浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及浮動核電站的降壓安全領(lǐng)域，具體是浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浮動核電站是利用浮動平臺建造的可移動的核電站。浮動核電站的抗震能力更強(qiáng)，受到地震、火山噴發(fā)等自然災(zāi)害的影響更小。浮動核電站漂浮在大海上，靈活性好，可以向海外孤島、石油鉆井平臺等提供熱水、淡水、電力。但是由于浮動核電站建造在大海上，沒有外部電源，一旦自身發(fā)電系統(tǒng)故障，能動的設(shè)備將無法正常運(yùn)行。因此特別需要采用非能系統(tǒng)帶出堆芯熱量、緩解事故后果。
[0003]浮動核電站設(shè)計緊湊，堆艙安全屏障難以布置水箱，而在船艙中布置的水箱容量也有限。因此需要設(shè)計緊湊合理的非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)，以實現(xiàn)嚴(yán)重事故工況下壓力容器、堆艙卸壓，并依靠重力驅(qū)動實現(xiàn)向壓力容器和堆艙注水，通過非能動方式把堆芯熱量帶到海水中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，通過設(shè)置非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)嚴(yán)重事故工況的早期事故緩解，緩解堆芯熔化后果，可以大大降低堆芯熔化概率以及安全屏障失效概率。
[0005]本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下:浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有堆艙，堆艙內(nèi)設(shè)置有壓力容器，壓力容器內(nèi)設(shè)置有堆芯和穩(wěn)壓器，壓力容器的下封頭與堆艙的堆艙底部之間形成外流道；殼體內(nèi)還設(shè)置有降壓水箱，降壓水箱內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板將降壓水箱分為噴灑區(qū)和注水區(qū)，噴灑區(qū)和注水區(qū)在降壓水箱的底部區(qū)域連通；還包括設(shè)置在殼體外部的冷水側(cè)換熱器，冷水側(cè)換熱器的換熱器進(jìn)水管與噴灑區(qū)的頂部區(qū)域連通，冷水側(cè)換熱器的換熱器出水管與注水區(qū)連通；穩(wěn)壓器依次通過卸壓管A、公共管X連通到噴灑區(qū)，卸壓管A上設(shè)置有控制閥A，公共管X上設(shè)置有止回閥X，壓力容器下降區(qū)依次通過注水管C、公共管Y連通到注水區(qū)，注水管C上設(shè)置有止回閥C和控制閥C (14);降壓水箱內(nèi)設(shè)置有冷卻液。
[0006]堆艙頂部通過卸壓管B與公共管X連通；卸壓管B上設(shè)置有控制閥B和止回閥B ;外流道通過注水管D與公共管Y連通，注水管D上設(shè)置有控制閥D和止回閥D。
[0007]上述各個止回閥的作用如下:止回閥X防止噴灑區(qū)內(nèi)的冷卻液流入公共管X內(nèi)；止回閥C防止壓力容器內(nèi)的熱液流入注水區(qū)內(nèi)；止回閥B防止穩(wěn)壓器內(nèi)的冷卻液流入堆艙內(nèi)；止回閥D防止堆腔底部的流體進(jìn)入注水區(qū)內(nèi)。
[0008]本發(fā)明的設(shè)計原理為:浮動核電站發(fā)展到嚴(yán)重事故工況后，堆芯的出口流體溫度達(dá)到設(shè)計定值(如650°C)時，操縱員可通過設(shè)置的非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)中的壓力容器降壓子系統(tǒng)對一回路快速卸壓，通過壓力容器注水子系統(tǒng)實現(xiàn)非能動壓力容器注水以淹沒堆芯。堆芯淹沒后，壓力容器注水子系統(tǒng)與壓力容器卸壓子系統(tǒng)構(gòu)成非能動帶熱循環(huán)將堆芯余熱導(dǎo)出到降壓注水箱。
[0009]在嚴(yán)重事故處理過程中，發(fā)生堆艙超壓后，操縱員可通過設(shè)置的非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)中的堆艙降壓子系統(tǒng)對堆艙卸壓，通過堆艙注水子系統(tǒng)實現(xiàn)非能動堆艙注水以淹沒壓力容器。壓力容器的下封頭淹沒后，堆艙注水子系統(tǒng)與堆艙卸壓子系統(tǒng)構(gòu)成非能動帶熱循環(huán)將壓力容器的底部導(dǎo)熱量導(dǎo)出到降壓注水箱。
[0010]來自壓力容器內(nèi)帶熱循環(huán)或堆艙內(nèi)帶熱循環(huán)的堆芯余熱導(dǎo)出到降壓水箱后，通過降壓水箱-海水非能動換熱子系統(tǒng)最終排到海水。以實現(xiàn)長期導(dǎo)出堆芯熱量，減輕事故后果，大大降低堆芯熔化概率以及堆艙安全屏障失效概率。
[0011]本系統(tǒng)主要包括壓力容器卸壓子系統(tǒng)、壓力容器注水子系統(tǒng)、堆艙卸壓子系統(tǒng)、堆艙注水子系統(tǒng)、降壓水箱-海水非能動換熱子系統(tǒng)、以及操縱員接口。操縱員接口控制各個子系統(tǒng)中的控制。
