[发明专利]一种液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统及排空方法

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆的冷却剂辅助系统，特别涉及到液态重金属冷却反应堆的辅助系统及排空方法。

背景技术

液态重金属反应堆冷却剂密度大，对于铅或铅合金的冷却剂，其密度超过水或钠的10倍。在进行堆内构建的检修或者维护，以及在反应堆最终退役时，都需要将冷却剂排出堆容器外，以便提供一个合适的环境进行操作。

传统压水堆或钠冷快堆在需要将冷却剂排空时，通过堆外的泵就可以将冷却剂“抽”出反应堆，但是对于液态重金属，通过泵“抽”冷却剂，在覆盖气体为1个大气压的情况下，最多只能“抽”出1米的高度(对于水为10米)，而这个高度则无法实现将冷却剂提升至堆顶盖以上(通常需要2米以上)，而随着堆内液面的下降，抽送的要求则更加高。

通常实现以上目的的手段具有如下几种：

(1)堆内布置一个备用泵，放置在堆底部附近，将冷却剂“推”出堆外，但所需的泵由于压头高(～5倍主泵压头)，并且运动部件长时间在液态重金属环境中浸泡，可能存在黏接而影响运动；

(2)预留孔道直通堆底，在需要进行排空操作时临时放置一个泵进入堆底，进行排空操作，但是操作极为复杂；

(3)采用覆盖气体增压的方式进行实现，通过在液态重金属的液位上面的覆盖气体增加压力，配合出口管道将液态重金属“压”出堆池，一方面提高了对堆顶盖的承压(0.1MPa提高到1MPa)和密封要求，另一方面当堆顶出现泄漏而又很难修复时，则无法进行冷却剂的排空。

目前为止，除了俄罗斯的核潜艇以外，还未有建造液态重金属反应堆，目前的概念设计通常均采取以上方式。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，可靠性高的液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统及排空方法，不依赖与液态金属接触的机械能动部件，可以实 现液态重金属反应堆冷却剂的排出，确保反应堆内部构件维修或退役时合适的环境。

为实现所述方法的功能，本发明利用管道的连接设计，通过钨球和配合封头的配合，获取在不同的两侧压力下的开启和关闭，实现冷却剂的进出，由下降管的气体加压最终实现冷却剂的流出和排空。

本发明采用的技术方案：一种液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统，由下降管道(1)、钨球(2)、配合封头(3)、排空管道(4)、挡板(5)、排空阀门(6)、钨球操作口(7)和压力控制系统(8)组成；其中下降管道(1)贯穿堆顶盖(9)，上端连接压力控制系统(8)和钨球操作口(7)，下降管道(1)下端布置在堆池(10)的底部，下降管道(1)底部连接有配合封头(3)；排空管道(4)连接至下降管道下端的侧面，连接处在排空管道(4)内布置有挡板(5)，排空管道上端贯穿出堆顶盖(9)，并布置有阀门(6)。

其中，反应堆正常运行时，钨球(2)位于排空系统外，配合封头(3)此时完全开启，系统内和堆池(10)内连通。

排空方法实现步骤如下：

(1)反应堆正常运行时，钨球(2)位于系统外，配合封头(3)此时完全开启，冷却剂排空系统和堆池(10)连通；

(2)冷却剂排空前，将钨球(2)由钨球操作口(7)放入下降管道(1)内，钨球(2)由于重力作用下降至配合封头(3)内，钨球操作口(7)关闭；

(3)压力控制系统(8)增加压力，钨球由于上部压力大，因此钨球向下与配合封头压紧，实现密封效果，随着压力增加，下降管道(1)内和排空管道(4)内的冷却剂从排空管道(4)出口处压出；

(4)当冷却剂液位下降到下降管道底部附近，通过压力控制系统(8)停止并逐步减小压力，此时堆池(10)内压力大于冷却剂排空系统内压力，钨球(2)将被冷却剂向上冲开，冷却剂将充入排口系统中，下降管道(1)和排空管道(4)中的液位重新上升；

(5)重复(3)-(4)的过程，则将实现堆池(10)内的冷却剂经由配合封头(3)和排空管道(4)排出反应堆。

本发明的有益效果：本发明利用管道的连接设计，以及钨球和封头的配合，不依赖与液态金属接触的任何机械能动部件，实现一种新的液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统。本发明克服了已有方案的缺点：(1)无须使用液态重金属泵及任何与液态重金属接触的能动机械设备，仅使用气体控制系统和阀门进行操作；(2)对反应堆顶盖设计以及堆密封无任何要求。此外，采用了钨球的控制方式，可以在正常运行时不布置于堆内，以免由于液态重金属对系统的侵蚀、腐蚀等引起的氧化物等杂质导致粘结，只在需要使用时置入。

附图说明