[发明专利]一种液态重金属冷却自然循环池式反应堆堆内辅助加热系统

说明书

技术领域

本发明属于反应堆系统部件设计技术领域，具体涉及一种液态重金属冷却自然循环池式反应堆堆内辅助加热系统。

背景技术

液态重金属冷却自然循环池式反应堆采用一体化设计，所有的堆内部件均浸没在主容器内，大大降低了一回路冷却剂丧失事故（LOCA）发生概率；主容器内装载大量的液态重金属，使反应堆具有良好的热惰性；同时利用液态重金属良好的自然循环特性，主冷却剂系统采用自然循环驱动，省去了价格昂贵、制造工艺复杂的液态金属驱动泵，反应堆一回路不会发生失流事故（LOFA），提高了反应堆的经济性和可靠性，因此液态重金属冷却自然循环池式反应堆具有良好的固有安全性和经济性，成为小型反应堆的重要候选堆型之一。

液态重金属冷却自然循环池式反应堆采用液态重金属作为冷却剂，当反应堆功率很低时，堆芯所产生的热量将不足以维持主容器内的液态重金属温度在熔点以上。若冷却剂一旦发生凝固，将会对反应堆堆本体的系统和设备造成严重的破坏。因此，当反应堆功率很低时，必须对主容器内的液态重金属进行加热，以维持其为液态。

辅助加热系统是液态重金属冷却自然循环池式反应堆的重要组成部分，目前液态金属冷却池式反应堆的辅助加热系统，主要有以下几种方式：

其中一种方式的典型代表为比利时的加速器驱动铅铋冷却反应堆MYRRHA的辅助加热系统，该系统直接置于主容器底部，系统中安装电加热器，以此来直接加热堆池内的液态铅铋，维持主容器内的铅铋温度在凝固点以上。但是系统结构复杂，检查和维修不便，可靠性不高。

另一种方式的典型代表为中国实验快堆CEFR的辅助加热系统，当主容器冷却剂需要进行辅助加热时，如果此时主泵仍能正常运行，使用主泵驱动堆池内的冷却剂钠，依靠主泵与钠的摩擦生热，对冷却剂进行加热，同时在二回路和事故余热排出系统中间回路布有电跟踪加热器，电跟踪加热器直接加热二回路和事故余热排出系统中间回路内的液态钠，然后分别通过置于堆池内的主热交换器和余热排出系统独立热交换器，将热量传递给主容器内的钠，同时依靠主泵维持堆池内冷却剂的正常循环，将热量传递给整个主容器内的冷却剂；如果此时主泵无法正常运转，则仅依靠布置在二回路和事故余热排出系统中间回路上的电跟踪加热器将热量传递给主容器内的液态钠，但是这种辅助加热方式适用于采用驱动循环的液态金属冷却池式反应堆，系统设计复杂；同时当主泵无法运行，主要依靠二回路和事故余热排出系统中间回路给主容器内冷却剂进行辅助加热时，会导致反应堆热池内冷却剂的流动出现反转，给堆内系统和设备带来较大的热应力危害。因此，这种辅助加热方式不适合于主冷却剂系统采用自然循环驱动的液态重金属冷却反应堆。

同时中国科学院合肥物质研究院对液态重金属冷却自然循环池式反应堆的辅助加热系统进行了改进，其设计的方案启动方便，尤其适用于自然循环反应堆。但是一旦反应堆主容器发生破裂时，堆池内的冷却剂将进入主容器和安全容器形成的环腔内，淹没热氮气输入管道，系统将无法正常运行，此时反应堆堆池内冷却剂将存在凝固的危险，不利于反应堆的事故后处理。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种启动方便，可靠性高，满足液态重金属冷却自然循环池式反应堆需求的辅助加热系统，实现在堆芯底部对主容器内液态重金属进行辅助加热的功能。系统投入运行后，可在反应堆处于低功率或停堆工况时依然能在主容器内建立液态重金属的大空间自然循环，确保液态重金属的温度在熔点以上，有效提高反应堆的可靠性和安全性。