[发明专利]用于核反应堆压力容器的被动减压系统

说明书

压力容器减压系统，其特征在于包括一个加压容器(1)，设置有开口弹簧(10)的气动致动器的主阀(8)，其一侧连接向所述加压容器(1)壳体里面的气体，另一侧连接大气，限定该开口弹簧(10)的预定机械压力，因此，当加压容器(1)内的压力比规定的弹簧机械压力更大，主阀(8)保持闭合，并且当加压容器(1)内的压力低于预定的机械压力，主阀(8)被打开，并且可以保持打开状态打开，允许容器中的加压气体(1)被排放到大气中它的主要操作的不需要任何外部电源，允许在事故情况下，适当地发挥其作用，甚至电力的全失的情况下。

本发明涉及一种用于核反应堆压力容器的减压系统，主要用于硼酸注水蓄能器，通常作为核反应堆安装的安全系统。

发明背景

即使经过很长一段时间停止核反应，核反应堆仍然会产生热量。该余热必须通过专门的冷却系统移除，以保持其完整性。如果热量无法散发出去，气温会上升至足以产生氢气的爆炸性环境，造成核心熔化，并且可能释放的放射性物质进入环境。

在总电功率损耗的情况下，保持芯的冷却的唯一方式是所谓的“自然循环”。这是一种物理过程，利用从反应堆流出的水与从蒸汽器管道返回的水的温度差，在冷却系统管道中创造流。蒸汽器是芯的热量被交换和提取到外部作为清洁蒸汽的位置。这种蒸汽可消散到大气中，避免了芯和外部环境的连接。

设计用于减轻事故的一些系统，其中常常包括反应堆硼酸注水系统。它们作用于恢复反应堆中的水位，以保持冷却，此外，保持水中的硼浓度，以确保有足够的停堆裕使反应堆不超过临界水平。

该系统由一个或多个含有一定量的硼酸水的蓄能器，并且有指定的氮气加压。这些蓄能器通过隔离阀(默认打开)和一个止回阀，被连接到反应器。

在普通情况下，在反应堆中的压力大于在蓄能器中的压力。在这些条件下，止回阀保持关闭，并且必须要注射。然而，当出现降压情况时，反应堆中的压力低于蓄能器中的压力，压缩氮气开始注硼酸水到反应堆中，直到硼酸水完全排空。一旦排空，操作人员必须关闭隔离阀，并停止注射。

当情况更为严重的时候，比如电力总损失，注射装备控制失效。这意味着，在反应堆得压力继续下降到一定值，压缩氮气进入反应堆冷却回路内。

冷却系统内的氮气对反应堆中的化学或放射活性活动没有任何不利影响。但是，由于氮是一种非冷凝气体，最后进到电路的较高部分，蒸汽器管子的顶部。非冷凝性气体的这种累积会导致自然循环流中断，这是向外散热唯一可用的途径。氮气极大地复杂了芯的冷却过程，并且可以大大地提高了芯熔化的可能性。

为了防止氮气接近反应堆和蒸汽器，只可以采取两个措施：

第一个措施是，当注水结束时，关闭连接蓄能器到反应堆的阀门。这种措施有几个缺点：这些阀通常打开的或者永久断开，以避免虚假闭合。这样就必须给下达闭合命令。然而，在没有电力的情况下，这是不可能关闭的。即使它可以由手提便携式系统来实现，但是隔离要是进行得过快，会使得硼酸水注射不完全，要是进行得过慢，氮气就会达到反应堆中。

第二种措施是，通过溢流阀的装置将氮气排放到大气。这种做法和上述措施有相同的缺点。

因此，显然需要一些自动系统来防止氮气进入反应堆，且不需要任何外部能源用于其操作。此外，该系统应能自动识别适当的操作时间。一方面，它允许无人操作，另一方面，它能最大限度地把冷却水注入到反应堆中，同时也确保氮气不进入反应堆系统。

专利US5309488A公开了一种应急反应堆冷却剂的存储装置，包括减压装置，可在适当的时间对存储装置减压，从而防止存储装置内的气体流入反应系统。

专利US4064002A公开了一种用于核反应堆的应急堆芯冷却系统，优选地，其在建造时主应急堆芯冷却系统对于核反应堆具有补充效果。在反应堆的主要冷却剂管路破裂，并因此造成反应堆冷却剂压力下降的情况下，罐或蓄能装置中的紧急补充冷却剂通过止回阀，供应到封头增压区域。