專利名稱：除去在核反應堆的補充水中溶解的氣體的制作方法
技術領域：
本發明涉及水冷卻核反應堆，特別地，涉及水冷卻核反應堆的補充水系統。本發明還涉及一種至少部分分離并除去補充水中溶解的氣體的系統和方法。
背景技術：
在水冷卻核反應堆如壓水反應堆(“PWR”)中，將水連續進料至反應堆的芯部中。從諸如主要補充水(“PMW”)系統的補充水源連續補充水。所述水含有至少一種化學品例如硼，以用于控制反應堆的芯部內部的中子通量。所述PMW系統典型地包括主要儲水罐以容納補充水。主要儲水罐中的補充水通常被覆蓋(例如利用橡膠囊)以防止空氣進入儲罐。然而，已經發現，即使具有覆蓋物，仍有一定量的空氣能夠進入儲罐。期望防止空氣進入儲罐，因為空氣含有能夠溶于水中的氣體如氮氣、氧氣和氬氣。然后，包括溶解的氣體的補充水最終進料至反應堆的芯部中以及相關系統和部件中。這是個問題，因為溶解的氣體如氧氣在水系統中是已知的腐蝕源。本領域中已知的是，向補充水中添加諸如肼的化學品以控制其中溶解的氧的水平。然而，關于肼的添加，存在缺點。例如，肼能夠斷裂，因而提高溶解的氮在補充水中的量。此外，可將氮氣氛用于主要儲水罐中，這也能夠提高補充水中溶解的氮的量。已經發現，當將補充水最終進料至反應堆的芯部中時，補充水中溶解的氮能夠提高碳-14的產生。當氮吸收反應堆的芯部中的中子時，其形成碳-14。已知的是，碳-14是環境污染物，因此，期望降低或排除碳-14的形成。另外，氬具有與氮類似的不期望的影響，因此，優選將溶解的氧、氮和氬中的至少一種從補充水中除去。由此，需要設計并開發改進的系統和方法，以控制例如減少、降低或除去最終進料至水冷卻核反應堆的芯部或相關系統中的補充水中溶解的氣體的水平。此外，期望提供根據需要能夠以PMW系統在不需要時能夠處于備用或不運行的模式且作為發生需要供應補充水的狀況或情況的響應而能夠開始或啟動的方式使用的系統和方法。發明概述本發明的一個方面是提供一種從用于水冷卻核反應堆中的補充水中至少部分除去溶解的氣體的系統。所述系統包括具有排放器(discharge)的儲罐。所述儲罐含有包括溶解的氣體的補充水。所述系統還包括具有進口和出口的膜系統。所述膜系統位于儲罐排放器的下游以接收補充水并從所述補充水中至少部分除去溶解的氣體。所述系統還包括從用于水冷卻核反應堆的膜系統的出口輸送補充水的機構。所述溶解的氣體能夠包括選自溶解的氧、溶解的氮、溶解的氬及其混合物中的至少一種溶解的氣體。溶解的氣體能夠因空氣飽和而存在于補充水中。本發明的另一個方面提供一種從水冷卻核反應堆中的補充水中至少部分除去溶解的氣體的方法。所述方法包括:提供儲罐以容納所述補充水，所述補充水包括所述溶解的氣體；將所述補充水從所述儲罐 出口排放至膜系統的進口 ；將所述補充水傳遞通過所述膜系統；在所述膜系統中從所述補充水中至少部分地除去所述溶解的氣體；以及將所述補充水從所述膜系統的出口輸送至選自所述水冷卻核反應堆中的部件和/或系統中的終端使用者。附圖簡述根據僅由實例顯示的本發明某些選實踐的如下詳細說明以及附圖，將使得權利要求書中所述的本發明變得更加明顯，其中:
