[其他]采用雙層壓力殼的核電站輕水堆

無效

• 申請號: 85100182
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100182A
• 公開（公告）日: 1986-08-20
• 發明（設計）人: 呂應中
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C1/32
• 分類號: G21C1/32;G21C13/10;G21C9/02
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 姚桂芬,羅文群

本發明為對核電站用輕水堆的改進，旨在增加其安全性與降低其初始投資，以利其推廣使用。

目前通用的核電站用輕水堆，其一環路工質為高溫高壓水。當一環路管線或設備有破裂或洩漏時，由于失水有可能導致堆芯熔化，從而大量放射性外洩，造成嚴重事故（例如美國1979年發生的三里島核電站事故）。因此，現代輕水堆設計中采用多重安全措施，如高壓注水系統、低壓注水系統、噴淋水系統、安全殼系統等，以期保證安全。但此種設計導致輕水堆核電站系統復雜，造價更加高昂，而且，即使有了這些措施，由于原設計缺乏固有的安全性，仍不能安全排除堆芯熔化事故，其事故發生概率仍在10^-11～10^-5/堆一年之間。故許多國家（包括中國）的核安全規程中不許可輕水堆建在人口稠密區附近。這樣，不僅造成核電站選址困難，而且難于利用其余熱為工業區與居民區供熱供汽，浪費了寶貴的能源，不僅如此，由于核電站系統復雜、造價高昂，只能籍助于加大單機容量來降低單位造價，以期能與燒煤的火電站或水電站競爭。目前核電站的經濟規模已高達90萬千瓦左右，單機造價（現價）達十億美元左右。因此，中小電網或財力較小的國家或公司難于籌建，影響了核電站的推廣應用。最近瑞典等國提出利用輕水堆固有的安全性的改進方案，如“安全型動力堆”（SECURE-P），這類方案雖然在安全性方面有很大的改進，可以安全排除堆芯熔化事故，但將整個壓水堆的堆芯及一環路設備均放在一個大予應力混凝土殼內，體積龐大，造價仍與目前壓水堆相當，而且運行穩定性等若干技術關鍵還有待開發，因此未完全解決核電站用輕水堆的上述矛盾。

本發明針對前述輕水堆的缺點，提出一種既能利用其固有安全性，又能簡化結構降低初始投資的改進方案，這一方案的特點在于：首先，采用雙層耐壓殼，兩層殼之間留有相當的空間，充以硼水，外殼中的壓力大于內殼中反應堆輕水冷卻劑的工作壓力，使反應堆一環路的任何洩漏的后果都只能是硼水漏入一環路而使之停堆并保證冷卻。堆芯永遠不會失水。外壓力殼采用予應力混凝土結構，故不存在殼體驟然破裂，硼水也不會大量外洩。在內殼內裝有若干雙向安全閥，通向兩殼之間的硼水空間，這些閥門利用內、外殼之間壓差大于或不足某種額定壓力時，安全閥自由開啟，使硼水與一環路溝通;硼水自由進入內殼，引起停堆并保證冷卻。因此，這種雙層殼結構既能確保反應堆在任何情況下都不會發生堆芯熔化事故，又能克服“安全型動力堆”（SECURE-R）設計中沒有內層耐壓殼，而采用蜂窩狀流體滯留體系分隔兩種液體的欠穩定缺點。

其次，位于內殼中的輕水反應堆堆本體部分采用（1）一體化壓水堆;（2）沸水堆或（3）超臨界壓水堆，而不采用一般壓水堆的分置式布置。在這些反應堆內采用控制棒的水力傳動裝置，可以降低反應堆本體高度。故本發明的堆本體結構緊湊而簡單，予應力殼較小。初始投資可以降低，有利于中小型化，加強核電站的競爭地位。

再次，在本發明中的輕水堆燃料元件可以采用通常的棒狀元件，也可以采用一種更先進的用碳化硅-熱解碳多層包復顆粒狀元件。由輕水直接接觸冷卻。這種細小的燃料球可以連續裝卸，并達到深燃耗。這樣可以從兩方面進一步提高輕水堆的安全性與經濟性：（1）堆芯后備反應性可減至最小，初裝燃料也可減少;（2）可采用燃料球一次通過堆芯，即達到深度燃耗后經冷卻不加后處理而直接作為固體廢物處置的簡化燃料循環。這種方案更有利于核電站的推廣。

圖1為雙層壓力殼沸水堆示意圖。

本發明的一個實例如圖1所示。圖中的堆本體采用通常的沸水堆1，其中裝有噴射泵2（也可以不用泵而用自然循環）。反應堆外面裝有硼水的予應力殼3承受高于沸水堆運行壓力（70大氣壓）的壓力（本例中為75大氣壓），內外殼之間僅有5個大氣壓的壓力差，因此內殼不必太厚。內殼上裝有雙向安全閥，四組安全閥4A在內殼上方，另外四組安全閥4B在內殼下方。當內外殼之間壓差超過或不足額定值時，閥門開啟，允許硼水循環。該沸水堆通向外界的大小管線上均裝有多重截止閥，5A為主蒸氣管截止閥。5B為給水管截止閥，5C為噴射泵水截止閥，5D為控制傳動截止閥，其中至少有一個為利用兩邊壓差自行閉鎖，這些截止閥均可以在外管線破裂時自動關閉，防止堆內的水外洩。這些閥門位于硼水腔6內，可以防止閥體及閥門前端管線的破裂引起失水。反應堆的檢修與換料均在予應力殼以內進行，7為檢修換料操作間。予應壓力殼只有直徑較小的人孔8通向外界，從而可以避免大直徑封頭的技術困難并提高予應力殼的安全性。這種反應堆所采用的技術目前均較成熟，無需進行大量開發工作。