[發(fā)明專利]一種用于池式鉛基反應(yīng)堆的非能動余熱排出系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111933315A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田旺盛;彭天驥;顧龍;唐延澤;范旭凱;楊若楠;李顯文;秦長平;范德亮;姚存峰;王大偉;盛鑫;朱彥雷;李金陽;張璐;于銳;劉璐;姜韋;孟海燕;張宏鵬;李秀凌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院近代物理研究所
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C15/26;G21C15/14
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

1.一種用于池式鉛基反應(yīng)堆的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，包括：

空氣進口匯聚管道(4)，沿周向設(shè)置在反應(yīng)堆主容器(12)的底部外壁上；

空氣出口匯聚管道(7)，沿周向設(shè)置在所述反應(yīng)堆主容器(12)的頂部外壁上；

空氣冷卻管道(5)，設(shè)置在位于所述空氣進口匯聚管道(4)和空氣出口匯聚管道(7)之間的所述反應(yīng)堆主容器(12)外壁上，且所述空氣冷卻管道(5)的一端與所述空氣進口匯聚管道(4)連接，所述空氣冷卻管道(5)的另一端與所述空氣出口匯聚管道(7)連接；

空氣進口管道(2)，所述空氣進口管道(2)的入口通過進口自動風(fēng)門(1)與大氣環(huán)境相連通，所述空氣進口管道(2)的出口伸入反應(yīng)堆堆坑(14)內(nèi)且與所述空氣進口匯聚管道(4)連接；

空氣出口管道(9)，所述空氣出口管道(9)的入口與所述空氣出口匯聚管道(7)連接，所述空氣出口管道(9)的出口通過出口自動風(fēng)門(10)與拔風(fēng)煙囪(11)的進口連接，所述拔風(fēng)煙囪(11)的出口與大氣環(huán)境相連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣冷卻管道(5)包括沿周向并聯(lián)覆蓋在所述反應(yīng)堆主容器(12)外壁上的多根空氣冷卻貼壁半管，每根所述空氣冷卻貼壁半管沿軸向焊接在所述反應(yīng)堆主容器(12)的外壁上，且每根所述空氣冷卻貼壁半管的下端與所述空氣進口匯聚管道(4)連接，上端與所述空氣出口匯聚管道(7)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣冷卻管道(5)為相互獨立布置的多組。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣進口匯聚管道(4)和空氣出口匯聚管道(7)均采用貼壁半管形式焊接在所述反應(yīng)堆主容器(12)的外壁上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，還包括保溫層(6)，所述保溫層(6)采用弧形片狀多層金屬夾層結(jié)構(gòu)，拼接成圓筒形覆蓋在所述空氣進口匯聚管道(4)、空氣冷卻管道(5)、空氣出口匯聚管道(7)和反應(yīng)堆主容器(12)的外表面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣進口管道(2)和空氣進口匯聚管道(4)通過進口管道連接法蘭(3)相連接，所述空氣出口管道(9)和空氣出口匯聚管道(7)通過出口管道連接法蘭(8)相連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，在所述空氣進口管道(2)的入口處設(shè)置空氣過濾凈化裝置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，在所述反應(yīng)堆主容器(12)、空氣冷卻管道(5)的外壁面上設(shè)置熱電偶以測量壁面的溫度；在所述空氣進口管道(2)的入口處設(shè)置熱電偶、壓力計和流量計以測量進入系統(tǒng)的冷空氣溫度、壓力和流量；在所述拔風(fēng)煙囪(11)的出口處設(shè)置熱電偶和壓力計以測量排出系統(tǒng)的熱空氣溫度和壓力。

9.一種基于權(quán)利要求1到8任一項所述非能動余熱排出系統(tǒng)的非能動余熱排出方法，其特征在于，該方法的余熱排出過程包括兩個自然循環(huán)回路，分別為反應(yīng)堆主容器(12)內(nèi)的液態(tài)鉛基金屬冷卻劑自然循環(huán)回路和反應(yīng)堆主容器(12)外的空氣自然循環(huán)回路。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非能動余熱排出方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：在事故工況下，進口自動風(fēng)門(1)和出口自動風(fēng)門(2)開啟，非能動余熱排出系統(tǒng)投入運行；

步驟二：反應(yīng)堆主容器(12)內(nèi)部的液態(tài)鉛基冷卻劑溫度上升，反應(yīng)堆主容器(12)的壁面和反應(yīng)堆堆芯(13)分別構(gòu)成堆內(nèi)液態(tài)鉛基金屬冷卻劑自然循環(huán)流動的冷源和熱源，驅(qū)動反應(yīng)堆主容器(12)內(nèi)冷卻劑產(chǎn)生自然循環(huán)流動，將反應(yīng)堆堆芯(13)的余熱傳遞給反應(yīng)堆主容器(12)的壁面并導(dǎo)致反應(yīng)堆主容器(12)的壁面溫度上升；

步驟三：隨后反應(yīng)堆主容器(12)外壁上的空氣冷卻管道(5)內(nèi)部的空氣被加熱，使得非能動余熱排出系統(tǒng)內(nèi)存在冷熱空氣密度差，靠著空氣本身的密度差驅(qū)動空氣進行自然循環(huán)流動；

步驟四：此時冷空氣從空氣進口管道(2)進入非能動余熱排出系統(tǒng)，并在空氣進口匯聚管道(4)中分流進入并聯(lián)的空氣冷卻管道(5)，在空氣冷卻管道(5)中通過壁面空氣對流換熱和空氣冷卻管道肋效應(yīng)的強化換熱下吸收反應(yīng)堆主容器(12)傳遞出的反應(yīng)堆余熱，加熱后的熱空氣經(jīng)過空氣出口匯聚管道(7)匯聚后由拔風(fēng)煙囪(11)排到大氣環(huán)境中，最終實現(xiàn)反應(yīng)堆事故余熱的非能動排出。