池式鈉冷快堆事故余熱排放系統的制作方法

專利名稱：:池式鈉冷快堆事故余熱排放系統的制作方法池式鈉冷快堆事故余熱排放系統
技術領域：
：本實用新型屬于鈉冷快堆的安全設施
技術領域：
：，具體涉及一種池式鈉冷快堆的事故余熱排放系統。技術背景快中子增殖堆簡稱快堆，它的簡單工作過程是反應堆堆芯產生的熱量由液態鈉載出，送給中間熱交換器；在中間熱交換器中，一回路鈉把熱量傳給中間回路鈉；中間回路鈉進入蒸汽發生器，將熱量傳遞給二回路的水，二回路的水變成蒸汽，驅動汽輪發電機組發電。用中間回路把一回路和二回路分開，是為了防止二回路的水漏入堆芯，與一回路中的鈉發生激烈的化學反應，危及反應堆安全，同時，也是為了避免當發生事故時，堆內受高通量快中子輻照的放射性鈉擴散到外部。當快堆遭遇地震、系統供電全部中斷、所有蒸汽發生器給水中斷等事故工況時，堆芯的剩余釋熱就無法通過一、二回路導出。為能順利地導出堆芯余熱，避免堆芯熔化，必須設置一個事故余熱排放系統。國外已建成的池式鈉冷快堆的事故余熱排放系統通常是在二回路并聯一個輔助冷卻系統，用于事故時排出堆芯的剩余釋熱，如俄羅斯的BN-600快堆就是采用的該種形式。這種形式雖然可以在事故時排出堆芯的剩余釋熱，但是由于輔助冷卻系統和二回路是并聯的，當輔助冷卻系統和二回路共用的部分出現故障時，可能導致二回路和輔助冷卻系統均失效，從而使堆芯的剩余釋熱無法導出。另外，在啟動輔助冷卻系統時，要操作閥門，從而增加了系統的能動性，降低了系統的安全功能。
發明內容本實用新型的目的是，針對現有的池式鈉冷快堆的事故余熱排放系統能動性差的問題，提供一種能夠依靠自然循環就能將堆芯的剩余釋熱排出，具有較好非能動安全特性的池式鈉冷快堆事故余熱排放系統。本實用新型是這樣實現的，一種池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，是由熱交換設備及相應的主管道和測量、控制儀表組成的環路，其中，所述的熱交換設備是由獨立熱交換器和空氣熱交換器串連而成，其中獨立熱交換器的下部反應堆容器的鈉池中，空氣熱交換器外連拔風煙囪。所述的獨立熱交換器是一種非能動的浸入式鈉一鈉熱交換器，它包括安全外殼，在安全外殼內設有外管，外管內設有內管，內管頂端開口，底端與安全外殼的底部相通；外管的管壁為雙層結構，頂端設有鈉出口，底端同內管外的換熱管束的上出口相通；換熱管束的下入口同安全外殼的底部連通；安全外殼與內管之間的空間通過上管板、下管板密封，在該密封段的上部開有入口格柵，下部設有出口格柵。所述的獨立熱交換器的接管設有保護套。所述的空氣熱交換器是一種非能動的鈉一空氣熱交換器，它包括筒體，筒體頂端設有出口風門，底端設有進口風門，筒體內腔的上部設有膨脹罐，膨脹罐通過支承板固定在筒體上，膨脹罐頂端設有氬氣進口接管，氬氣進口接管延伸至筒體外，膨脹罐底端與鈉進口管連通，膨脹罐的筒體與換熱管管束連通，換熱管管束與鈉排出口管連通。所述的空氣熱交換器的進口風門和出口風門設有電動和手動兩種驅動裝置。所述的空氣熱交換器設有底盤。所述的主管道為雙層管道。所述的環路為兩個獨立的環路。所述的每個環路設有獨立的供電電路。本實用新型所提供的事故余熱排放系統，它有兩個特點，其一是獨立性。該系統是一套獨立的熱傳輸系統，它有自己的一回路和二回路(中間回路)，能不依靠主熱傳輸系統就能將堆芯的剩余釋熱導出。其二是非能動性。該系統的一回路和二回路(中間回路)以及流過空氣熱交換器的空氣均采用自然循環的方式運行，并且在系統的主管道中不設任何閥門，只有空氣熱交換器的進、出口風門是能動的，從而最大限度地保證了本系統的非能動性。總之，本系統有效克服了享有技術的的缺陷，在事故工況時，能夠有效地將堆芯的剩余釋熱排出。