小模塊化反應(yīng)堆安全系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本發(fā)明涉及與本文同時(shí)提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)No. _(代理檔RTU 2011-010)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明整體涉及一種小模塊化壓水反應(yīng)堆，并且更加特別地涉及一種在已經(jīng)停堆 之后無(wú)源冷卻小模塊化反應(yīng)堆的系統(tǒng)。
[0004] 相關(guān)技術(shù)
[0005] 在諸如壓水反應(yīng)堆的發(fā)電核反應(yīng)堆中，通過(guò)諸如濃縮鈾的核燃料的裂變產(chǎn)生熱量 并且將所述熱量傳遞到流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯的冷卻劑。堆芯包括細(xì)長(zhǎng)的核燃料棒，所述細(xì)長(zhǎng)的 核燃料棒彼此相鄰安裝在核燃料組件結(jié)構(gòu)中，冷卻劑流經(jīng)所述核燃料棒并且到達(dá)所述核燃 料棒上方。在共同延伸的平行陣列中燃料棒相互間隔開(kāi)。在給定燃料棒的燃料原子的核衰 變期間釋放的中子和其它原子粒子中的一些通過(guò)燃料棒之間的空間，并且撞擊毗鄰燃料棒 中的可裂變材料，從而促進(jìn)核反應(yīng)并且有助于堆芯產(chǎn)生的熱量。
[0006] 可動(dòng)控制棒分散在整個(gè)反應(yīng)堆堆芯中，以便能夠憑借吸收中子的一部分而控制裂 變反應(yīng)的整體速率，否則它們將促進(jìn)裂變反應(yīng)?？刂瓢敉ǔ０ㄖ凶游詹牧系募?xì)長(zhǎng)棒并 且裝配到燃料組件中的縱向開(kāi)口或者導(dǎo)向套管中，所述控制棒平行于燃料棒并且在燃料棒 之間行進(jìn)。將控制棒更深入地插入到反應(yīng)堆堆芯中還致使吸收更多的中子而同時(shí)又不會(huì)促 進(jìn)在毗鄰燃料棒中發(fā)生裂變；收回控制棒減小了中子吸收的程度而增加了核反應(yīng)速率以及 提高了反應(yīng)堆堆芯的功率輸出。
[0007] 圖1示出了簡(jiǎn)化的傳統(tǒng)核反應(yīng)堆一級(jí)系統(tǒng)，其包括大體圓筒形的壓力容器10,所 述壓力容器10具有包封堆芯14的堆芯封頭12,所述堆芯14支撐包含可裂變材料的燃料 棒。諸如水或者含硼水的液體冷卻劑由泵16泵入到容器10中通過(guò)堆芯14,在所述堆芯14 處熱能被吸收并且被排放到通常稱作蒸汽發(fā)生器的換熱器18中，在所述換熱器18中，熱量 被傳遞到諸如蒸汽驅(qū)動(dòng)的渦輪發(fā)電機(jī)的利用電路（未示出）。然后反應(yīng)堆冷卻劑返回到泵 16,從而完成一級(jí)回路。通常，多條上述回路通過(guò)反應(yīng)堆冷卻劑管道20連接到單個(gè)反應(yīng)堆 容器10。
[0008] 采用這個(gè)設(shè)計(jì)的商用發(fā)電廠一般為1，100兆瓦或更大數(shù)量級(jí)的。最近，西屋電氣 公司LLC已經(jīng)提出了 200兆瓦級(jí)別的小模塊化反應(yīng)堆。小模塊化反應(yīng)堆為全部主要環(huán)路部 件均定位于反應(yīng)堆容器內(nèi)的一體化壓水反應(yīng)堆。反應(yīng)堆容器被緊湊的高壓安全殼包圍。由 于安全殼內(nèi)的受限空間以及一體化加壓輕水反應(yīng)堆對(duì)低成本的需要，需要最小化輔助系統(tǒng) 的總體數(shù)量而不損害安全性或功能性。為此，理想的是維持大部分部件與在緊湊高壓安全 殼內(nèi)的反應(yīng)堆系統(tǒng)的主要環(huán)路流體連通。
[0009] 通常，傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)使用有源安全系統(tǒng)，所述有源安全系統(tǒng)在發(fā)生事故之 后依賴于緊急AC電源向冷卻反應(yīng)堆和廢燃料池的泵提供電力。如由西屋電氣公司LLC提供 的AP1000'?·的先進(jìn)設(shè)計(jì)使用了無(wú)源安全系統(tǒng)，所述無(wú)源安全系統(tǒng)僅僅依賴于自然循環(huán)、 沸騰和冷凝從堆芯和廢燃料池排出衰變熱。理想的是將這些無(wú)源安全系統(tǒng)原理應(yīng)用于小模 塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)并且優(yōu)選地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，與此同時(shí)仍然保持安全界限。
