本發(fā)明涉及核電站安全領域，特別涉及一種新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)及安裝有該系統(tǒng)的廠房。

背景技術：

目前國際上先進的模塊化小型壓水堆余熱排出系統(tǒng)都是獨立的管道、熱交換器以及相關冷卻水池設計，在設計基準事故工況下通過非能動的方式排出堆芯的衰變熱。余熱排出系統(tǒng)作為安全級的專設安全設施，在核電廠系統(tǒng)設計中占據(jù)著重要的位置，系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性對電廠的安全至關重要。

目前國際上模塊化小型壓水堆(例如NuScale)余熱排出系統(tǒng)的設計增加了安全殼流體管道貫穿件的數(shù)量，同時增加了安全殼內(nèi)放射性物質(zhì)通過貫穿件泄漏的風險，并且蒸汽發(fā)生器既要在正常運行情況下排出堆芯衰變熱，又要在設計基準事故工況下作為余熱排出系統(tǒng)的一部分非能動地導出堆芯熱量，沒有達到終深防御獨立性的設計理念，安全性不是很好。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)及廠房，通過該方案能夠?qū)崿F(xiàn)獨立性防御，在基準事故下非能動地排出堆芯衰變熱，維持堆芯在安全停堆的狀態(tài)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，包括安全殼和設置在所述安全殼內(nèi)的壓力容器；所述壓力容器內(nèi)設置有蒸汽發(fā)生器、堆芯和熱交換器；所述熱交換器的換熱管有部分處于壓力容器外；壓力容器和安全殼之間空間設置有含硼水；所述熱交換器處于壓力容器外的換熱管部分被所述含硼水浸沒；所述熱交換器與設置在所述壓力容器上的控制閥組控制連接。

進一步地，上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，所述控制閥組包括相互串聯(lián)的至少兩個，所述控制閥組在所述壓力容器的內(nèi)外壁上至少分別設置一個。

進一步地，上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，所述熱交換器為至少兩臺相互并聯(lián)的壁掛式熱交換器。

進一步地，上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，所述壓力容器表面設置有熱絕緣層。

進一步地，上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，所述安全殼內(nèi)還設置有加熱器；所述加熱器浸沒在所述含硼水中。

進一步地，上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，所述蒸汽發(fā)生器的入口處的壓力容器上設置有使得含硼水進入反應堆堆芯的快速注入閥門，所述含硼水的液面沒過所述快速注入閥門。

進一步地，上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，所述安全殼與所述壓力容器之間的含硼水液面上方填充有惰性氣體。

進一步地，本發(fā)明還提供了安裝有上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)的廠房，所述廠房設置有壓水堆容納空間、冷風通道和排氣口，所述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)安裝在所述容納空間內(nèi)，所述排氣口設置在所述壓水堆容納空間上方；所述冷風通道為設置在所述廠房側(cè)壁的豎直通道，該冷風通道底部與所述壓水堆容納空間導通，所述冷風通道上部與大氣導通。

進一步地，上述廠房中，每個廠房內(nèi)設置至少兩個新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)。

進一步地，上述廠房中，相鄰的所述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出的系統(tǒng)之間留有散熱通道。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明通過控制閥門控制熱交換器的啟動，也可通過非能動的方式如溫升自動打開或者失電開啟(故障安全)保證反應堆處于安全停堆的狀態(tài)；熱交換器中間流體可以隔離主系統(tǒng)中含有放射性物質(zhì)的冷卻劑與安全殼內(nèi)部含硼水，保證放射性物質(zhì)釋放滿足合理可行盡量低(ALARA)的要求；

2、安全殼與壓力容器之間充滿含硼水并且留有一定的氣空間(充滿惰性氣體)，優(yōu)化了安全殼布置，節(jié)約了內(nèi)部空間，省略了二代或者三代反應堆設計中安全殼內(nèi)安全系統(tǒng)的管道、設備和閥門等，減少了這些系統(tǒng)和設備失效帶來的反應堆安全問題，大大提高了模塊化小型壓水堆的安全性和經(jīng)濟性；

3、作為正常運行工況下導出堆芯熱量的蒸汽發(fā)生器不參與在事故工況下的余熱導出，滿足安全獨立性需求。

4、壓力容器與安全殼內(nèi)充滿了適當惰性氣體加壓的含硼水，這樣可以在事故下快速地達到平衡，保證反應堆安全，保證了壓力容器內(nèi)外部壓力差比傳統(tǒng)大型壓水堆小很多，在發(fā)生反應堆冷卻劑喪失事故(LOCA)的情況下，內(nèi)外部壓力能在短時間內(nèi)趨于平衡，終止冷卻劑的流失，保證堆芯處于冷卻劑淹沒水位以下，并且降低對壓力容器結(jié)構(gòu)承載力的要求；

5、通過快速注入閥組使安全殼內(nèi)含硼水作為第二種停堆手段，保證反應堆事故下能夠有效地停堆，基本消除了反應堆冷卻劑喪失事故的發(fā)生，在蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂，并且疊加二回路主蒸汽或者主給水管道大破口的事故工況下，安全殼內(nèi)的含硼水還可以為堆芯提供應急補水。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明安裝有新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)的廠房的結(jié)構(gòu)示意圖。

