[发明专利]用于冷却剂丧失事故后缓解的封闭式火炬系统

说明书

技术领域

本公开主张对在2012年8月6日申请的美国临时专利公开序列号No.61/680,008的优先权。

本公开大体涉及在反应堆紧急关闭和并发的站点停电之后用于核电厂的封闭式火炬(contained flare)系统。

背景技术

沸水反应堆(BWR)类型的核电厂在全世界为许多电业促进电功率生产。BWR核反应堆典型地设计为利用放射性核素危害安全壳(containment)方法，根据“零释放设计目标基本原理，该方法依靠多重屏障来阻止放射性核素的释放。

多重屏障方法的典型实现方式包括：由合成物和核燃料芯块自身的设计代表的第一屏障，和由通常称为“燃料元件细棒”的密闭容器代表的第二屏障。将许多燃料细棒(pin)支撑且定位于称为燃料棒的可移除结构内，并且许多相邻的燃料棒构成反应堆的“芯”。

第三屏障由包封核燃料“芯”的密闭初级冷却水液压回路和由初级反应堆结构包封的初级冷却水的装料代表，初级反应堆结构与初级回路构件的平衡连通，初级回路构件诸如初级冷却泵、(多个)初级至次级冷却剂回路换热器、带有从属控制的互连管道系统、仪器和其他初级回路支撑设备。芯的封套内的液态水是从芯移除余热，并且因而将构造的芯材料保持在低于它们的操作极限的温度下的设计策略的基本特征。

术语“LOCA”指当由水提供的热移除功能丧失或基本损坏时在芯中存在的情况。LOCA的结果是芯材料温度的上升且最终是过热的芯壳进入超出设计极限温度的热区域中。某些时候，残留水汽与燃料包壳材料、锆化学地反应，以形成氧化锆和氢气。氢气和水汽对周围结构提出加压挑战。

初级回路构件容纳在第四屏障中，第四屏障阻止放射性核素释放。该第四屏障称为“初级安全壳”，其包封整个初级回路构件。典型地，初级安全壳的气氛是不活泼气体，以在氢释放到该区域中时阻止氢的燃烧。初级安全壳典型地是加固的混凝土结构，其具有抵抗内部加压而不泄漏的充分但有限的能力。

第五屏障是称为次级安全壳的密封结构。对于许多BWR反应堆构建设计，该第五屏障装有空气气氛，并且设计为抵抗不比外部环境周围压力大太多的内压。如果由燃料包壳与初级冷却蒸汽的反应生成的氢气破坏第四屏障，初级安全壳结构，那么然后次级安全壳气氛中的氢气浓度水平将上升至空气、氢、水汽混合物可变得可燃的点。在这种情况下，在反应堆芯的放射性核素库存与外部环境之间的第五和最终屏障可由于由一些形式的点火源(例如电功率火花或静电放电)引起的次级安全壳气氛的点燃时的过度加压而失效。

尽管如此，当前的水冷核反应堆也是十分安全的，并且提供对电力供应、用水和操作员动作最少地依赖的失效保护操作，以关闭或“SCRAM”反应堆芯中的核反应，并且将热功率水平降低至额定操作功率水平的小部分。如果穿过芯的初级冷却流不被保持或恢复，那么由在SCRAM之后仍留存在反应堆芯中的裂变产物材料的放射性衰变引起的剩余的较低热功率水平基本足以使反应堆芯过热。如果不使来自电网的装置外电功率暂停较长时间，以至于后备电功率源(例如电池或发电机设备)可变得耗尽或以其他方式不可利用，那么电厂可经历站点停电。

核反应堆还利用各种被动系统来减缓由其他非LOCA效应引起的氢的缓慢累积。预惰化，例如，在启动之前或启动期间与连续的功率产生操作一起，在初级安全壳中生成耗尽氧的气氛。当最初构造电厂时，或在一些非操作时期期间，将不活泼气体(通常为氮)释放到初级安全壳中来代替该空间中的空气。该方法将不活泼空间中的氧活度降低为低于氢燃烧所需的水平。又一被动系统为催化氢复合器。氢复合器将以低于可燃极限的混合比例将氢与氧复合，以产生水并降低安全壳中的氢浓度。

在极为稀少的站点停电情况中，LOCA后的氢生成十分快速并且可淹没一些被动氢减缓系统。

附图说明

从接下来的公开的非限制实施例的详细说明中，各种特征对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要地描述如下：

图1是反应堆建筑的示意图，其例示扩增有如所公开地放置的封闭式火炬系统的多重屏障设计方法；且

图2是根据一个公开的非限制实施例的封闭式火炬系统的展开示意图。

具体实施方式