圖1為池式鈉冷快堆的事故余熱排放系統原理圖；圖2為實施例所提供的一種池式鈉冷快堆的事故余熱排放系統的結構示意圖；圖3是本實用新型提供的浸入式鈉-鈉熱交換器的結構圖；圖4是圖3最上部的局部結構放大圖；圖5是圖3上中部的局部結構放大圖；圖6是圖3中部的局部結構放大圖；圖7是圖3下中部的局部結構放大圖；圖8是圖3下部的局部結構放大圖；圖9是圖3最下部的局部結構放大圖。圖10是本實用新型提供的鈉-空氣熱交換器的結構圖；圖中，l拔風煙囪，2空氣熱交換器出口風門，3空氣熱交換器、4空氣熱交換器進口風門，5獨立熱交換器，6反應堆容器，7主管道，201內管，202安全外殼，203屏蔽法蘭，204壓緊法蘭，205外管，206支承座，207屏蔽筒，208混合腔，209排放室，210上管板，211入口格柵，212安全外殼下側筒體，213出口格柵，214下管板，215安全外殼底部，216換熱管束，217鈉出口，218鈉泄露測量管罩，301出口風門，302氬氣進口接管，303筒體，304膨脹罐，305排除管，306定位鋼帶，307下集流器，308鈉出口管，309鈉進口管，310.水泥地面，311進口風門，312保溫層，313電加熱器，314換熱管管束，315漏鈉接管。具體實施方式下面將結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步闡述。如圖l和圖2所示，本實用新型由兩個相互獨立、結構相同的環路組成，每個環路都能足夠有效地保證反應堆堆芯剩余釋熱的排放。每個環路由一臺獨立熱交換器5、一臺空氣熱交換器3、帶電加熱絲和保溫層的雙層主管道7及測量、控制儀表組成。獨立熱交換器5和空氣熱交換器3串連，獨立熱交換器5的下部浸入堆芯的鈉池中，空氣熱交換器3外連拔風煙囪1。其中，獨立熱交換器5是一種浸入式非能動的鈉一鈉熱交換器。它包括安全外殼，在安全外殼內設有外管，外管內設有內管。內管頂端開口，底端與安全外殼的底部相通；外管的管壁為雙層結構，頂端設有鈉出口，底端同內管外的換熱管束的上出口相通；換熱管束的下入口同安全外殼的底部連通；安全外殼與內管之間的空間通過上管板、下管板密封，在該密封段的上部開有入口格柵，下部設有出口格恤微。本實施例所用的空氣熱交換器3是一種非能動的鈉一空氣熱交換器。它包括筒體，筒體頂端設有出口風門2，底端設有進口風門4。筒體內腔的上部設有膨脹罐，膨脹罐通過支承板固定在筒體上，膨脹罐頂端設有氬氣進口接管，氬氣進口接管延伸至筒體外，膨脹罐底端與鈉進口管連通，膨脹罐的筒體與換熱管管束連通，換熱管管束與鈉排出口管連通。其中，進口風門4設計為3個單段，出口風門2設計為1個雙段。3個進口風門中的一個出現故障，出口風門兩個單元段中的一個出現故障時，本裝置仍能有效地將堆芯的剩余釋熱排放。空氣熱交換器3的風門或風門單元設有電動和手動兩種驅動裝置，并設有兩個獨立的供電電路，分別服務于本裝置兩個獨立的環路中空氣熱交換器3的進口風門4和出口風門2的電傳動裝置和風門位置傳感器，并且包括獨立電源，如蓄電池組、柴油發電機等。同時，本系統的主管道7全部采用雙層管道；獨立熱交換器5的接管設有保護套；空氣熱交換器3設有底盤，當空氣熱交換器發生鈉泄漏時，可將底盤收集到的鈉排放到鈉泄漏接收罐中。因此，本系統的一回路、中間回路、流過空氣熱交換器3的空氣均采用非能動的自然循環的方式，除進口風門4和出口風門2夕卜，本系統主管道7中再無任何能動裝置。下面以為某快堆所設計的事故余熱排放系統為例，對實施例所提供的技術方案作進一步的描述。當快堆正常運行時，本系統處于備用工況狀態；當快堆遭遇地震、系統供電全部中斷、所有蒸汽發生器給水中斷的事故工況時，本系統、處于工作工況(冷卻工況)狀態。1)備用工況。主要技術特性和參數見表l:表1備用工況吋的主要技術特性和參數<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本系統處于備用工況時，進口風門4全部打開，出口風門2關閉，但留有10%的間隙。