浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統及其運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及浮動核電站的降壓安全領域，具體是浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統及其運行方法。
【背景技術】
[0002]浮動核電站是利用浮動平臺建造的可移動的核電站。浮動核電站的抗震能力更強，受到地震、火山噴發等自然災害的影響更小。浮動核電站漂浮在大海上，靈活性好，可以向海外孤島、石油鉆井平臺等提供熱水、淡水、電力。但是由于浮動核電站建造在大海上，沒有外部電源，一旦自身發電系統故障，能動的設備將無法正常運行。因此特別需要采用非能系統帶出堆芯熱量、緩解事故后果。
[0003]浮動核電站設計緊湊，堆艙安全屏障難以布置水箱，而在船艙中布置的水箱容量也有限。因此需要設計緊湊合理的非能動降壓注水冷卻系統，以實現嚴重事故工況下壓力容器、堆艙卸壓，并依靠重力驅動實現向壓力容器和堆艙注水，通過非能動方式把堆芯熱量帶到海水中。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的是提供一種浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統及其運行方法，通過設置非能動降壓注水冷卻系統，實現嚴重事故工況的早期事故緩解，緩解堆芯熔化后果，可以大大降低堆芯熔化概率以及安全屏障失效概率。
[0005]本發明的實現方案如下:浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統，包括殼體，殼體內設置有堆艙，堆艙內設置有壓力容器，壓力容器內設置有堆芯和穩壓器，壓力容器的下封頭與堆艙的堆艙底部之間形成外流道；殼體內還設置有降壓水箱，降壓水箱內設置有隔板，隔板將降壓水箱分為噴灑區和注水區，噴灑區和注水區在降壓水箱的底部區域連通；還包括設置在殼體外部的冷水側換熱器，冷水側換熱器的換熱器進水管與噴灑區的頂部區域連通，冷水側換熱器的換熱器出水管與注水區連通；穩壓器依次通過卸壓管A、公共管X連通到噴灑區，卸壓管A上設置有控制閥A，公共管X上設置有止回閥X，壓力容器下降區依次通過注水管C、公共管Y連通到注水區，注水管C上設置有止回閥C和控制閥C (14);降壓水箱內設置有冷卻液。
[0006]堆艙頂部通過卸壓管B與公共管X連通；卸壓管B上設置有控制閥B和止回閥B ;外流道通過注水管D與公共管Y連通，注水管D上設置有控制閥D和止回閥D。
[0007]上述各個止回閥的作用如下:止回閥X防止噴灑區內的冷卻液流入公共管X內；止回閥C防止壓力容器內的熱液流入注水區內；止回閥B防止穩壓器內的冷卻液流入堆艙內；止回閥D防止堆腔底部的流體進入注水區內。
[0008]本發明的設計原理為:浮動核電站發展到嚴重事故工況后，堆芯的出口流體溫度達到設計定值(如650°C)時，操縱員可通過設置的非能動降壓注水冷卻系統中的壓力容器降壓子系統對一回路快速卸壓，通過壓力容器注水子系統實現非能動壓力容器注水以淹沒堆芯。堆芯淹沒后，壓力容器注水子系統與壓力容器卸壓子系統構成非能動帶熱循環將堆芯余熱導出到降壓注水箱。
[0009]在嚴重事故處理過程中，發生堆艙超壓后，操縱員可通過設置的非能動降壓注水冷卻系統中的堆艙降壓子系統對堆艙卸壓，通過堆艙注水子系統實現非能動堆艙注水以淹沒壓力容器。壓力容器的下封頭淹沒后，堆艙注水子系統與堆艙卸壓子系統構成非能動帶熱循環將壓力容器的底部導熱量導出到降壓注水箱。
[0010]來自壓力容器內帶熱循環或堆艙內帶熱循環的堆芯余熱導出到降壓水箱后，通過降壓水箱-海水非能動換熱子系統最終排到海水。以實現長期導出堆芯熱量，減輕事故后果，大大降低堆芯熔化概率以及堆艙安全屏障失效概率。