[0010] 因此，本發(fā)明的目的是向小模塊化反應(yīng)堆提供一種無(wú)源安全系統(tǒng)，所述無(wú)源安全 系統(tǒng)能夠識(shí)別冷卻劑損失事故的發(fā)生或者主蒸汽管道破裂、以及啟動(dòng)小模塊化反應(yīng)堆的壓 力安全殼內(nèi)的一系列事件，以便在無(wú)外界干擾的情況下在大約五至七天的持續(xù)期內(nèi)冷卻反 應(yīng)堆。
[0011] 本發(fā)明的其它目的是提供這樣一種無(wú)源安全系統(tǒng)，所述無(wú)源安全系統(tǒng)具有簡(jiǎn)化的 設(shè)計(jì)，所述無(wú)源安全系統(tǒng)合并了先前應(yīng)用在先進(jìn)大型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 通過(guò)如下的模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些和其它目的，所述模塊化反應(yīng)堆系統(tǒng)具 有帶可移除封頭的反應(yīng)堆壓力容器；包封在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的核反應(yīng)堆的一級(jí)冷卻劑回 路；和安全殼壓力容器，其包封反應(yīng)堆壓力容器，其中，安全殼壓力容器基本潛入在液池中。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例，模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)包括安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)，其包括用于收集從 一級(jí)系統(tǒng)逃出的反應(yīng)堆冷卻劑的地坑。安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)位于安全殼壓力容器內(nèi)反應(yīng)堆壓 力容器外部，并且包括在冷卻劑損失的意外事件中用于使得所述安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)和所述 地坑內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑無(wú)源再循環(huán)到所述反應(yīng)堆壓力容器中的再循環(huán)裝置。優(yōu)選地，安全 殼內(nèi)的池系統(tǒng)通過(guò)止回閥連接到一級(jí)冷卻劑回路的冷管段。安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)還可以包括 安全殼內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑儲(chǔ)液器，所述安全殼內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑儲(chǔ)液器通過(guò)止回閥連接到 地坑，所述止回閥在地坑的液位高于安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)的液位時(shí)自動(dòng)打開(kāi)。理想地，模塊化 核反應(yīng)堆系統(tǒng)包括降壓系統(tǒng)，以便使得反應(yīng)堆壓力容器和安全殼壓力容器內(nèi)的壓力相等， 以便有助于在冷卻劑損失的意外事件期間使得反應(yīng)堆冷卻劑無(wú)源再循環(huán)。優(yōu)選地，降壓系 統(tǒng)連接到一級(jí)冷卻劑回路的熱管段。安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)還可以包括包含反應(yīng)堆冷卻劑的一 個(gè)或者多個(gè)安全殼內(nèi)的池罐，所述池罐支撐在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的反應(yīng)堆堆芯上方的高度 處，其中，安全殼內(nèi)的池罐與安全殼內(nèi)的儲(chǔ)液器流體連通。
[0014] 模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或者多個(gè)堆芯補(bǔ)充罐，所述堆芯補(bǔ)充罐包含 壓力基本等于反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的壓力的反應(yīng)堆冷卻劑。堆芯補(bǔ)充罐理想地在反應(yīng)堆堆芯 上方的高度處支撐在安全殼壓力容器內(nèi)，并且在堆芯補(bǔ)充罐的上部分處連接到一級(jí)冷卻劑 回路的熱管段而在堆芯補(bǔ)充罐的下部分處連接到一級(jí)冷卻劑回路的冷管段，所述隔離閥位 于堆芯補(bǔ)充罐的下部分和冷管段之間，以便在正常反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)期間隔離開(kāi)堆芯補(bǔ)充罐的下 部分與一級(jí)冷卻劑回路的冷管段。第二降壓子系統(tǒng)連接到堆芯補(bǔ)充罐的頂部。
