[发明专利]一种长时效非能动安全壳冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种长时效非能动安全壳冷却系统(PCCS)。

背景技术

现有核电厂的非能动安全壳冷却系统因结构设计不合理，主要存在如下技术问题：

1、在安全壳的顶部承载巨大贮水箱的结构，其在强地震、海嘨、龙卷风等极端事件中极易导致结构破坏并丧失安全功能。

此外，该种方式中，冷却水源位于安全壳上方的水贮存箱内，水箱设有冗余的液位测量通道和报警器以监测水箱水位，同时设有冗余的温度测量通道以监测温度和低温时报警，防止水结冰。为维持系统的可运行性，设置了一个与水箱连接、控制化学特性和温度的再循环环路。在核电厂正常运行情况下，再循环环路维持水箱的正常状态；而在事故情况下，此再循环环路为非安全级系统，假如核电厂位于低温地带，水箱的水可能会结冰，喷淋管中的水可能会被冻结，从而不能实施有效的安全喷淋。

2、现有核电厂事故后依靠非能动安全壳冷却水箱(PCCWST)内低温水对钢制安全壳外壁面实施喷淋冷却的非能动方式中，其水箱内的水容积仅满足短时间(例如：72小时，安全壳结构不足以承担更大负荷)的功能需求。而在极端自然灾害情况下，诸如福岛核事故情形下，在很长时间内完全丧失厂内外交流电源，当PCCWST的水箱排空之后，没有动力源驱动再循环泵向其补水。如果只依靠空气对流的方式在安全壳外壁面冷却，不足以排出堆内余热，安全壳内高压会造成安全壳破裂，造成事故后果急剧恶化。

此外，该种方式中通过在钢制安全壳外壁面建立一层水膜，利用水膜的蒸发和对流进行热量移除的非能动方式，由于安全壳内往往在事故初期达到压力峰值，即事故初期是最需要得到有效冷却的时段，而基于实验得到的PCCS建立水膜的延迟时间长达337秒，换热的及时性不足；同时，根据美国西屋公司的实验，水膜建立的覆盖率、排热能力至今未得到充分的验证。

由此可见，安全壳热容量和热移除是非能动压水堆核电厂进一步提升功率所面临的瓶颈问题，如果采用对原设计简单扩容的方法，例如：增大安全壳容积和表面积、增大冷却水储存箱容积等方式，已不能满足大功率条件下的功能需求，不利于电厂整体经济型和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种长时效非能动安全壳冷却系统，能够消除安全壳结构强度和稳定性的隐患，增加安全壳补水池的容量，有效实现安全壳的降温和降压，以确保安全壳的完整性，提高安全壳抵御极端事件的能力；显著提高换热功率，提升安全可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种长时效非能动安全壳冷却系统，包括：钢制安全壳；设置在钢制安全壳外部的混凝土屏蔽层，混凝土屏蔽层和钢制安全壳的外壁之间具有能够为钢制安全壳提供静压的换热水池；浮动设置在换热水池液面上的换热管组件；换热水池液面上方的混凝土屏蔽层上开设用以使外部空气进入钢制安全壳和混凝土屏蔽层之间的空气入口，钢制安全壳顶部的混凝土屏蔽层上开设用以使钢制安全壳和混凝土屏蔽层之间的空气排出的空气出口，换热水池形成在空气入口所在位置以下的混凝土屏蔽层和钢制安全壳之间；以及连通至换热水池的安全壳补水池补水装置，其中：通过换热水池中池水的蒸发和/或换热管组件的热交换，可将换热水池中池水的热量传递到安全壳和混凝土屏蔽层之间的空气中，空气入口和空气出口之间进行空气对流可将热量带走，安全壳补水池补水装置维持换热水池的液面基本不变。

其中，换热管组件包括：多根内部填装有一定量冷却工质的换热管，换热管设为密封，换热管的内部保持常压或加压；换热管置放在换热水池池水液面以下的部分为吸热端，换热管置放在换热水池池水液面以上的部分为放热端；冷却工质为低沸点工质以使吸热端被换热水池的池水加热后可致冷却工质蒸发，放热端被空气冷却可致冷却工质冷凝。

其中，换热管组件还包括：用以对多根换热管进行固定的中空桶格架，多根换热管在中空桶格架上等距均匀布置，其中：中空桶格架可在换热水池的池水中产生一定的浮力以使换热管组件能够浮动在换热水池的液面上。

其中，换热管组件还包括：环形固定格架，环形固定格架由多个圆环紧密焊接而成，中空桶格架固定在环形固定格架的圆环中。

其中，多组换热管组件进行拼装后的长度尺寸和宽度尺寸分别大于换热管的轴向高度尺寸。

其中，换热管的外壁上装设有翘片。

其中，冷却工质的沸点在25℃-100℃之间。

其中，冷却工质为氟利昂类R11、R113、R114及R21中的任一种冷却工质。