[发明专利]一种基于分离式热管的一体化压水堆非能动余热排出系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分离式热管的一体化压水堆非能动余热排出系统，属于核电站安全技术领域。

背景技术

由于衰变热等大量余热的产生，在反应堆停堆后，需要设置专门的余热排出系统来保证堆芯余热的排出，否则将导致压力容器内压力和温度的持续升高，对压力容器的完整性造成威胁。现有核电站设置的余热排出系统绝大多数为能动设备，在运行时需要外部设备提供动力，这就使得余排设备存在当外部动力源丧失时丧失功能的风险，对反应堆安全造成威胁。

随着核电工业的发展，一体化反应堆因其体积小，安全性高，各个国家都对其在特殊环境下如船舶动力、海洋平台、岛屿发电等的应用进行了探索和验证。一体化反应堆的应用环境往往远离陆地，装置可布置的空间受到限制，这就要求专设安全系统的设计在保证反应堆安全性的同时提高系统的固有安全性、较小的设备尺寸并简化结构设计。现有的非能动余热排出系统设计主要针对陆上商用核电站，辅助设施多，结构尺寸大，系统设计较为复杂，不适用于一体化反应堆的特殊环境。此外现有的非能动余热排出系统的循环工质在换热过程中大多保持单相，换热效率较低，需要较大的高度差获得稳定的自然循环流量，使得设备尺寸过大。

中国专利：用于反应堆紧急停堆时的热管散热器，针对陆上分散式布置反应堆，采用分离式热管作为反应堆紧急停堆后对安全壳内气体冷却，采用大气作为最终热阱。而本专利针对一体化反应堆，对反应堆冷却剂进行冷却，采用海水作为最终热阱。

中国专利：浮动核电站非能动余热排出系统，针对分散式布置浮动核电站反应堆，将一回路冷却剂系统与海水水箱直接相连，将海水作为最终热阱。而本专利针对一体化反应堆，采用分离式热管回路建立在冷却剂系统和海水间的中间回路，可保证冷却剂与海水的隔离。

中国专利：一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统和中国专利：基于水冷热管的乏燃料非能动余热导出系统，均采用热管对乏燃料池进行非能动余热排出，以大气作为最终热阱。而本专利为针对一体化反应堆系统的余热排出系统，以海水为最终热阱，针对的对象间无直接联系，结构上有很大的差异。

中国专利：压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，针对分散式布置的陆上核电站，将蒸汽发生器与热管蒸发段的壳侧相连，通过两个回路的相变换热将热量传至最终热阱大气。而本专利针对一体化反应堆，将冷却剂系统与分离式热管回路相连，将海水作为最终热阱，减少了中间传热回路且避免了因蒸汽发生器故障导致余热无法排出的可能性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于分离式热管的一体化压水堆非能动余热排出系统，是一种以分离式热管为中间回路，针对一体化压水堆的非能动余热排出系统。

本发明的目的是这样实现的：包括主冷却剂系统、热交换器、热管冷凝段，主冷却剂系统的上充通道通过冷却剂下降管与热交换器的壳侧出口连接，主冷却剂系统的下泄通道通过冷却剂上升管与热交换器的壳侧入口连接，热交换器的蒸发段管束入口联箱通过下降管与热管冷凝段的出口联箱连接，热交换器的蒸发段管束出口联箱通过上升管与热管冷凝段的入口联箱连接，热管冷凝段上端设置有释放阀，冷却剂上升管上设置有常开隔离阀，冷却剂下降管上设置有非能动隔离阀。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.冷却剂自热交换器的壳侧出口流出后，依次流经主冷却剂系统的上充通道、冷却剂下降管、主冷却剂系统的压力容器下降段、主冷却剂系统的反应堆堆芯通道、主冷却剂系统的压力容器上升段、主冷却剂系统的下泄通道、冷却剂上升管后进入热交换器的壳侧入口，形成闭合余热导出回路一。

2.热管工作介质依次流经热交换器管侧、上升管、热管冷凝段管侧、下降管、热交换器管侧形成闭合余热导出回路二，所述热管工作介质是一种载热工质，包括水或纳米流体。

3.所述热交换器为管壳式换热器，且壳侧流体为冷却剂，管侧流体为热管工作介质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的一种基于分离式热管的一体化压水堆非能动余热排出系统，其采用了分离式热管作为主冷却剂系统和最终热阱的中间传热回路，依靠两相流自然循环驱动系统，提高系统的固有安全性。同时这样的设计避免了冷却剂与海水直接接触，有效保证对冷却剂的屏蔽，另一方面在引入小热阻的情况下实现了较长距离的热量传递，简化了系统设计，减小了设备尺寸，从而满足一体化压水堆特殊应用环境的需求。也即本发明在提高系统固有安全性的同时，保证对反应堆冷却剂的隔离、满足较长距离热量传递需求并简化系统设计。

附图说明