[發明專利]一種非能動乏燃料水池冷卻系統

在審

• 申請號: 202110279778.0
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113178271A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 韓旭;王長東;李云屹;元一單;李軍;朱晨
• 申請（專利權）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發明屬于乏燃料貯存及冷卻系統技術，具體涉及一種非能動乏燃料水池冷卻系統。其結構包括設置在乏燃料水池內的加熱序列，以及設置在冷卻塔廠房內的空冷系列、水冷系列、真空度維持系列；所述空冷系列、水冷系列并聯設置，并分別與所述加熱序列通過管線相連構成分離式熱管換熱器。分離式熱管換熱器的真空可通過系統單相與兩相工況的銜接，通過真空度維持系列運行實現。本發明所提供的乏燃料水池冷卻系統在正常工況下具有更好的經濟性，在事故工況下具有更高的可用度和安全性。

技術領域

本發明屬于乏燃料貯存及冷卻系統技術，具體涉及一種非能動乏燃料水池冷卻系統。

背景技術

乏燃料貯存是核燃料循環的重要階段，核電廠在整個壽期內需不斷更換新的核燃料并卸出已使用過的乏燃料。乏燃料具有持續放出衰變熱，有放射性，在特定情況下可能重返臨界等特點，因此，對于任何形式的核電廠，乏燃料的貯存安全都是無法回避的問題。2011年日本3·11大地震后，福島核電廠3號和4號機組燃料廠房先后發生爆炸，構筑物坍塌，所貯存的兩千余件乏燃料受到嚴重威脅，此后業界開始關注乏燃料貯存安全問題，乏燃料水池的非能動冷卻研究由此開始。

我國針對乏燃料水池非能動冷卻技術的研究起步于福島311核事故之后，中核集團、廣核集團及國家核電技術公司等企業開展了相關研究。國家核電技術公司下屬的上海核工程研究設計院在發明專利“一種濕式乏燃料貯存系統”(CN201210127017.4)中提出了利用集束直熱管對乏燃料水池進行冷卻的方案，該方案與西屋公司2011年提出的浮筒式集束熱管方案類似，缺點在于大量的集束熱管嚴重影響正常工況下的燃料組件操作，使該方案只適用于應急，實用性較低；上海核工程研究設計院的另外兩項發明專利，“一種液體淹沒式乏燃料貯存系統”(CN201210127019.3)和“一種基于熱管的乏燃料池非能動余熱導出系統”(CN201210127359.6)提出了利用分體式熱管技術對乏燃料水池實施冷卻，但這兩項專利均未采取具體措施解決分離式熱管的長期有效性問題，因此實用性有限；國家核電技術公司圍繞分離式熱管換熱器的應用還有若干發明專利申請，如：“一種核電站事故后堆外熔融物滯留裝置”(CN201210127012.1)、“一種以安全殼內水箱為熱源的分離式空氣冷卻熱阱”(CN201210127335.0)、“一種帶有分離式空氣冷卻熱阱的下沉式安全殼”(CN201210127378.9)等，這些專利的共同特點是對于分離式熱管換熱器內工質分解、氣體析出或與管材發生緩慢反應放出氣體的問題欠缺可行的解決方案。由于分離式熱管冷端換熱器和熱端換熱器分離，中間由絕熱管路相連，構成空間尺度較大的設備，其真空度維持較為困難。中廣核集團及中科華核電技術研究院有限公司在乏燃料水池非能動冷卻方面也有相關研究，包括：“乏燃料水池非能動補水及熱量導出裝置”(CN201320629756.3)、“閃蒸驅動的乏燃料水池非能動熱量導出裝置”(CN201320629713.5)，“一種非能動乏燃料水池冷卻系統”(CN201320023045.1)、“一種壓水核電站乏燃料水池的熱管冷卻裝置”(CN201220512478.9)等，這些技術方案大多過于粗糙，實用性較低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的缺陷，提供一種基于分離式熱管換熱器技術的非能動乏燃料水池冷卻系統，使乏燃料水池冷卻系統在正常工況下具有更好的經濟性，并且在事故工況下具有更高的可用度和安全性。

本發明的技術方案如下：一種非能動乏燃料水池冷卻系統，包括設置在乏燃料水池內的加熱序列，以及設置在冷卻塔廠房內的空冷系列、水冷系列、真空度維持系列；所述空冷系列、水冷系列并聯設置，并分別與所述加熱序列通過管線相連構成分離式熱管換熱器。

進一步，如上所述的非能動乏燃料水池冷卻系統，其中，所述空冷系列與加熱序列聯通時，所述分離式熱管換熱器處于兩相運行狀態，即換熱器的熱管內裝入部分水并抽真空；所述水冷系列與加熱序列聯通時，分離式熱管換熱器處于單相運行狀態，即換熱器熱管內裝滿水。

進一步，如上所述的非能動乏燃料水池冷卻系統，其中，所述加熱序列包括多路并聯的熱端換熱器。