圖1是根據本發明實施方案的主要補充水(“PMW”)系統的備用狀態(alignment)的不意圖；以及圖2是根據本發明另一個實施方案向水冷卻核反應堆的化學品和體積控制系統供應補充水的主要補充水(“PMW”)系統的狀態的示意圖。發明詳述本發明涉及從水冷卻核反應堆的補充水中至少部分分離并除去溶解的氣體的系統和方法。溶解的氣體能夠包括空氣中所含有的至少一種氣體如氧、氮、氬及其混合物。溶解的氣體能夠因空氣飽和而存在于補充水中。補充水包含在系統構造例如主要補充水(“PMW”)系統中并最終供應至水冷卻核反應堆內的終端使用者如部件或系統。例如能夠從PMW系統供應補充水并在反應堆冷卻劑系統(“RCS”)中循環，由此將其進料至水冷卻核反應堆的反應堆的芯部中。在替代實施方案中，補充水能夠循環通過核反應堆的其他系統和部件，然后進料至反應堆的芯部中。補充水中溶解的氣體的水平或量能夠改變。在一個實施方案中，溶解的氣體在補充水中的百分比取決于補充水在空氣下的暴露度以及空氣在補充水中得到的飽和度；例如提高暴露度和飽和度，導致溶解的氣體在補充水中的百分比更高。所述PMW系統包括容納并儲存補充水的儲罐。補充水包括去礦物質水。此外，補充水任選地包括其他化學品，例如但不限于硼。在PWR中，例如，將含硼的水循環通過反應堆以控制反應堆的芯部內的中子通量。在一個實施方案中，從去礦物質水進料罐供應去礦物質水并進料至PMW系統的儲罐的進`口。在另外的實施方案中，從去礦物質水進料罐提供的去礦物質水包括硼。硼的量能夠隨核反應堆內的各種參數變化且不能限制為本發明。典型地，硼的量在用于商業水冷卻核電站中的已知范圍內。PMW系統的儲罐的尺寸、形狀和材料組成能夠改變且也不能限制為本發明。所述儲罐能夠包括覆蓋物，例如但不限于橡膠囊，且能夠包括氮墊板。將補充水儲存在儲罐中并容納在PMW系統內，直至在需要向終端使用者如在水冷卻核反應堆內的其他部件和系統提供補充水時。所述PMW系統是用于支持水冷卻核反應堆中的其他系統的輔助系統。在一個實例中，能夠將所述PMW系統連接至化學品和體積控制系統(“CVCS”)，進而所述CVCS能夠連接到RCS，且所述RCS能夠向反應堆的芯部傳遞補充水。由此，PMW系統的儲罐中的補充水能夠從儲罐流到CVCS、流到RCS并最終進入水冷卻核反應堆的反應堆的芯部中。能夠使用各種管道和配件將儲罐連接到CVCS，使得補充水通過將儲罐連接到CVCS (或水冷卻核反應堆中的其他部件或系統)的管道經由儲罐的出口或排放器排出。在管道內，能夠存在各種其他部件。例如，在儲罐下游能夠存在泵，以將補充水從儲罐的排放器通過PMW系統泵送至PMW系統的出口或排放器并泵送至終端使用者的部件或系統如CVCS、RCS和反應堆的芯部的進口。此外，在儲罐下游能夠存在一個閥門以對流入終端使用者部件或系統中的補充水的流動進行控制。通過調節閥門的開度能夠提高或降低補充水的流速。此外，通過完全關閉閥門，能夠防止補充水流入終端使用者部件或系統中的流速。
在將PMW系統的儲罐連接到PMW系統的排放器(和水冷卻核反應堆的另一個部件或系統的進口)的管道中，存在膜系統。所述膜系統能夠至少部分除去溶解于補充水中的氣體。如上所述，空氣能進入含有補充水的PMW系統中的儲罐中，結果是，氣體如氧、氮、氬及其混合物能溶于補充水中。期望減少、降低或消除補充水中溶解的氣體，因為補充水最終進料至包括反應堆芯部的水冷卻核反應堆的各種系統和部件中，溶解的氣體如溶解的氧能夠腐蝕反應堆的部件。除了溶解的氧之外，氮也因為空氣的飽和或儲罐中的氮氣氛而能夠溶于補充水中。溶解的氮因能夠吸收反應堆的芯部中的中子發生反應而形成碳-14且碳-14是已知的常規污染物。溶解的氬具有與溶解的氮類似的不期望的影響，因此，除了除去溶解的氧和溶解的氮之外，還優選將溶解的氬從補充水中除去。 適用于本發明中的膜系統能夠包括能夠從諸如補充水的液體流股中至少部分分離并除去溶解的氣體如溶解的氧、溶解的氮、溶解的氬及其混合物的寬范圍的膜。