[发明专利]一种非能动安全壳冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及压水堆核电站，尤其是涉及一种非能动安全壳冷却系统。

背景技术

安全壳是核电厂在发生事故时，防止放射性物质外泄的最后一道安全屏障。安全壳冷却系统在核电厂一、二回路发生事故时投入使用，用于保证安全壳内的环境温度和压力不超过设计许可范围，从而保持安全壳的完整性和密封性。我国目前正在研发的大型先进压水堆所采用的技术是与AP1000类似非能动安全壳冷却系统。AP1000是由美国西屋公司研发的第三代核电系统，采用了非能动安全壳冷却系统（Passive Containment Cooling System，简称:PCS）。AP1000的PCS采用了双层安全壳结构，外层为混凝土结构，内层为钢壳，内外层间是空气流道，在安全壳顶部水箱中贮存着冷却水。当核电厂发生事故，安全壳内的压力超过一定限值之后，会触发顶部水箱阀门开启，冷却水依靠重力的作用向下流动，在钢安全壳外侧形成一层水膜。水膜受热蒸发，并带走安全壳内部的热量，降低安全壳内的压力和温度。在事故工况下，AP1000的安全壳既要作为隔离边界，又要作为热量导出界面。其换热效率直接关系到电厂的安全。理论分析和功能试验证实，PCS系统可以在设计基准事故和一些严重事故工况下，有效地控制安全壳内的压力和温度，确保安全壳的完整性和密封性。依靠非能动安全壳冷却技术，可以维持AP1000安全壳在72h内保持完整，有效地防止放射性物质泄漏。

AP1000核电系统是由AP600升级而来，对原有的PCS系统的改进及扩容十分有限，其原始设计余量由于功率的提升而大大减小。如果要建造大型先进压水堆，将功率提升40%～70%，原是的PCS很难满足维持72h工作的要求，甚至有可能无法在反应堆事故初期将安全壳内的压力和温度控制在安全范围以内。增加安全壳表面积或增加水箱容量可以强化换热，但是会带来设备制造和厂房建造的负担。因此必须对水的流量和水膜分布进行优化控制，尽可能减小水箱的体积，提高水膜利用率，增加系统的安全性。

中国专利CN102081976A公开一种大容量完全非能动安全壳冷却系统。该安全壳冷却系统可利用传感器收集安全壳相关的热工参数，跟踪冷却过程，在安全壳上方设置多个用以储存不同冷却剂的储藏箱，通过冷却剂种类的选择及冷却剂流量的调节实现对安全壳冷却功率的动态控制；通过采用广义非能动控制单元，该安全壳冷却系统的启动及整个运行过程可完全不依赖于外部动力供应，因此具有完全的非能动特性。该发明使用了多种低沸点冷却剂，使系统变得复杂，并且增加了建造和维护成本。

中国专利CN103106934A公开一种非能动安全壳外部冷却系统，包括：水箱；出水管，出水管的两端分别与水箱和水量控制分配装置相连接；以及，水量控制分配装置，水量控制分配装置设于安全壳的上方，冷却水经过水量控制分配装置喷洒到安全壳表面上，其中水量控制分配装置进一步包括：热工参数传感器，热工参数传感器用于实时探测安全壳内的压力以及安全壳表面的温度分布；智能处理单元，智能处理单元与热工参数传感器相连，其中内置可编程控制器，用于根据输入的热工参数，计算输出对应的流量控制指令给流量分配器；以及流量分配器用于实现对冷却剂的流量调控。该发明通过热工参数传感器探测安全壳内的压力和安全壳表面的温度分布来调节冷却剂流量，但是此技术将传感器布置在安全壳内，通信线路需要穿过安全壳，此外，通过压力和温度来调节冷却水流量存在一定的问题，一方面压力响应与冷却水流量之间存在延迟，另一方面，在水膜完全覆盖安全壳外表面的情况下，冷却水量增大不一定导致压力减小。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的顶部水箱冷却水利用率不高，PCS系统复杂，通过压力和温度调节水流量存在缺陷等问题，提供能够提高冷却水利用效率，在冷却水箱体积不变的情况下，延长事故工况下安全壳保持完整性和密封性的时间，增加系统安全性的一种非能动安全壳冷却系统。

本发明设有水箱、水量控制分配装置、出水管、智能处理单元、冷却水分流堰、空气入口、预应力混凝土壳、导流板、热工参数传感器、空气出口和钢安全壳；

所述水量控制分配装置安装在水箱的出水管线上，水量控制分配装置外接供电电源；出水管的冷却水出口接冷却水分流堰；热工参数传感器设在钢安全壳外表面，热工参数传感器通过热工参数反馈通路与智能处理单元相连接，热工参数传感器外接核电站总监控室；预应力混凝土壳设在钢安全壳外侧，导流板设在预应力混凝土壳与钢安全壳之间，钢安全壳、预应力混凝土壳和导流板之间形成空气流道，外部空气从空气入口进入空气流道，通过自然对流从空气出口流出。