[發明專利]一種用于池式鉛基反應堆的非能動余熱排出系統及方法

在審

• 申請號: 202010799421.0
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111933315A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）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）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C15/26;G21C15/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本發明涉及一種用于池式鉛基反應堆的非能動余熱排出系統及方法，該系統包括：空氣進口匯聚管道和空氣出口匯聚管道，沿周向分別設置在反應堆主容器的底部和頂部外壁上；空氣冷卻管道，設置在位于空氣進口和出口匯聚管道之間的反應堆主容器外壁上，且其一端與空氣進口匯聚管道連接，另一端與空氣出口匯聚管道連接；空氣進口管道，其入口通過進口自動風門與大氣環境相連通，出口伸入反應堆堆坑內且與空氣進口匯聚管道連接；空氣出口管道，其入口與空氣出口匯聚管道連接，出口通過出口自動風門與拔風煙囪的進口連接，拔風煙囪的出口與大氣環境相連通。本發明啟動方便，結構簡單，排熱效果好，能夠簡化堆芯結構，降低反應堆建造成本，具有非能動安全性。

技術領域

本發明涉及池式鉛基反應堆的非能動安全設施，具體是關于一種事故下排出池式鉛基反應堆堆芯余熱的非能動余熱排出系統及方法。

背景技術

池式鉛基反應堆選用鉛或者鉛鉍合金作為冷卻劑，具有很強的自然循環能力，事故下能夠依靠反應堆內冷卻劑的自然循環流動排出堆芯余熱，從而大大提高反應堆的固有安全性。

非能動余熱排出系統作為鉛基反應堆的專設安全設施，其設計對于提高反應堆的固有安全性有著非常重要的意義。池式鉛基反應堆一般采用獨立的非能動余熱排出系統，它的優點是事故下能夠利用系統介質的自然循環流動自動地排出堆芯余熱，無需附加額外動力源，從而大大提高系統的可靠性，減少堆芯熔毀的風險。

對于非能動余熱排出系統，國內外已經開展了一系列的設計和研究，以下是幾種具有代表性的方案：

(1)先進壓水堆AP1000的非能動余熱排出系統采用內置于換料水箱中的C型換熱管束來排出堆芯余熱。事故下，冷卻劑通過自然循環流經換料水箱內的C型換熱管束，將堆芯余熱傳遞到換料水箱中，換料水箱中的水沸騰產生蒸汽，蒸汽最終會排放到安全殼中，由非能動安全殼冷卻系統將熱量排放到最終熱阱——大氣。但是，該系統需要在堆芯上方設置大容積水箱和配套的非能動安全殼冷卻系統，系統較為復雜，經濟性不高。

(2)高溫氣冷堆的非能動余熱排出系統采用布置在壓力容器外的水冷壁來排出堆芯余熱。事故下，反應堆余熱通過輻射傳熱和空氣自然循環流動從壓力容器傳遞給水冷壁，然后由水冷壁中冷卻水的自然循環流動進一步將熱量傳遞給空冷器，最終由空冷塔內環境空氣的自然對流將熱量排放到最終熱阱——大氣。但是，該系統需要設置三回路空氣自然循環，且需要在反應堆壓力容器外側留有布置水冷壁的空間，結構復雜且成本較高。

(3)嶺東核電有限公司公開的一種鉛基快堆堆外非能動余熱排出系統設計，采用布置在反應堆外的U型水冷傳熱管來排出堆芯余熱。事故下，反應堆余熱通過熱輻射和空氣自然對流從反應堆容器壁面傳遞給U型水冷管的上升段，然后將U型水冷管中自然循環流動的冷卻水加熱成蒸汽排入布置在上方的冷卻水箱中，最終由冷卻水箱中的飽和水產生蒸汽將熱量傳遞給最終熱阱——大氣。但是，該系統方案設計需要在堆芯上部設置大容積水箱和額外的補水裝置，系統設置較為復雜且成本較高。

(4)獨立換熱器非能動余熱排出系統采用布置在主容器內的熱交換器來排出堆芯余熱。事故下，反應堆余熱通過獨立熱交換器從堆芯導出，然后由其他排熱途徑導出到大氣環境中。在目前大部分快堆中，余熱排出系統都采用該方案設計，但是該系統需要在反應堆主容器內設置獨立熱交換器，增大了反應堆主容器空間，降低了反應堆的經濟性。

(5)反應堆容器空氣冷卻非能動余熱排出系統(RVACS)采用布置在反應堆容器外面的空氣冷卻管道排出堆芯余熱。事故下，反應堆余熱通過輻射傳熱和空氣自然對流從容器表面傳遞給空氣冷卻管道，然后由空氣冷卻管道中的空氣自然循環直接將熱量排放到最終熱阱——大氣。該系統設置簡單，可提高反應堆的安全性，但是排熱能力相對較差，對余熱排出量較大的反應堆，需要額外設置其他冷卻系統。

發明內容