[發明專利]一種非能動及能動乏燃料水池空冷系統

在審

• 申請號: 202111287798.9
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114220568A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 楊長江;黃樹亮;李呼昂;周瀟;董建華;汪俊
• 申請（專利權）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G21C15/02
• 分類號: G21C15/02;G21C15/06;G21C15/18;G21C19/07
• 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

本發明涉及一種非能動及能動乏燃料水池空冷系統，屬于核安全技術領域，所述系統包括設置在燃料廠房內的乏燃料貯存水池，乏燃料貯存水池內分為短期卸出乏燃料貯存區域和長期卸出乏燃料貯存區域；在燃料廠房外設置有空氣冷卻通道，空氣冷卻通道內設置有用于加強空氣流動的循環風扇；還包括池水冷卻系統和空氣冷卻系統，每套冷卻系統包括一個位于燃料廠房內的熱交換器和一個位于燃料廠房外空氣冷卻通道內的空氣散熱器。本發明能夠在正常及事故工況下保證乏燃料組件冷卻，在極端事故工況(池底破口)下，通過空氣冷卻保證低功率水平乏燃料組件冷卻，通過局部噴淋保證高功率水平乏燃料組件的冷卻。

技術領域

本發明屬于核安全技術領域，具體為一種非能動及能動乏燃料水池空冷系統。

背景技術

核電站乏燃料水池用于貯存入堆前的新燃料以及從堆芯卸出的乏燃料，待其衰變熱及放射性降低至一定水平后再進行后續操作。由于乏燃料包容了高放射性裂變產物，同時仍有大量可裂變物質，并持續產生衰變熱，因此乏池需執行三項主要功能：冷卻燃料組件，防止由于衰變熱導致其溫度過高；屏蔽池內乏燃料的放射性，保護操作人員和公眾免于輻照危險；防止臨界事故。

早在1974年，美國原子能委員會即在沒有核電站事故先例的情況下提出了著名的《核電站風險報告》(WASH-1400)，報告中指出燃料組件存放在乏池內的安全風險要遠小于其在反應堆內的情況，并認為乏池發生完全失水事故、燃料組件完全暴露于空氣中的概率極低。隨后，美國核管會也開展了相關研究，所有報告均認為雖然完全失水事故可能引起乏燃料裸露、鋯包殼起火等嚴重后果，但是由于早期專家認為這種事故發生的幾率很小，即使乏池貯存密度提高、組件燃耗增大，也并未考慮采取相應的措施。2001年911恐怖襲擊事件發生后，乏池完全失水事故才逐漸得到重視，相關機構在關注乏池安全風險的同時，也開始考慮安保風險可能引發的小概率嚴重事故。

2011年3月福島事故發生，人們意識到需要對乏池設計、安全分析投入更多的關注，各國研究機構和學者開始針對乏池進行更為全面的研究。美國桑迪亞國家實驗室、日本JNES(Japan Nuclear Energy Safety Organizaiton)等對乏池喪失冷卻后逐漸蒸干裸露的事故、水池破裂導致的乏燃料快速裸露在空氣中的事故進行了分析。對于快速裸露在空氣中的事故，其分析認為如果組件衰變熱功率較小，則依靠空氣自然循環也能冷卻。AP1000設置了噴淋系統用于乏池事故后的補水及池底破口事故乏燃料組件冷卻。AP1000乏池設計存儲15年運行所卸出的乏燃料組件，并加上最近一次事故卸出的整個堆芯燃料組件，考慮衰變熱帶出所需噴淋流量為21m³/h左右，其中大部分熱量來自于剛卸出的整個堆芯衰變熱。然而為了滿足對最熱組件的冷卻，AP1000設計有兩組噴嘴，單組噴嘴流量即達到91m³/h。因此，AP1000設計對于噴淋水的利用效率很低，水量需求很大，不利于噴淋冷卻的長期維持。

發明內容

為解決現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種非能動及能動乏燃料水池空冷系統，該系統能夠在正常及事故工況下保證乏燃料組件冷卻，在極端事故工況(池底破口)下，通過局部噴淋保證高功率水平乏燃料組件的冷卻。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案是：

一種非能動及能動乏燃料水池空冷系統，包括設置在燃料廠房內的乏燃料貯存水池，所述乏燃料貯存水池內分為短期卸出乏燃料貯存區域和長期卸出乏燃料貯存區域；

空氣冷卻通道，所述空氣冷卻通道設置在燃料廠房外，所述空氣冷卻通道內設置有用于加強空氣流動的循環風扇；

池水冷卻系統，所述池水冷卻系統包括位于燃料廠房內乏燃料貯存水池正常貯存時液面之下的第一熱交換器和位于燃料廠房外所述空氣冷卻通道內的第一空氣散熱器；

空氣冷卻系統，所述空氣冷卻系統包括位于燃料廠房內上部的第二熱交換器和位于燃料廠房外所述空氣冷卻通道內的第二空氣散熱器。