膜系統能夠從補充水中除去各種水平或量的溶解的氣體。例如，在一個實施方案中，膜系統能夠從補充水中基本除去所有溶解的氣體，其中溶解的氣體包括溶解的氧、溶解的氮、溶解的氬及其混合物。在另一個實施方案中，膜系統能夠從補充水中基本除去所有溶解的氧。去除的量或百分比取決于各種因素，例如但不限于膜系統中膜的類型和數量。不能將膜系統的具體設計如尺寸、形狀和材料組成用于限制為本發明。適用于本發明中的膜能夠選自本領域中已知的膜。在一個實施方案中，使用液體脫氣膜。在另一個實施方案中，利用氣體去除膜，其為商購得自Liqu1-Cel 的膜接觸器。此外，膜數目不限制本發明。在替代實施方案中，膜系統能夠包括一個或多個膜。膜系統包括進口和出口。源自PMW系統的儲罐的補充水進入膜系統，穿過其中含有的膜并通過膜系統的出口排出。從膜系統出口排放的補充水比進入膜系統進口的補充水含有更少溶解的氣體。此外，在從膜系統的出口中排放的補充水中殘留的溶解的氣體，如果存在，滿足期望的溶解的氣體的規定，例如對于商業水冷卻核反應堆規定的限制。在一個方面中，本發明的系統和方法在補充水從PMW系統的儲罐排放之后從其中除去溶解的氣體。由此，本發明(通過膜系統)對補充水的流股進行處理，并將流股中溶解的氣體的水平保持在期望或可接受的界限以內，與之相反的是，對儲罐中容納的存量補充水進行處理，使得儲罐中溶解的氣體的水平保持在期望或可接受的界限內。在Iv實施方案中，在排出I吳系統后，能將補充水再循環回PMW系統的儲iiS。在該實施方案中，PMW系統處于備用狀態，所述備用狀態是指PMW系統未啟動且補充水未從PMW系統排放至水冷卻核反應堆中的其他部件和系統如CVCS、RCS和/或反應堆的芯部。在一個實施方案中，當在水冷卻核反應堆中未發生需要供應補充水的狀況或情況時，能夠采用這種狀態。在另一個實施方案中，當作為在水冷卻核反應堆中發生需要供應補充水的情況的響應而啟動PMW系統時，能夠采用這種狀態。在該實施方案中，例如在啟動模式下，在PMW系統內將補充水例如從儲罐再循環至膜系統并在短時間段內返回儲罐，其后，則將PMW系統從啟動模式轉變為供應或傳遞模式。在另一個實施方案中，例如在供應或傳遞模式下，啟動并安排PMW系統，使得補充水從儲罐通過膜系統排放入水冷卻核反應堆的終端使用部件或系統中。在啟動模式(如上所述)之后或先前未采用啟動模式的條件下，能夠采用這種狀態。這種供應/傳遞狀態可向水冷卻核反應堆中的各種系統和部件提供補充水。根據本發明，能夠根據需要供應補充水。即，當在水冷卻核反應堆中發生需要補充水的狀況或情況時，能夠安排并啟動PMW系統以傳遞所需要的補充水而緩解所述狀況或情況。在不需要補充水的狀況或情況時，所述PMW系統能夠處于不供應模式如備用模式或簡單的非運行模式。僅根據需要，例如作為對需要的響應，來啟動并運行所述系統，具有各種操作優勢，包括但不限于，(i)不需要連續處理PMW儲罐，導致對PMW系統的部件的磨損更少且部件的運行壽命更長；和/或(ii)不依賴于對PMW存儲罐所提供的以下性能規定:要排除掉溶解的氣體。在一個實施方案中，啟動PMW系統以供應補充水，用于RCS的硼稀釋。需要RCS的硼稀釋，使得反應堆芯部耗盡以保持全功率。在該實施方案中，將不含硼的補充水從主要儲水罐排放，穿過膜系統以至少部分除去其中溶解的氣體，排放入CVCS中并最終進料至RCS并循環入水冷卻反應堆的芯部中。在PMW系統中能夠使用各種構造來實施膜系統。