將失去所有電源，當乏燃料水池失去冷卻后，水池中的乏燃料將會持續放出衰變熱，造成水池的水溫升高。水池中的水將在一定時間后沸騰并產生大量蒸汽，造成燃料廠房壓力升高，放射性蒸汽將向環境排出。同時，水池中的水量將因池水升溫沸騰而逐漸減少，乏燃料將在數天中出現燃料裸露、熔毀甚至再臨界事故的缺陷。因此，需在核事故后向乏燃料水池提供足夠的水源來保證核燃料能持續浸泡在水中。目前，在某三代核電機組中，采用廠房上部水箱為乏燃料水池進行事故后的補水。事故后如乏燃料水池水位因沸騰降低，可通過重力作用由水箱向乏燃料水池進行補水。但水箱具有多種安全功能，可往乏燃料水池中的補水量受到限制，如長時間無法恢復供電，則乏燃料水池依然有失水風險。且水箱位置安裝過高，容量受限且抗震困難。某些二代核電機組中，在乏燃料水池入口的管道上增加了補水的接口，事故后通過消防車靠近乏燃料廠房，然后由工作人員利用軟管進行補水。其缺陷是采用消防車進行補水，受現場環境限制，如現場劑量高、道路受損等情況，該方式無法進行。同時，工作人員在核事故現場進行補水，存在對工作人員照射劑量過高的風險。類似措施還有增設事故后的高位水箱，在超設計基準事故后通過重力向乏燃料水池補水，但是由于其設置在電站旁的山體上，需設置很長的連接管線，且所有管線需布置在可抗震的管廊內，施工成本巨大且抗震困難。

對此，有必要開發一種乏燃料水池事故后自發電冷卻系統來解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種乏燃料水池事故后自發電冷卻系統，保證乏燃料水池在事故后的供水，避免發生燃料裸露、熔毀和再臨界的嚴重事故，且其能保證人員的放射性安全，具有可靠性高、布置方便、施工成本低及良好的抗震效果。