上述附圖中，1、堆芯；2、蒸汽發(fā)生器；3、熱交換器；4、壓力容器；5、安全殼；6、含硼水；7、控制閥組；8、冷風通道；9、排氣口；10、惰性氣體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)，包括安全殼5和設置在所述安全殼5內(nèi)的壓力容器4；所述壓力容器4內(nèi)設置有蒸汽發(fā)生器2、堆芯1和熱交換器3；所述熱交換器3的換熱管有部分處于壓力容器4外；壓力容器4和安全殼5之間空間設置有含硼水6；所述熱交換器3處于壓力容器4外的換熱管部分被所述含硼水6浸沒；所述熱交換器3與設置在所述壓力容器4上的控制閥組7控制連接。所述控制閥組7包括相互串聯(lián)的至少兩個，設置在所述壓力容器4的外壁上，保證閥門處于相對于壓力容器內(nèi)較好的外部環(huán)境(溫度、壓力等)中，保證功能的可用性。所述控制閥組7包括一個常開的電動閥和一個常關的爆破閥，保證事故工況下能夠非能動地開啟，建立起堆芯余熱導出途徑，并且能在爆破閥誤開啟的正常情況下，關閉常開電動閥，防止堆芯熱量喪失。所述熱交換器3為至少兩臺壁掛式熱交換器，以增大熱交換速率，這兩熱交換器3相互并聯(lián)。所述壓力容器4表面設置有熱絕緣層。熱絕緣層的厚度由本領域技術人員根據(jù)熱量損失效率確定，保證正常運行工況下熱量通過壓力容器壁面的流失率滿足限值要求即可。所述安全殼5內(nèi)還設置有加熱器(圖中未示出)；所述加熱器浸沒在所述含硼水6中，用以保證含硼水6保持適宜溫度，避免其對堆芯1產(chǎn)生影響。

所述蒸汽發(fā)生器2的入口處的壓力容器4上設置有使得含硼水6進入反應堆堆芯1的快速注入閥門，所述含硼水6的液面沒過所述快速注入閥門，以便在一回路失水事故(LOCA)的情況下含硼水6通過快速注入閥門注入壓力容器4，為堆芯1提供應急補水，保障堆芯1處于淹沒狀態(tài)，保持堆芯1的完整性。所述安全殼5與所述壓力容器4之間的含硼水6液面上方填充有惰性氣體10。

正常運行工況下，控制閥組7關閉，熱交換器3不工作，熱交換器3內(nèi)流體靜止，反應堆壓力容器4產(chǎn)生的熱量通過直流蒸汽發(fā)生器2導出。

事故工況且蒸汽發(fā)生器2不工作的情況下，通過啟動信號啟動控制閥組7，使得熱交換器3開啟，壓力容器4內(nèi)的熱量首先傳遞給壓力容器4內(nèi)壁側(cè)熱交換器3傳熱管內(nèi)的流體，然后通過自然循環(huán)，熱交換器3內(nèi)高溫的流體經(jīng)過壓力容器4壁流到外壁側(cè)傳熱管，而處于安全殼5內(nèi)含硼水6淹沒狀態(tài)下的外壁側(cè)傳熱管，其內(nèi)部流體溫度高于含硼水6溫度，熱量傳遞給安全殼5內(nèi)含硼水6，然后冷卻了的熱交換器3傳熱管內(nèi)流體再次回到壓力容器4內(nèi)，如此循環(huán)往復可以將反應堆內(nèi)余熱和設備顯熱排放到安全殼5內(nèi)含硼水6中。熱量通過含硼水6傳遞給安全殼5。

實施例2

如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種安裝有上述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)的廠房。該廠房中的新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)如實施例1中所述，廠房設置有壓水堆容納空間、冷風通道8和排氣口9，所述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)安裝在所述容納空間內(nèi)，所述排氣口9設置在所述壓水堆容納空間上方；所述冷風通道8為設置在所述廠房側(cè)壁的豎直通道，該冷風通道底部與所述壓水堆容納空間導通，所述冷風通道上部與大氣導通。每個廠房內(nèi)設置至少兩個新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)。相鄰的所述新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出的系統(tǒng)之間留有散熱通道。

事故工況下，實施例1中記載的新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)將熱量排出至安全殼5內(nèi)含硼水6中，這些熱量導出通過輻射、傳熱等途徑導出，傳遞到廠房壓水堆容納空間(反應堆大廳)中的空氣，熱空氣比冷空氣輕，通過位于廠房壓水堆容納空間上方排氣口排至最終熱阱--大氣中，而由于熱空氣排出而產(chǎn)生負壓從位于下部的冷風通道的入口吸取較冷的空氣，使廠房內(nèi)氣體得到補充，如此，通過自然循環(huán)非能動地將熱量排放到大氣中，無需任何能動設備和電源的支持，即可保證反應堆長期處于安全停堆狀態(tài)。

新型模塊化小型壓水堆事故下余熱排出系統(tǒng)是集成在反應堆壓力容器4上的一體化設施，通過材料、設備和系統(tǒng)的創(chuàng)新性研發(fā)和設計，徹底地簡化了模塊化小型壓水堆專設安全設施的系統(tǒng)配置和構(gòu)造，從安全性和經(jīng)濟性上解決了小型堆一直面臨的問題，為今后SMR的標準化和批量化做好準備。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其同等技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。