所述膜系統位于儲罐下游并位于源自PMW系統的任意出口的上游，以使得補充水穿過膜系統以至少部分除去溶解的氣體，然后進入終端使用部件或系統，例如但不限于CVCS、RCS和反應堆的芯部。在一個實施方案中，膜系統位于旁路管線中。將旁路管線連接到儲罐下游(例如補充水泵的下游)的排放管道，并將旁路管線連接回PMW系統的出口和終端使用部件或系統進口上游的排放管道。將根據本發明實施方案的水冷卻核反應堆的PMW系統的兩個示例性狀態示于圖1和2中。在圖1中，以備用狀態的方式顯示PMW系統。所述PMW系統包括容納并儲存補充水的主要儲水罐10。能夠從去礦物質水進料罐(未示出)進料該補充水。通過排放管線15將主要儲水罐10連接至主要補充水泵20。在泵20的下游，排放管線15還包括控制閥3和從PMW系統到CVCS (未示出)的出口 25。在備用狀態中，閥3處于其關閉位置以防止補充水從PMW系統出口 25的排放。此外，在備用模式期間，將補充水泵送至連接至排放管線15 (泵20下游)的旁路管線30。膜系統35能夠位于旁路管線30中。膜系統35能夠包括一個或多個膜(未示出)，所述膜在操作時可從穿過其的補充水中至少部分分離并除去溶解的氣體。膜系統35包括通風管線50以用于排出蒸氣廢氣。此外，位于旁路30中并在膜系統35下游的是控制閥2。然后，將旁路管線30連接到控制閥2下游的排放管線15。在備用狀態期間，閥2處于其關閉位置以防止補充水流動穿過排放管線15并流出PMW系統。如圖1中所示，在膜系統35下游并在控制閥2上游，將再循環管線40連接到旁路管線30。在備用狀態中，再循環管線40將水從膜系統35的出口轉移回主要儲水罐10的進口。控制閥1位于再循環管線40中。在備用狀態中，控制閥1打開以使得水從主要儲水罐10流動穿過膜系統35并流回主要儲水罐10。圖2顯示了圖1的PMW系統，不同之處在于其經配置處于啟動狀態以向水冷卻核反應堆中的部件或系統供應或傳遞補充水。圖2包括圖1的主要儲水罐10、排放管線15、泵20、PMW系統出口 25、旁路管線30、膜系統35、再循環管線40、通風管線50和閥門1、2、
3。在圖2中，控制閥1處于其關閉位置以防止補充水從主要儲水罐10再循環穿過膜系統35而進入再循環管線40并返回主要儲水罐10。此外，控制閥3處于其關閉位置以防止補充水從主要儲水罐10流至PMW系統出口 25而使得補充水不會首先流入旁路管線30并穿過膜系統35。在圖2中，閥2處于其打開位置以使得補充水從主要儲水罐10流動穿過排放管線15、穿過泵20、進入旁路管線30、穿過膜系統35、返回旁路管線30、進入排放管線15、穿過PMW系統的出口 25而進入CVCS的進口。
本發明的系統和方法提供如下優勢中的至少一種優勢。在根據需要的基礎上能夠使用PMW系統且在需要時可得到所述PMW系統。當終端使用部件或系統需要補充水時，所述PMW系統能夠根據圖1的狀態啟動并構造且然后切換或改變為圖2的啟動狀態。或者，PMW系統能夠保持圖1的狀態(例如備用)并在需要補充水時，能夠將該狀態轉換為圖2的狀態。根據本發明，不需要將化學品引入補充水中以除去其中含有的溶解的氣體。此外，不需要保持為主要儲水罐提供的排除掉溶解的氣體的規定，或，在按本發明規定的溶解的氣體限制范圍內對主要儲水罐的任意預處理，使用在將補充水流股從儲罐排放之后對所述補充水流股進行處理的在線系統和即需方法。盡管出于說明目的而在本文中對本發明的具體實施方案進行了說明，但是本領域技術人員應清楚，在不背離附屬權利要求書中所述的發明的條件下能夠對細節完成大量改
變。·
權利要求
