地下核电站气载放射性流出物非能动水洗过滤系统

摘要

本发明公开了一种地下核电站气载放射性流出物非能动水洗过滤系统，包括设置于地下洞室内的金属罐，金属罐内盛装有一定量的滤碘溶液，金属罐的侧壁下方设置有与安全壳连通的气体入口管，气体入口管在金属罐内与若干个支管连通，支管上密集布置文丘里管，文丘里管的顶部低于滤碘溶液的液面，金属罐顶部设置有与烟囱连通的气体出口管，气体出口管的下方设置有金属纤维过滤器，文丘里管与金属罐内壁之间设置有热交换管，热交换管与地面冷却水池连通，金属罐侧壁上还布置有注液管和排液管。本发明结合地下核电站的特点和文丘里管的工作原理，设计出一种非能动、自我调节泄压、能长期有效运行且反复使用的水洗过滤系统。

说明书

技术领域

本发明涉及核电技术，具体地指一种地下核电站气载放射性流出 物非能动水洗过滤系统。

背景技术

若核电站发生堆芯熔化严重事故，堆芯熔融物会与混凝土底板发 生反应，产生大量的不凝结气载放射性流出物，导致安全壳超压，此 时需要启用安全壳过滤排放系统来主动降低安全壳压力，并过滤气载 放射性流出物。

安全壳过滤排放系统最重要的设备就是过滤器，不同的过滤器会 带来不同的过滤效果。最初使用的过滤器是砂床过滤器和金属纤维过 滤器，砂石和金属纤维都具有吸附和滞留气载放射性流出物的作用， 但它们都不能有效地去除碘元素，只能起到延迟作用。后来出现了一 种混合过滤器，是由喷嘴和两级气液分离器组成，能够比较有效地除 气溶胶和碘元素，但需要外加动力。而目前瑞士等发达国家普遍采用 的过滤器是由文丘里水洗器和金属纤维过滤器组成的组合过滤器，其 中文丘里水洗器以泄放气体的压力作为动力源，不需外界动力，可去 除大部分的气溶胶和几乎全部的碘元素，而剩余的气溶胶可由金属纤 维过滤器进一步过滤。但此组合过滤器的不足之处在于其中的溶液量 有限，无法长期运行，而且没有去除过滤残液的有效方法，不能反复 使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提出一种在严重事故 情况下能长期运行、有效过滤气载放射性流出物的地下核电站气载放 射性流出物非能动水洗过滤系统。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明所设计的一种地下核电 站气载放射性流出物非能动水洗过滤系统，包括设置于地下洞室内的 金属罐，金属罐内盛装有一定量的滤碘溶液，其特殊之处在于，所述 金属罐的侧壁下方设置有气体入口管，所述气体入口管在金属罐内与 若干个支管连通，所述支管上密集布置文丘里管，所述文丘里管的顶 部低于滤碘溶液的液面，所述金属罐顶部设置有气体出口管，所述气 体出口管的下方设置有金属纤维过滤器，所述文丘里管与金属罐内壁 之间设置有热交换管，所述热交换管与地面的冷却水池连通。

在上述技术方案中，所述金属纤维过滤器下方设置有除雾器。除 雾器主要用于去除排出气体夹带的液滴，防止含有放射性碘元素的液 滴随排出气体排到金属罐外。

在上述技术方案中，所述热交换管环绕文丘里管呈螺旋形布置。 热交换管呈螺旋形布置于金属罐中，对金属罐内溶液的热交换效果更 佳。

在上述技术方案中，所述金属罐的侧壁中部设置有与地面溶液池 连通的注液管，所述金属罐的侧壁底部设置有与废物处理系统相连的 排液管。当金属罐中的滤碘溶液消耗明显，液面接近文丘里管顶端时， 可通过注液管加注滤碘溶液，亦可通过排液管排出使用过的滤碘溶 液。

在上述技术方案中，所述气体入口管和支管下方设置有垂直抗震 支架，所述支管与金属罐侧壁之间设置有水平抗震支架，垂直抗震支 架和水平抗震支架，使金属罐的内部构件具有良好的抗震能力。

在上述技术方案中，所述气体入口管还与安全壳所在的反应堆洞 室连通。在严重事故下本系统可将安全壳和反应堆洞室内的气载放射 性流出物均通入金属罐内。

在上述技术方案中，所述注液管在金属罐侧壁入口的高度位于滤 碘溶液的液面与文丘里管顶部之间。注液管的入口设置于金属罐中滤 碘溶液的液面与文丘里管顶部之间，在加注溶液时保证从文丘里管中 喷出的气体始终在液面以下。

在上述技术方案中，所述注液管上设置有第一隔离阀，所述排液 管上设置有第二隔离阀。第一隔离阀控制滤碘溶液的注入，第二隔离 阀控制滤碘溶液的排出。

本发明基于文丘里管原理有效过滤安全壳和反应堆洞室内的气 载放射性流出物，利用势能差实现非能动冷却长期运行产生的衰变 热，用于地下核电站发生严重事故后的气载放射性流出物水洗过滤， 其可以长期运行，有效去除过滤残液。

本发明结合地下核电站的特点和文丘里管的工作原理，设计一种 非能动、自我调节泄压的水洗过滤系统。将非能动水洗过滤系统置于 地下洞室内，可以提高其抗震能力和可靠性。文丘里管的应用可以提 高对排放气体中颗粒、气溶胶和碘元素的过滤效果。在核电站严重事 故下，本过滤系统能够降低安全壳的压力，有效过滤气载放射性流出 物。在运行初期，本过滤系统不需其他系统的支持和操作人员的干预， 且热交换管和注液管的设计确保了其具有长期运行的能力。若安全壳 失效，气载放射性流出物进入反应堆洞室内，本过滤系统仍然能够有 效过滤气载放射性流出物。实现放射性残液的排放功能，使本过滤系 统能够反复使用。