關閉連接本系統和二回路的鈉充排系統、事故余熱排放系統的氬氣系統的闊門。本系統中間回路的鈉在自然循環作用下，從獨立熱交換器5沿管道進到空氣熱交換器3的膨脹罐，并由后者分流到換熱管管束，將熱量傳遞給空氣，鈉沿管道回到獨立熱交換器。在拔風煙囪1的抽力作用下，空氣經打開的進口風門4進入空氣熱交換器3中，并經出口風門2和拔風煙囪1排入大氣。一回路鈉在自然循環作用下進入獨立熱交換器5的入口格柵，通過殼程，流到反應堆"熱"腔的下部。2)冷卻工況。主要技術特性和參數見表2。表2冷卻工況時的主要技術特性和參數序號技術特性和參數單位數值1系統熱功率MW1.052一個環路熱功率匿0.5253一回路鈉流量kg/s5.804中間回路鈉流量kg/s2.935流過空氣熱交換器的空氣流量kg/s2.406一回路鈉溫度°C獨立熱交換器入口516獨立熱交換器出口4447中間回路鈉溫度°C空氣熱交換器入口514空氣熱交換器出口3738流過空氣熱交換器的空氣溫度。C空氣熱交換器入口50空氣熱交換器出口2649中間回路工作壓力(獨立熱交換器底部)MPa0.45當出現事故信號，反應堆過渡到次臨界狀態，將空氣熱交換器3出口風門2全部打開，這時進口風門2如果處于"關閉"的初始狀態時，將進口風門l也全部打開。風門全部打開的時間為18秒。為了保證反應堆的安全，池式鈉冷快堆的安全系統包括事故余熱排放系統外，還需要設置一種專用的熱交換器，該熱交換器可以將鈉池中堆芯的剩余釋熱傳遞給事故余熱排放系統中間回路的鈉。熱交換器的原理比較簡單，是通過兩種介質的逆向流動而換熱。通常所使用的換熱器需要外界提供動力，但池式鈉冷快堆余熱導出所需要的換熱器是非能動的，依靠上下層的溫差實現流動換熱，目前這種熱交換器技術在公開文獻上尚無報道。下面將結合附圖，以本實用新型中所用的浸入式鈉一鈉熱交換器為例，對本實用新型的技術方案作進一步闡述。表3為其技術特性和參數。表3獨立熱交換器技術特性和參數殼程管程A運行條件(額定冷卻工況)介質類型金屬鈉金屬鈉流量(kg/s)5.82.93入口溫度rc)516373出口溫度rc)444514入口壓力(MPa)0.60.6熱流量(MW)0.5250.525B換熱器參數傳熱面積(m2)5.2設計壓力(MPa)0.6設計溫度rc)550換熱管尺寸(mm)4>16X1.5換熱管根數(根)48拉桿(根)6容器類別，核安全二級抗震要求I類如圖3所示，一種本實用新型中應用的浸入式鈉-鈉熱交換器，在內管201外設有外管205，在外管205外設有安全外殼202。外管205與安全外殼202之間還設有鈉泄漏測量管，泄漏測量管伸出安全外殼202的部分為鈉泄露測量管罩218。如圖4所示，內管201頂端開口，低溫鈉由此進入。外管205的管壁為雙層結構，所形成的空間流動液態金屬鈉，其頂端設有鈉出口217，熱量交換后的鈉由此流出熱交換器。如圖5所示，在安全外殼202外設有屏蔽法蘭203，屏蔽法蘭203外設有壓緊法蘭204，屏蔽法蘭203與壓緊法蘭204之間用螺釘連接。壓緊法蘭203和屏蔽法蘭203下設有支承座206，支承座206固定在反應堆頂蓋上。如圖6所示，外管205雙層結構的下端與上管板210間形成混合腔208，在混合腔208外圍配套設由帶有空氣間隙、由鋼筒體組成的屏蔽筒207。屏蔽筒207是為了減小輻射對工作人員的作用，同時，也作為反應堆結構的熱屏蔽。如圖7和圖8所示，在外管205下與上管板210相連，上管板210下部設置排放室209。換熱光束216的上端穿過上管板210,與排放室209相通。換熱管束216所用的換熱管的中部設有補償彎曲，以補償換熱管的熱膨脹。同時，在換熱管束216上安裝有定位鋼帶，以減小換熱管的振動。