[0012]壓力容器卸壓子系統(tǒng)包括與穩(wěn)壓器連通的卸壓管A、與卸壓管A連通的公共管X，還包括設(shè)置在卸壓管A上的控制閥A和設(shè)置在公共管X上的止回閥X。
[0013]壓力容器注水子系統(tǒng)包括與壓力容器下降區(qū)連通的注水管C、與注水管C連通的公共管Y，還包括設(shè)置在注水管C上設(shè)置的止回閥C和控制閥C。
[0014]堆艙卸壓子系統(tǒng)包括與壓力容器連通的卸壓管B、與卸壓管B連通的公共管X，還包括設(shè)置在卸壓管B上的控制閥B。
[0015]堆艙注水子系統(tǒng)包括與外流道連通的注水管D，與注水管D連通的公共管Y，還包括設(shè)置在注水管D上的控制閥D和止回閥D。
[0016]降壓水箱內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板將降壓水箱分為噴灑區(qū)和注水區(qū)，噴灑區(qū)和注水區(qū)在降壓水箱的底部區(qū)域連通；還包括設(shè)置在殼體外部的冷水側(cè)換熱器，冷水側(cè)換熱器的換熱器進(jìn)水管與噴灑區(qū)的頂部區(qū)域連通，冷水側(cè)換熱器的換熱器出水管與注水區(qū)連通，這樣設(shè)置有利于降壓水箱與海水側(cè)換熱器的流體自然循環(huán)流動。
[0017]本發(fā)明利用冷熱流體的密度差和位差產(chǎn)生的自然驅(qū)動力獲得循環(huán)動力長期導(dǎo)出堆芯余熱，可大大降低堆芯熔化概率以及堆艙安全屏障失效概率，具有國際領(lǐng)先的技術(shù)水平。
[0018]具體循環(huán)過程如下:
浮動核電站發(fā)展到嚴(yán)重事故工況，操縱員根據(jù)堆芯出口流體溫度達(dá)到設(shè)計定值(如650°C)的信息，通過開啟控制閥A，啟動非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)中的壓力容器降壓子系統(tǒng)對壓力容器卸壓；通過開啟控制閥C，啟動壓力容器注水子系統(tǒng)實現(xiàn)非能動壓力容器注水以淹沒堆芯。堆芯淹沒后，壓力容器注水子系統(tǒng)與壓力容器卸壓子系統(tǒng)構(gòu)成非能動帶熱循環(huán)將堆芯余熱導(dǎo)出到降壓注水箱。
[0019]在嚴(yán)重事故處理過程中，操縱員發(fā)現(xiàn)堆艙超壓后，可通過開啟控制閥B，啟動非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)中的堆艙降壓子系統(tǒng)對堆艙卸壓；通過開啟控制閥D啟動堆艙注水子系統(tǒng)實現(xiàn)非能動堆艙注水以淹沒壓力容器，壓力容器的下封頭被淹沒后，堆艙注水子系統(tǒng)與堆艙卸壓子系統(tǒng)構(gòu)成非能動帶熱循環(huán)將壓力容器的底部熱量導(dǎo)出到降壓注水箱。
[0020]來自壓力容器內(nèi)帶熱循環(huán)或堆艙內(nèi)帶熱循環(huán)的堆芯余熱導(dǎo)出到降壓水箱后，降壓水箱內(nèi)的冷卻液將被加熱，冷卻液的密度會降低，其密度將低于冷水側(cè)換熱器內(nèi)水的密度，冷水側(cè)換熱器設(shè)置在海水或湖水中，在重力的作用下此密度差將驅(qū)動降壓水箱內(nèi)的水通過冷水側(cè)換熱器的換熱器進(jìn)水管進(jìn)入冷水側(cè)換熱器，在冷水側(cè)換熱器內(nèi)被冷卻后再通過海水側(cè)換熱器的換熱器出水管流入降壓水箱，最終實現(xiàn)熱量導(dǎo)入到海水，實現(xiàn)堆芯余熱的長期穩(wěn)定排出，期間降壓水箱的壓力將由降壓水箱頂部設(shè)置的超壓卸壓管以及設(shè)置在超壓卸壓管上的壓力控制閥進(jìn)行控制。
[0021]所述公共管X延伸進(jìn)噴灑區(qū)的一端設(shè)置有噴灑器。
[0022]換熱器進(jìn)水管和換熱器出水管都設(shè)置有閥門。
[0023]外殼內(nèi)的所有運(yùn)行工況的最低吃水線為吃水線D，冷水側(cè)換熱器位于吃水線D以下，以利于降壓水箱與海水側(cè)換熱器的流體自然循環(huán)流動。
[0024]降壓水箱頂部設(shè)置有超壓卸壓管，超壓卸壓管延伸到殼體外部，超壓卸壓管上設(shè)置有壓力控制閥和止回閥。
[0025]超壓卸壓管延伸到殼體外部的一端設(shè)置有噴灑裝置。
[0026]浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括所述的浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)，當(dāng)堆芯的出口流體溫度達(dá)到設(shè)計定值時，打開控制閥A通過卸壓管A和公共管X對壓力容器卸壓，同時打開控制閥C，注水區(qū)的冷卻液經(jīng)過公共管Y和注水管C進(jìn)入壓力容器，冷卻液淹沒堆芯，堆芯淹沒后，壓力容器內(nèi)的冷卻液和降壓水箱的冷卻液流動循環(huán)構(gòu)成非能動帶熱循環(huán)，將堆芯余熱導(dǎo)出到降壓注水箱。
[0027]浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行方法，當(dāng)堆艙超壓后，打開控制閥B，通過卸壓管B和公共管X對堆