[发明专利]一种非能动安全壳外部冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及压水堆核电站技术领域，具体涉及一种非能动安全壳外部冷却系统。

背景技术

大型先进压水堆是我国反应堆技术发展的重要堆型，采用和AP1000技术中类似的“非能动”安全壳外部冷却技术，即以钢安全壳作为传热界面，将空气从外层屏蔽壳入口引入，在折流板作用下空气转向180度，如图1所示沿安全壳内壁向上流动。如果仅凭空气对流换热，则事故工况（例如LOCA，Loss of Coolant Accident，反应堆失水事故）发生后，如图2所示安全壳内部压力会随时间发生变化，温度也会有类似的变化趋势。温度和压力先后出现两个峰值。为了保证安全壳的可靠性，降低峰值的大小，可以向安全壳表面喷淋水膜进行冷却。此时，安全壳顶部的冷却水贮存箱喷淋系统自动打开，水依靠重力向下流动，在钢安全壳弧顶和壳壁外侧形成一层水膜，水膜不断受热蒸发。水膜的蒸发和湿空气的自然循环将安全壳内的热量带出安全壳系统。水膜完全蒸发后将由空气通过自然循环的方式，单独对安全壳进行冷却。依靠非能动安全壳冷却技术，可以维持AP1000安全壳在72小时内保持完整，有效防止反射物质泄漏。

AP1000反应堆安全壳外部冷却技术中，流量是通过放置在水箱中的进水管进行调节的：四个不同高度的进水管放置在水箱底部。随着水箱液面高度的变化对流量进行调节，在安全壳表面，将水尽可能均匀地分配到每个分水堰中。这种水膜分配方式显然没有将水膜充分利用起来。和AP1000堆型相比，大型先进压水堆功率大大提升（为1400或者1700MW），安全壳的高度也会相应增加。为了提高安全壳的可靠性，需要尽可能减小水箱体积。如果像AP1000那样对水膜进行分配，则大型先进压水堆需要大大增加水箱的体积，这将降低安全壳本身的稳定性。大型先进压水堆中，必须尽可能减小水箱体积，对水的流量和水膜分布进行优化控制，以提高单位水量的携热率，增加系统的安全性。

现有技术中，郑明光、韩旭的专利“大容量完全非能动安全壳冷却系统”中使用了多种低沸点冷却剂，不仅使系统变得复杂，同时加增加了建造和维护成本。其中虽然涉及到了根据实际工况调节冷却剂流量，但冷却剂经过分流堰后，完全均匀覆盖整个安全壳，由于实际情况中，核岛破口泄露的工质对于安全壳的加热不是均匀对称的，所以该设计会造成对于冷却剂不必要的浪费，冷却效率不高，对于大功率先进压水堆，要达到好冷却效果，就需要有巨大的储水容量，但这将严重影响安全壳的可靠性。对于张延祥，唐宇的“非能动安全壳冷却系统水分配装置设计”中的设计，同样是为了追求水膜在钢安全壳上的均匀覆盖，而且不能够实时监控和调节冷却剂流量，不适合于大功率先进压水堆。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种能提高水膜的携热率，减小水箱体积，增加系统的安全性的非能动安全壳外部冷却系统。

根据本发明实施例的非能动安全壳外部冷却系统，包括：水箱；出水管，所述出水管的两端分别与所述水箱和所述水量控制分配装置相连接；以及，所述水量控制分配装置，所述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，其中所述水量控制分配装置进一步包括：热工参数传感器，所述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，所述智能处理单元与所述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；以及所述流量分配器用于实现对冷却剂的流量调控。

可选地，所述流量分配器包括可变截面的差压式流量计和分配流量喷头，其中，所述差压式流量计的节流件为多孔板。

可选地，所述差压式流量计的流量为：其中：q_v为流体的体积流量/m³·h^-1，C为工作状态下的实际流出系数，ε为流体膨胀系数，A₀为多孔板小孔流通面积总和/㎡，ρ为多孔板上游侧状态下的流体密度/kg·m^-3，Δp为多孔板上、下游侧压力差（Δp=p₁-p₂）/Pa，β为多孔板的孔径比，其中，对于多孔板孔径比A₁为管道截面积，A₀为小孔流通面积的总和。

可选地，利用蓄电池供能，事故工况下不需要外部供能。

本发明的优点至少体现在以下几个方面：