1.一種從用于水冷卻核反應堆中的補充水中至少部分除去溶解的氣體的系統，所述系統包含: 具有排放器15的儲罐10，所述儲罐含有包括所述溶解的氣體的所述補充水； 具有進口和出口的膜系統35，所述膜系統35位于所述儲罐10的排放器的下游以接收所述補充水并從所述補充水中至少部分除去所述溶解的氣體；以及 從用于所述水冷卻核反應堆的所述膜系統35的出口轉移所述補充水的輸送機構。
2.權利要求1的系統，其中所述溶解的氣體包含選自溶解的氧、溶解的氮、溶解的氬及其混合物中的至少一種溶解的氣體。
3.權利要求1的系統，其中所述溶解的氣體因空氣飽和而存在于所述補充水中。
4.權利要求1的系統，其中所述系統還包含位于所述儲罐10的排放器的下游并位于所述膜系統35進口的上游的泵20，以將所述補充水從所述主要儲水罐10轉移至所述膜系統35。
5.權利要求1的系統，其中所述系統還包含位于所述膜系統35出口的下游的閥，以對排出所述膜系統35的所述補充水的流動進行控制。
6.權利要求1的系統，其中所述補充水基本不含硼。
7.權利要求1的系統，其中所述溶解的氣體包含溶解的氧。
8.權利要求1的系統，其中所述膜系統35從所述補充水中基本除去所有的溶解的氣體。
9.權利要求7的系統，其中所述膜系統35從所述補充水中基本除去所有溶解的氧。
10.權利要求1的系統，其中所述膜系統35包含多個膜。
11.權利要求10的系統，其中所述多個膜包含液體脫氣膜。
12.權利要求1的系統，其中作為對在所述水冷卻核反應堆中發生需要供應所述補充水的情況的響應，在需要時啟動所述系統。
13.權利要求1的系統，其中所述系統保持為備用狀態并作為對在所述水冷卻核反應堆中發生需要所述補充水的情況的響應，改變為啟動狀態。
14.權利要求1的系統，其中所述輸送機構將所述補充水從所述膜系統35的出口轉移至所述水冷卻核反應堆的芯部。
15.—種從水冷卻核反應堆中的補充水中至少部分除去溶解的氣體的方法，所述方法包括: 提供儲罐10以容納所述補充水，所述補充水包括所述溶解的氣體； 將所述補充水從所述儲罐10的出口排放至膜系統35的進口 ； 將所述補充水傳遞穿過所述膜系統35 ； 在所述膜系統35中從所述補充水中至少部分地除去所述溶解的氣體；以及 將所述補充水從所述膜系統35的出口輸送至選自所述水冷卻核反應堆中的部件和/或系統中的終端使用者。
16.權利要求15的方法，其中作為對在所述水冷卻核反應堆中發生需要供應所述補充水的情況的響應，在需要時啟動所述方法。
17.權利要求15的方法，其 中所述方法在備用狀態下運行并作為對在所述水冷卻核反應堆中發生需要所述補充水的情況的響應，改變為啟動狀態。
18.權利要求15的方法，其中將所述補充水從所述膜系統35的出口輸送至所述水冷卻核反應堆的芯部 。
全文摘要
本發明涉及一種從用于水冷卻核反應堆中的補充水中除去溶解的氣體的系統和方法。本發明包括儲罐，所述儲罐含有包括所述溶解的氣體的所述補充水；膜系統，所述膜系統位于所述儲罐的下游以從所述補充水中至少部分除去所述溶解的氣體；以及輸送機構，所述輸送機構從用于所述水冷卻核反應堆的膜系統的出口轉移補充水。所述溶解的氣體能夠包括溶解的氧、溶解的氮、溶解的氬及其混合物中的至少一種溶解的氣體。
文檔編號C02F1/20GK103080015SQ201180043234
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月7日 優先權日2010年9月8日
發明者G·G·柯諾普卡 申請人:西屋電氣有限責任公司