[发明专利]一种非能动乏燃料水池冷却系统

说明书

本发明属于乏燃料贮存及冷却系统技术，具体涉及一种非能动乏燃料水池冷却系统。其结构包括设置在乏燃料水池内的加热序列，以及设置在冷却塔厂房内的空冷系列、水冷系列、真空度维持系列；所述空冷系列、水冷系列并联设置，并分别与所述加热序列通过管线相连构成分离式热管换热器。分离式热管换热器的真空可通过系统单相与两相工况的衔接，通过真空度维持系列运行实现。本发明所提供的乏燃料水池冷却系统在正常工况下具有更好的经济性，在事故工况下具有更高的可用度和安全性。

技术领域

本发明属于乏燃料贮存及冷却系统技术，具体涉及一种非能动乏燃料水池冷却系统。

背景技术

乏燃料贮存是核燃料循环的重要阶段，核电厂在整个寿期内需不断更换新的核燃料并卸出已使用过的乏燃料。乏燃料具有持续放出衰变热，有放射性，在特定情况下可能重返临界等特点，因此，对于任何形式的核电厂，乏燃料的贮存安全都是无法回避的问题。2011年日本3·11大地震后，福岛核电厂3号和4号机组燃料厂房先后发生爆炸，构筑物坍塌，所贮存的两千余件乏燃料受到严重威胁，此后业界开始关注乏燃料贮存安全问题，乏燃料水池的非能动冷却研究由此开始。

我国针对乏燃料水池非能动冷却技术的研究起步于福岛311核事故之后，中核集团、广核集团及国家核电技术公司等企业开展了相关研究。国家核电技术公司下属的上海核工程研究设计院在发明专利“一种湿式乏燃料贮存系统”(CN201210127017.4)中提出了利用集束直热管对乏燃料水池进行冷却的方案，该方案与西屋公司2011年提出的浮筒式集束热管方案类似，缺点在于大量的集束热管严重影响正常工况下的燃料组件操作，使该方案只适用于应急，实用性较低；上海核工程研究设计院的另外两项发明专利，“一种液体淹没式乏燃料贮存系统”(CN201210127019.3)和“一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统”(CN201210127359.6)提出了利用分体式热管技术对乏燃料水池实施冷却，但这两项专利均未采取具体措施解决分离式热管的长期有效性问题，因此实用性有限；国家核电技术公司围绕分离式热管换热器的应用还有若干发明专利申请，如：“一种核电站事故后堆外熔融物滞留装置”(CN201210127012.1)、“一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱”(CN201210127335.0)、“一种带有分离式空气冷却热阱的下沉式安全壳”(CN201210127378.9)等，这些专利的共同特点是对于分离式热管换热器内工质分解、气体析出或与管材发生缓慢反应放出气体的问题欠缺可行的解决方案。由于分离式热管冷端换热器和热端换热器分离，中间由绝热管路相连，构成空间尺度较大的设备，其真空度维持较为困难。中广核集团及中科华核电技术研究院有限公司在乏燃料水池非能动冷却方面也有相关研究，包括：“乏燃料水池非能动补水及热量导出装置”(CN201320629756.3)、“闪蒸驱动的乏燃料水池非能动热量导出装置”(CN201320629713.5)，“一种非能动乏燃料水池冷却系统”(CN201320023045.1)、“一种压水核电站乏燃料水池的热管冷却装置”(CN201220512478.9)等，这些技术方案大多过于粗糙，实用性较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种基于分离式热管换热器技术的非能动乏燃料水池冷却系统，使乏燃料水池冷却系统在正常工况下具有更好的经济性，并且在事故工况下具有更高的可用度和安全性。

本发明的技术方案如下：一种非能动乏燃料水池冷却系统，包括设置在乏燃料水池内的加热序列，以及设置在冷却塔厂房内的空冷系列、水冷系列、真空度维持系列；所述空冷系列、水冷系列并联设置，并分别与所述加热序列通过管线相连构成分离式热管换热器。

进一步，如上所述的非能动乏燃料水池冷却系统，其中，所述空冷系列与加热序列联通时，所述分离式热管换热器处于两相运行状态，即换热器的热管内装入部分水并抽真空；所述水冷系列与加热序列联通时，分离式热管换热器处于单相运行状态，即换热器热管内装满水。

进一步，如上所述的非能动乏燃料水池冷却系统，其中，所述加热序列包括多路并联的热端换热器。