如圖9所示，安全外殼202的底部215焊在下管板214上，呈橢圓形，內管201的下端穿過下管板214，并與安全外殼底部215相通。下管板214用迷宮式密封環與內管201的外壁相接。上管板210、下管板214之間形成熱交換區，在熱交換區，安全外殼下側筒體212的上部沿圓周設有多個入口格柵211，其下部設有多個出口格柵213。安裝時，熱交換器通過壓緊法蘭204固定在快堆堆容器的堆頂蓋上，入口格柵211以下的部分浸沒在鈉池中。裝置工作時，一回路的高溫液態鈉通過自然循環由入口格柵211進入熱交換器，二回路的低溫液態鈉通過內管201頂端的開口進入熱交換器。二回路的低溫液態鈉依次經過內管201、安全外殼底部215，進入換熱管216。一回路的鈉和二回路的鈉通過換熱管216進行逆向熱交換。冷卻后的一回路鈉通過出口格柵213流出，加熱后的二回路鈉經過排放室209進入外管205，最終通過二回路出口217流出熱交換器。一種鈉-空氣熱交換器，它包括筒體303，它固定在水泥地面310上。在筒體303的頂端設有出口風門301，底端設有進口風門311。進口風門311為單段進口風門，布置3個，相互間成90°角布置，以保證空氣按管系均勻地分配。出口風門301為雙段出口風門。每個風門之間相互成90°布置，其旋轉導葉板可以轉動，并可在090°范圍內固定下來。在筒體303內腔的上部設有膨脹罐304，它是有鈉自由液面的立式圓柱形容器，并通過支承板固定在筒體303的內惻壁上。膨脹罐304頂端設有氬氣進口接管302，氬氣進口接管302延伸至筒體303夕卜，膨脹罐3,04上部的氬氣腔用于補償待冷卻鈉因溫度變化而引起的體積變化。膨脹罐304底端與鈉進口管309連通，鈉進口管309與獨立熱交換器的出口連通。膨脹罐304的中部筒體與換熱管管束314連通。換熱管管束314所用的是平整的r形管。換熱管管束314沿高度方向安裝有定位鋼帶306，以減少管子的振動。換熱管管束314以環狀排列，其下端與下集流器307相通，下集流器307與鈉出口管308連通，鈉出口管308與獨立熱交換器的入口連通。在膨脹罐304的下部筒體上連有排除管305，排除管305也通過定位鋼帶306固定，排除管305也與下集流器307連通，排除管305和下集流器307用來排除鈉中的雜質。筒體303的底部不是水平的，其最低處設置漏鈉接管315。為了在充鈉之前加熱空氣，在筒體303、膨脹罐304、鈉出口管306和鈉進口管307的外壁上均設有電加熱器313與保溫層312。本實用新型所用的上述鈉一空氣熱交換器的技術參數如表4所示。表4空氣熱交換器的技術參數殼程管程A運行條件(額定冷卻工況)介質類型空氣金屬鈉流量(kg/s)2.42.93入口溫度rc)50514出口溫度rc)264373入口壓力(MPa)大氣壓0.6熱流量(MW)0.5250.525B換熱器參數<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>該熱交換器是逆流熱交換裝置，其中鈉在管內由上向下運動，空氣在管間空隙由下向上運動。它有兩個工況當快堆正常運行時，熱交換器處于備用工況狀態；當快堆遭遇地震、系統供電全部中斷、所有蒸汽發生器給水中斷等的事故工況時，熱交換器處于工作工況(冷卻工況)狀態。當熱交換器處于備用工況時，進口風門311全部打開，出口風門301部分關閉，留有10%的間隙。事故余熱排放系統中間回路的鈉在自然循環作用下，從獨立熱交換器沿管道進到膨脹罐304，并分流到換熱管管束314，將熱量傳遞給空氣，冷卻后的鈉沿管道回到獨立熱交換器。當熱交換器處于工作工況時，進口風門311、出口風門301全部打開，這時，進口風門301如果處于"關閉"的初始狀態時，將進口風門301也全部打開。風門全部打開的時間為18秒。