一种具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统

摘要

本发明公开了一种具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统，包括内层主压力容器、外层辅助压力容器、保温层及若干余热排出组件；外层辅助压力容器套接于内层主压力容器的外壁上，且外层辅助压力容器与内层主压力容器之间形成空腔，其中，所述空腔分隔为若干夹层腔室；保温层套接于外层辅助压力容器的外壁上；一个夹层腔室对应一个余热排出组件，该系统能够解决压力容器腔室混凝土高温老化的问题。

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆压力容器及余热排出领域，涉及一种具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统。

背景技术

当前第三、四代先进反应堆都要求有安全级的非能动余热排出系统，用于在紧急状态下不依靠能动设备进行余热排出，从而提高反应堆的故障安全性。

压水堆采用的安全级非能动余热排出系统是从一回路热管段引出冷却剂进行冷却降温后返回至一回路热管段。由于压水堆非能动余热排出系统和一回路相连通，一般压水堆一回路压力超过15MPa，传热管要求的承压等级高，材料需要特殊的材料制造，成本很高；由于增加了一回路压力边界的设备范围，传热管的破损可以引发一回路小LOCA，增加了不确定性风险。

高温气冷堆的安全级非能动余热排出系统采用的是辐射换热的思路，即反应堆压力容器外表面没有保温层,，反应堆压力容器外布置金属传热管，依靠反应堆压力容器外表面与金属传热管之间的辐射和自然对流进行换热，从而把堆芯余热导出。这种非能动余热排出系统虽然避免了压水堆余热排出系统成本较高和一回路LOCA风险，但是压力容器外表面一般为250摄氏度左右，辐射和自然对流换热方式效率太低，影响堆芯余热导出能力；辐射换热方式会在压力容器腔室内形成150℃以上的高温环境，长时间高温作用会导致压力容器腔室混凝土高温老化，影响混凝土寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统，该系统能够解决压力容器腔室混凝土高温老化的问题。

为达到上述目的，本发明所述的具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统包括内层主压力容器、外层辅助压力容器、保温层及若干余热排出组件；

外层辅助压力容器套接于内层主压力容器的外壁上，且外层辅助压力容器与内层主压力容器之间形成空腔，其中，所述空腔分隔为若干夹层腔室；

保温层套接于外层辅助压力容器的外壁上；

一个夹层腔室对应一个余热排出组件，各余热排出组件均包括冷空气输入管道、安全壳出口隔离阀、拔风烟囱入口风阀、拔风烟囱、抽真空隔离阀及抽真空装置，其中，冷空气输入管道上设置有冷空气入口风阀及安全壳入口隔离阀，冷空气输入管道与夹层腔室底部的入口相连通，夹层腔室顶部的出口分为两路，其中一路经安全壳出口隔离阀与拔风烟囱相连通，另一路经抽真空隔离阀与抽真空装置相连通。

外层辅助压力容器的内侧壁与内层主压力容器的外壁之间设置有若干横向支撑。

外层辅助压力容器底部的内壁与内层主压力容器底部的外壁之间设置有纵向支撑。

外层辅助压力容器的外壁上设置有检修人孔。

拔风烟囱入口风阀及拔风烟囱的位置高于内层主压力容器及外层辅助压力容器。

内层主压力容器、外层辅助压力容器、横向支撑、纵向支撑、检修人孔、夹层腔室、保温层、安全壳入口隔离阀、安全壳出口隔离阀、抽真空隔离阀、抽真空装置位于安全壳内。

冷空气输入管道的入口处设置有风机。

拔风烟囱的入口处设置有拔风烟囱入口风阀。

各夹层腔室沿周向均匀分布。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统在具体操作时，当紧急工况反应堆时，本发明投入使用，此时抽真空装置停运，抽真空隔离阀关闭，夹层腔室开始进入空气成为常压状态，冷空气入口风阀、安全壳入口隔离阀、安全壳出口隔离阀及拔风烟囱入口风阀全部自动打开，冷空气在夹层腔室中被加热，形成自然循环流动进入拔风烟囱中，并向上流动形成抽吸作用，使得冷空气源源不断的进入夹层腔室，以冷却内层主压力容器，带出堆芯余热，避免压力容器腔室混凝土高温老化的问题，结构简单，操作方便，实用性极强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为内层主压力容器、2为外层辅助压力容器、2-1为横向支撑、2-2为纵向支撑、2-3为检修人孔、2-4为夹层腔室、3为保温层、4为安全壳、5为冷空气入口风阀、6为安全壳入口隔离阀、7为安全壳出口隔离阀、8为拔风烟囱入口风阀、9为拔风烟囱、10为抽真空隔离阀、11为抽真空装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的具有双层结构压力容器的反应堆空冷式余热排出系统包括外层辅助压力容器2、内层主压力容器1、保温层3、安全壳4及若干余热排出组件；