附图说明

图1为本发明地下核电站气载放射性流出物非能动水洗过滤系统 的结构示意图；

图2为图1中气体入口管、支管、文丘里管、水平抗震支架和热 交换管的平面结构示意图；

图3为图1中文丘里管的结构示意图；

图中：1.地面，2.地下洞室，3.金属罐，4.气体入口管，5.支 管，6.文丘里管，6-1.收缩段，6-2.喉管，6-3.扩散段，6-4.吸液 孔，7.热交换管，8.液面，9.除雾器，10.金属纤维过滤器，11.气 体出口管，12.注液管，13.第一隔离阀，14.溶液池，15.冷却水池， 16.垂直抗震支架，17.水平抗震支架，18.排液管，19.第二隔离阀。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施 例不应理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示的本发明一种地下核电站气载放射性流出物非 能动水洗过滤系统，包括设置于地下洞室2内的金属罐3，金属罐3 的侧壁下方设置有气体入口管4，气体入口管4分别与安全壳和反应 堆洞室连通，在严重事故下将安全壳和反应堆洞室内的气载放射性流 出物通入金属罐3内。金属罐3的侧壁中部设置有与地面1的溶液池 14连通的注液管12、侧壁底部设置有与废物处理系统相连的排液管 18，注液管12上设置有第一隔离阀13，排液管18上设置有第二隔 离阀19。当溶液减少且需要补充时，则打开第一隔离阀13，利用势 能差将地面1溶液池14中的溶液注入金属罐3中，确保本过滤系统 的长期运行，当本过滤系统停止运行后，可以打开排液管18上的第 二隔离阀19，将放射性残液排到废物处理系统中。金属罐3顶部设 置有与地下核电站的烟囱连通的气体出口管11，气体出口管11的下 方依次设置有金属纤维过滤器10和除雾器9。气体入口管4在金属 罐3内与若干个支管5连通，气体入口管4和支管5下方设置有垂直 抗震支架16，支管5与金属罐3侧壁之间设置有水平抗震支架17。 支管5上密集布置文丘里管6，从支管5输出的气体由下向上经文丘 里管6而喷出。文丘里管6与金属罐3内壁之间设置有热交换管7， 热交换管7与地面1的冷却水池15连通，冷却水池15布置在地面1， 利用势能差实现非能动冷却长期运行产生的衰变热。热交换管7设计 为圆圈状，环绕文丘里管6呈螺旋形布置。

金属罐3内盛放有一定量的滤碘溶液，滤碘溶液中含有可以吸收 碘元素的物质。金属罐3具有良好的密封性，防止气体和液体的泄漏， 并能够承受设计压力。金属罐3内滤碘溶液的液面8必须高于文丘里 管6和热交换管7，且低于除雾器9和金属纤维过滤器10，即在液面 8以上要保留一定的气体空间。注液管12在金属罐3侧壁入口的高 度位于液面8与文丘里管6顶部之间。

文丘里管6主要由收缩段6-1、喉管6-2和扩散段6-3组成，其 中在喉管6-2上开有吸液孔6-4。含放射性颗粒的气体进入收缩段6-1 后，流速增大且在进入喉管时达到最大值。溶液经吸液孔6-4进入文 丘里管6的喉管6-2处，气液相间相对速度很大，液滴在高速气流下 雾化，气体湿度达到饱和。放射性颗粒被液体湿润，与雾化液滴之间 发生激烈的碰撞和凝聚。在扩散段6-3中，气液速度减小，压力回升， 以放射性颗粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚成直径较大的含尘液 滴，溶解于金属罐3的溶液中。

当地下核电站发生严重事故且需要采取主动排放的方法来降低 安全壳的压力时，非能动水洗过滤系统启用。在最初的24小时内， 不需要水或电力系统的支持，也无需操作人员的干预，将气载放射性 流出物直接通入本过滤系统的气体入口管4。气载放射性流出物通过 气体入口管4和气体入口管分支5进入文丘里管6内，在文丘里管6 内将大部分放射性颗粒、气溶胶和几乎全部的碘元素溶解于滤碘溶液 中。从文丘里管6喷出的剩余气体冲出液面8进入气体空间，经过除 雾器9和金属纤维过滤器10后，气体中的液滴、放射性颗粒和气溶 胶得到进一步过滤。最后，气体经气体出口管11排出。若本过滤系 统运行较长时间(超过24小时)，金属罐3中的溶液消耗明显，液面 8已经接近文丘里管6顶端时，需要打开隔离阀13，利用势能差将地 面溶液池14中的溶液经注液管12注入到金属罐3内；且由于运行时 间较长，系统中的衰变热也在增加，需要通过热交换管7和地面冷却 水池15非能动导出衰变热。若安全壳失效，气载放射性流出物进入 反应堆洞室内，本过滤系统仍然能够有效过滤气载放射性流出物。当 本过滤系统停止运行后，可以打开隔离阀19，经排液管18将放射性 残液排到废物处理系统中。

需要注意的是，在本过滤系统运行初期金属罐3中的溶液量不能 过多，需要保持足够的气体空间，这是因为运行初期压缩蒸汽和池水 的膨胀会导致液位暂时升高并达到峰值。如果气体空间不足，溶液会 淹没除雾器9和金属纤维过滤器10，导致部件损坏。然后随着过滤 系统的运行，溶液量不断消耗，液位才会下降。

其它未详细说明的部分均为现有技术。