[0015] 模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)還可以包括無(wú)源余熱移除系統(tǒng)，用于當(dāng)隔離閥處于打開(kāi)狀態(tài) 中時(shí)冷卻堆芯補(bǔ)充罐內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑。優(yōu)選地，無(wú)源熱量移除系統(tǒng)具有包括一級(jí)側(cè)和二 級(jí)側(cè)的第一換熱器。第一換熱器的一級(jí)側(cè)與堆芯補(bǔ)充罐中的反應(yīng)堆冷卻劑流體連通，而第 一換熱器的二級(jí)側(cè)與第二換熱器的一級(jí)側(cè)流體連通，所述第二換熱器具有與最終熱阱池流 體連通的二級(jí)側(cè)；其中，最終熱阱池延伸到安全殼壓力容器上方的高度處。在一個(gè)實(shí)施例 中，當(dāng)池中的液體下降到預(yù)定液位下方時(shí)，最終熱阱池與用于補(bǔ)充液體池的補(bǔ)充裝置流體 連通，安全殼壓力容器基本潛入在所述液體池中。
[0016] 模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)還可以包括保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 構(gòu)造成監(jiān)測(cè)任何設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件的發(fā)生，所述設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件包括冷卻劑損失事故或者蒸汽管 道破裂，并且在發(fā)生這些事件時(shí)發(fā)出控制信號(hào)以打開(kāi)與堆芯補(bǔ)充罐相聯(lián)的隔離閥。保護(hù)和 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以額外地監(jiān)測(cè)堆芯補(bǔ)充罐內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑液位，并且當(dāng)堆芯補(bǔ)充罐中 的反應(yīng)堆冷卻劑低于預(yù)選液位時(shí)，保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，以激活降壓系統(tǒng)。理 想地，降壓系統(tǒng)的激活還激活了安全殼內(nèi)的池內(nèi)部的通氣閥，所述通氣閥使得安全殼內(nèi)的 池罐的內(nèi)部與安全殼壓力容器的內(nèi)部通氣。安全殼內(nèi)的池罐構(gòu)造成當(dāng)反應(yīng)堆壓力容器中的 壓力基本等于安全殼壓力容器中的壓力時(shí)通過(guò)安全殼內(nèi)的儲(chǔ)液器排入到堆芯中。
[0017] 在其它實(shí)施例中，反應(yīng)堆壓力容器包括蒸汽發(fā)生器換熱器，所述蒸汽發(fā)生器換熱 器具有作為核反應(yīng)堆的一級(jí)冷卻劑回路的一部分的一級(jí)側(cè)和在封閉回路中與汽包連接的 二級(jí)側(cè)，所述汽包位于安全殼壓力容器外部。蒸汽發(fā)生器換熱器的二級(jí)側(cè)具有蒸汽發(fā)生器 隔離閥，用于隔離開(kāi)蒸汽發(fā)生器換熱器的二級(jí)側(cè)與汽包。保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)額外地構(gòu)造 成監(jiān)測(cè)一級(jí)或者二級(jí)側(cè)破裂并且當(dāng)檢測(cè)到破裂時(shí)，保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向蒸汽發(fā)生器隔離 閥發(fā)出保護(hù)信號(hào)，所述蒸汽發(fā)生器隔離閥響應(yīng)保護(hù)信號(hào)將蒸汽發(fā)生器換熱器與汽包隔離 開(kāi)。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)能夠從優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中進(jìn)一步理解在下文中聲明權(quán) 益的本發(fā)明，其中：
[0019] 圖1是傳統(tǒng)核反應(yīng)堆系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；
[0020] 圖2是局部剖開(kāi)的透視圖，其示出了包含本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的小模塊化一體化 反應(yīng)堆系統(tǒng)；
[0021] 圖3是在圖2中示出的反應(yīng)堆的放大視圖；