[發明專利]一種基于二次蒸發冷卻的增強型非能動安全殼熱量排出系統

在審

• 申請號: 202111287423.2
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114220573A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 楊長江;孫燕宇;鄭云濤;董建華
• 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: 任曉航;屈獻莊

本發明公開了一種基于二次蒸發冷卻的增強型非能動安全殼熱量排出系統(PCS)，包括：PCS水箱，PCS水箱箱體下部連接有PCS系統循環管道，PCS系統循環管道包括PCS系統下降管道和PCS系統上升管道；PCS水箱內設有汽水分離器，汽水分離器下端與PCS系統上升管道連通；PCS水箱在汽水分離器一側的箱體上部設有排氣通道，排氣通道上方設有排氣裝置，另一側的箱體上部設有進氣裝置。本發明解決了現有非能動安全殼熱量排出系統在長期運行階段，殼外水箱溫度達到飽和狀態，系統運行性能降低的矛盾，通過殼外水箱表面的二次蒸發冷卻水箱，降低其長期運行時殼外水箱溫度，改善系統運行特性，達到增強非能動安全殼熱量排出系統性能的目的。

技術領域

本發明涉及非能動系統領域，具體涉及一種基于二次蒸發冷卻的增強型非能動安全殼熱量排出系統。

背景技術

非能動系統指不依靠外部動力源，僅靠重力、蓄壓勢能等自然特性來實現其功能的系統。由于不需要外部動力源支持，不會因為動力源的失效而喪失其功能，因而非能動系統一般認為具有很高的可靠性，在對可靠性要求極高的核電站中日益廣泛應用。同時，減少動力源支持后，有利于簡化系統設計，對核電站設計來講，有利于提升安全性的同時保證經濟性。作為非能動安全系統設計的代表，AP1000廣泛采用一回路非能動余熱排出系統、非能動安注系統、非能動安全殼熱量導出系統等。我國自主開發的三代壓水堆核電機組華龍一號，采用能動+非能動設計理念，增設了非能動安全殼熱量排出系統、二回路非能動余熱排出系統等，作為能動安全系統的補充，主要用于應對設計擴張工況。國內現有三代核電型號的非能動安全殼熱量排出系統(簡稱PCS)，由安全殼內換熱器，安全殼外高位水箱，以及中間連接的管道、閥門等組成，如圖1所示。在事故工況下，安全殼內質能釋放導致出現高溫高壓狀態而能動的安全殼噴淋系統失效時，PCS啟動運行，殼內換熱器吸收安全殼內熱量，加熱系統內的水，在PCS系統上下管道內形成溫度差和密度差，在重力作用下產生自然循環驅動壓頭，持續帶走安全殼內熱量。

國內現有三代核電型號的PCS其系統特性在于：在PCS運行初期，安全殼外水箱溫度較低時，系統循環流量較大，換熱器內的水溫較低，系統帶熱能力較高；長期階段，當PCS水箱溫度升高并達到飽和溫度(100℃)時，PCS系統維持高溫運行，帶熱能力降低，PCS冷卻下的安全殼平衡壓力和溫度維持在較高水平。如何提升PCS的運行特性，改善其長期狀態的平衡帶熱能力，是現有三代核電型號PCS系統設計改進的重要目標。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于二次蒸發冷卻的增強型非能動安全殼熱量排出系統，進一步降低殼外水箱溫度，提升系統換熱能力。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于二次蒸發冷卻的增強型非能動安全殼熱量排出系統，包括：PCS水箱，所述PCS水箱箱體下部連接有PCS系統循環管道，所述PCS系統循環管道包括PCS系統下降管道和PCS系統上升管道；所述PCS水箱內設有汽水分離器，所述汽水分離器下端與所述PCS系統上升管道連通；所述PCS水箱在所述汽水分離器一側的箱體上部設有排氣通道，所述排氣通道上方設有排氣裝置，另一側的箱體上部設有進氣裝置；

當PCS運行時，水從所述PCS系統下降管道流出所述PCS水箱，進入安全殼內的PCS熱交換器，被殼內空氣加熱后通過所述PCS系統上升管道流回所述PCS水箱；

當所述PCS水箱溫度較低時，PCS回路為單相水循環，當所述PCS水箱溫度升高到一定程度，在所述PCS系統上升管道內的水將超過大氣壓力所對應的飽和溫度，隨著在所述PCS系統上升管道內向上流體，壓力降低，一部分水將閃蒸為蒸汽，并通過所述汽水分離器排出，水蒸汽溢出水面后，進入所述排氣通道，并通過所述排氣裝置排入大氣環境。

進一步，如上所述的系統，由于水蒸汽密度低，蒸汽通過所述排氣通道排放時，形成煙囪效應，并將空氣從所述進氣裝置吸入所述PCS水箱，空氣在所述PCS水箱水表面掠過，促進表面蒸發，帶走蒸發產生的蒸汽，并通過所述排氣通道和所述排氣裝置排出。