[实用新型]一种非能动安全壳冷却系统

说明书

本实用新型提供一种非能动安全壳冷却系统，其包括：安全壳、冷却水箱、多根热管；安全壳为密封罐状，其内部设置有凹坑，且安全壳内布置有反应堆主设备；凹坑的上方设置有反应堆一回路和二回路，凹坑用于存储反应堆一回路或者二回路破裂所释放的液体水；冷却水箱设置在安全壳外部的地面上，且冷却水箱的水面高度不低于安全壳内凹坑的最大水面高度；每一根热管均包含有蒸发段和冷凝段，且每一根热管的蒸发段设置于凹坑中，且每一根热管的冷凝段设置于冷却水箱中。本实用新型具有良好的冷却能力，并且冷却水箱的补水容易实现，而且消除了安全壳结构强度和稳定性的隐患。

技术领域

本实用新型涉及核电技术领域，尤其涉及一种非能动安全壳冷却系统。

背景技术

美国西屋公司设计的AP1000核电厂非能动安全壳冷却系统如图1所示，图1中，1’为水贮存箱，2’为蒸汽发生器，3’为稳压器，4’为堆芯补水箱，5’为辅助水箱，6’为换料水箱，7’为反应堆压力容器，8’为安全壳，9’为屏蔽层，10’为屏蔽壳顶部烟囱。该冷却系统的安全壳是双层设计，安全壳外层是屏蔽壳，为混凝土结构；内层为钢制安全壳，内部构筑物在钢制安全壳内。以钢制安全壳作为传热界面，将空气从外层屏蔽壳入口引入，通过外部环廊到达底部，在空气折流板底部转向180度，进入内部环廊，再沿安全壳内壁向上流动。由于内部环廊空气被加热和水蒸气存在，造成内外环廊空气密度差，形成空气的自然对流，空气最终从屏蔽壳顶部烟囱排出。在安全壳顶部设有可供72小时的非能动安全壳冷却系统水贮存箱(Passive Containment Cooling System Water Storage Tank，PCCWST)，箱内水依靠重力向下流，在钢制安全壳弧顶和壳壁外侧形成一层水膜。72小时以后，由外电源驱动循环泵，从非能动安全壳冷却系统辅助水箱(PCCAWST)向水贮存箱(PCCWST)补水。当安全壳内压力或温度过高时，系统自动开启，由钢安全壳外部的水膜蒸发和空气自然对流导出安全壳内的热量，降低安全壳的压力，保证安全壳不受损坏。

在AP1000非能动安全壳冷却系统设计中，事故后非能动安全壳冷却水箱对钢制安全壳外壁面实施冷却喷淋，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。

该冷却方式存在以下四个缺点：

①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，而基于实验得到的建立水膜的延迟时间长达337秒，换热的及时性不足；并且，根据西屋公司的实验，水膜建立的覆盖率、排热能力至今未得到充分的验证；

②液膜与钢制安全壳的对流换热效率较低；

③液膜在钢制安全壳外表面若不能完全蒸发，将沿垂直方向下流至钢制安全壳底部，被直接排除掉，这些没有完全蒸发的液体没有完全吸收热量，从而导致了冷却水的浪费；

④液膜不能覆盖100％钢制安全壳外表面，如果增大喷淋流量、可以增大液膜覆盖率，但是增大喷淋流量可将致更多的浪费。

此外，在AP1000非能动安全壳冷却系统设计中，事故后依靠非能动安全壳冷却水箱内低温水对钢制安全壳外壁面实施喷淋冷却，但此水箱的水容积仅满足72小时功能需求(安全壳结构不足以承担更大负荷)。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(＞72小时)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，会造成事故后果急剧恶化。

还有，AP1000的安全壳顶部承载巨大水贮存箱(2864m³)，强地震、海嘨、龙卷风等极端事件很可能导致结构破坏并丧失安全功能，2011年AP1000由于安全壳结构强度和稳定性问题而未能通过英国的安全评审。

俄罗斯KLT-40S的非能动安全壳冷却系统，该系统主要设备包括：安全壳内换热器，安全壳外冷却水箱、管道与阀门。