外层辅助压力容器2套接于内层主压力容器1的外壁上，且外层辅助压力容器2与内层主压力容器1之间形成空腔，其中，所述空腔分隔为若干夹层腔室2-4，各夹层腔室2-4沿周向均匀分布。

保温层3套接于外层辅助压力容器2的外壁上，其中，外层辅助压力容器2的内侧壁与内层主压力容器1的外壁之间设置有若干横向支撑2-1，外层辅助压力容器2底部的内壁与内层主压力容器1底部的外壁之间设置有纵向支撑2-2，外层辅助压力容器2的外壁上设置有检修人孔2-3；

一个夹层腔室2-4对应一个余热排出组件，各余热排出组件均包括冷空气输入管道、安全壳出口隔离阀7、拔风烟囱入口风阀8、拔风烟囱9、抽真空隔离阀10及抽真空装置11，其中，冷空气输入管道上设置有冷空气入口风阀5及安全壳入口隔离阀6，冷空气输入管道与夹层腔室2-4底部的入口相连通，夹层腔室2-4顶部的出口分为两路，其中一路经安全壳出口隔离阀7及拔风烟囱入口风阀8与拔风烟囱9相连通，另一路经抽真空隔离阀10与抽真空装置11相连通。

内层主压力容器1、外层辅助压力容器2、横向支撑2-1、纵向支撑2-2、检修人孔2-3、夹层腔室2-4、保温层3、安全壳入口隔离阀6、安全壳出口隔离阀7、抽真空隔离阀10、抽真空装置11位于安全壳4内。

拔风烟囱入口风阀8及拔风烟囱9的位置高于内层主压力容器1及外层辅助压力容器2。

本发明的具体工作过程为：

在反应堆正常运行时，检修人孔2-3、冷空气入口风阀5、安全壳入口隔离阀6、安全壳出口隔离阀7及拔风烟囱入口风阀8全部处于关闭状态，本发明不运行。抽真空装置11及抽真空隔离阀10处于自动模式，抽真空装置11根据夹层腔室2-4的真空度自动启停，抽真空隔离阀10根据抽真空装置11的启停自动打开或者关闭，自动维持夹层腔室2-4为真空状态，绝对压力值小于5KPa，显著的降低了反应堆压力容器的散热，同时避免余热排出系统内部空气被中子活化积累造成的辐射风险。

真空状态夹层腔室2-4的内部只有极少量的空气，受运行中的反应堆中子辐照产生的放射性活化产物浓度极低，且由于抽真空装置11及抽真空隔离阀10的运行，活化产生的极少量放射性产物被排到安全壳4内部，被安全壳4内的空气净化系统吸附净化，不会导致放射性释放到大气中。

真空状态的夹层腔室2-4同时充当保温层3的作用，以降低内层主压力容器1的散热，降低内层主压力容器1及外层辅助压力容器2形成的温度应力。

当在反应堆正常停堆检修时，抽真空装置11停运，抽真空隔离阀10关闭，夹层腔室2-4为常压状态。冷空气入口风阀5、安全壳入口隔离阀6、安全壳出口隔离阀7及拔风烟囱入口风阀8全部处于打开状态。冷空气输入管道输出的冷空气进入到夹层腔室2-4中进行换热升温，然后经拔风烟囱9排出，当夹层腔室2-4内的温度降低至工作允许温度时，则打开检修人孔2-3，对内层主压力容器1、外层辅助压力容器2及其内部部件进行检修。

当紧急工况反应堆需要投运余热排出系统时，则抽真空装置11停运，抽真空隔离阀10关闭，夹层腔室2-4开始进入空气成为常压状态。冷空气入口风阀5、安全壳入口隔离阀6、安全壳出口隔离阀7及拔风烟囱入口风阀8全部自动打开，冷空气在夹层腔室2-4中被加热，形成自然循环流动进入拔风烟囱9中，并向上流动形成抽吸作用，使得冷空气源源不断的进入夹层腔室2-4，以冷却内层主压力容器1，带出堆芯余热。可以在冷空气入口风阀5入口增加临时风机向夹层腔室2-4强制送风，使得余热排出系统处于强迫运行状态。

最后需要说明的是，对于压水堆，本发明不再与一回路相连通，可以降低传热管要求的承压等级和材料要求，节约成本，同时避免传热管的破损引发的一回路小LOCA，降低系统运行风险。