事故余熱排放系統中間回路的鈉在自然循環作用下，從獨立熱交換器沿管道進到膨脹罐304，并分流到換熱管管束314，將熱量傳遞給空氣，冷卻后的鈉沿管道回到獨立熱交換器。權利要求1.一種池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，是由熱交換設備及相應的主管道(7)和測量、控制儀表組成的環路，其特征在于所述的熱交換設備是由獨立熱交換器(5)和空氣熱交換器(3)串連而成，其中獨立熱交換器(5)的下部反應堆容器(6)的鈉池中，空氣熱交換器(3)外連拔風煙囪(1)。2.根據權利要求1所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的獨立熱交換器(5)是一種非能動的浸入式鈉一鈉熱交換器，它包括安全外殼，在安全外殼內設有外管，外管內設有內管，內管頂端開口，底端與安全外殼的底部相通；外管的管壁為雙層結構，頂端設有鈉出口，底端同內管外的換熱管束的上出口相通；換熱管束的下入口同安全外殼的底部連通；安全外殼與內管之間的空間通過上管板、下管板密封，在該密封段的上部開有入口格柵，下部設有出口格柵。3.根據權利要求2所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的獨立熱交換器(5)的接管設有保護套。4.根據權利要求1所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的空氣熱交換器(3)是一種非能動的鈉—空氣熱交換器，它包括筒體，筒體頂端設有出口風門(2)，底端設有進口風門(4)，筒體內腔的上部設有膨脹罐，膨脹罐通過支承板固定在筒體上，膨脹罐頂端設有氬氣進口接管，氬氣進口接管延伸至筒體外，膨脹罐底端與鈉進口管連通，膨脹罐的筒體與換熱管管束連通，換熱管管束與鈉排出口管連通。5.根據權利要求4所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的空氣熱交換器(3)的進口風門(4)和出口風門(2)設有電動和手動兩種驅動裝置。6.根據權利要求1或4或5所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的空氣熱交換器(3)設有底盤。7.根據權利要求1所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的主管道(7)為雙層管道。8.根據權利要求1所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的環路為兩個獨立的環路。9.根據權利要求8所述的池式鈉冷快堆事故余熱排放裝置，其特征在于所述的每個環路設有獨立的供電電路。專利摘要本實用新型屬于鈉冷快堆的安全設施
技術領域：
：，具體涉及一種池式鈉冷快堆的事故余熱排放系統。本實用新型所提供的事故余熱排放系統，它有兩個特點，其一是獨立性。該系統是一套獨立的熱傳輸系統，它有自己的一回路和二回路，能不依靠主熱傳輸系統就能將堆芯的剩余釋熱導出。其二是非能動性。該系統的一回路和二回路以及流過空氣熱交換器的空氣均采用自然循環的方式運行，并且在系統的主管道中不設任何閥門，只有空氣熱交換器的進、出口風門是能動的，從而最大限度地保證了本系統的非能動性。總之，本系統有效克服了現有技術的缺陷，在事故工況時，能夠有效地將堆芯的剩余釋熱排出。文檔編號G21C15/18GKCN201126717SQ200720310339公開日2008年10月1日申請日期2007年12月11日發明者余華金,劉嘉一,劉蓮萍,葉原武,龍唐,張東輝,銤徐,楊志民,楊福昌,許義軍申請人:中國原子能科學研究院導出引文BiBTeX,EndNote,RefMan