[0011]本系統主要包括壓力容器卸壓子系統、壓力容器注水子系統、堆艙卸壓子系統、堆艙注水子系統、降壓水箱-海水非能動換熱子系統、以及操縱員接口。操縱員接口控制各個子系統中的控制。
[0012]壓力容器卸壓子系統包括與穩壓器連通的卸壓管A、與卸壓管A連通的公共管X，還包括設置在卸壓管A上的控制閥A和設置在公共管X上的止回閥X。
[0013]壓力容器注水子系統包括與壓力容器下降區連通的注水管C、與注水管C連通的公共管Y，還包括設置在注水管C上設置的止回閥C和控制閥C。
[0014]堆艙卸壓子系統包括與壓力容器連通的卸壓管B、與卸壓管B連通的公共管X，還包括設置在卸壓管B上的控制閥B。
[0015]堆艙注水子系統包括與外流道連通的注水管D，與注水管D連通的公共管Y，還包括設置在注水管D上的控制閥D和止回閥D。
[0016]降壓水箱內設置有隔板，隔板將降壓水箱分為噴灑區和注水區，噴灑區和注水區在降壓水箱的底部區域連通；還包括設置在殼體外部的冷水側換熱器，冷水側換熱器的換熱器進水管與噴灑區的頂部區域連通，冷水側換熱器的換熱器出水管與注水區連通，這樣設置有利于降壓水箱與海水側換熱器的流體自然循環流動。
[0017]本發明利用冷熱流體的密度差和位差產生的自然驅動力獲得循環動力長期導出堆芯余熱，可大大降低堆芯熔化概率以及堆艙安全屏障失效概率，具有國際領先的技術水平。
[0018]具體循環過程如下:
浮動核電站發展到嚴重事故工況，操縱員根據堆芯出口流體溫度達到設計定值(如650°C)的信息，通過開啟控制閥A，啟動非能動降壓注水冷卻系統中的壓力容器降壓子系統對壓力容器卸壓；通過開啟控制閥C，啟動壓力容器注水子系統實現非能動壓力容器注水以淹沒堆芯。堆芯淹沒后，壓力容器注水子系統與壓力容器卸壓子系統構成非能動帶熱循環將堆芯余熱導出到降壓注水箱。
[0019]在嚴重事故處理過程中，操縱員發現堆艙超壓后，可通過開啟控制閥B，啟動非能動降壓注水冷卻系統中的堆艙降壓子系統對堆艙卸壓；通過開啟控制閥D啟動堆艙注水子系統實現非能動堆艙注水以淹沒壓力容器，壓力容器的下封頭被淹沒后，堆艙注水子系統與堆艙卸壓子系統構成非能動帶熱循環將壓力容器的底部熱量導出到降壓注水箱。
[0020]來自壓力容器內帶熱循環或堆艙內帶熱循環的堆芯余熱導出到降壓水箱后，降壓水箱內的冷卻液將被加熱，冷卻液的密度會降低，其密度將低于冷水側換熱器內水的密度，冷水側換熱器設置在海水或湖水中，在重力的作用下此密度差將驅動降壓水箱內的水通過冷水側換熱器的換熱器進水管進入冷水側換熱器，在冷水側換熱器內被冷卻后再通過海水側換熱器的換熱器出水管流入降壓水箱，最終實現熱量導入到海水，實現堆芯余熱的長期穩定排出，期間降壓水箱的壓力將由降壓水箱頂部設置的超壓卸壓管以及設置在超壓卸壓管上的壓力控制閥進行控制。
[0021]所述公共管X延伸進噴灑區的一端設置有噴灑器。
[0022]換熱器進水管和換熱器出水管都設置有閥門。
[0023]外殼內的所有運行工況的最低吃水線為吃水線D，冷水側換熱器位于吃水線D以下，以利于降壓水箱與海水側換熱器的流體自然循環流動。
[0024]降壓水箱頂部設置有超壓卸壓管，超壓卸壓管延伸到殼體外部，超壓卸壓管上設置有壓力控制閥和止回閥。
[0025]超壓卸壓管延伸到殼體外部的一端設置有噴灑裝置。
[0026]浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統的運行方法，包括所述的浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統，當堆芯的出口流體溫度達到設計定值時，打開控制閥A通過卸壓管A和公共管X對壓力容器卸壓，同時打開控制閥C，注水區的冷卻液經過公共管Y和注水管C進入壓力容器，冷卻液淹沒堆芯，堆芯淹沒后，壓力容器內的冷卻液和降壓水箱的冷卻液流動循環構成非能動帶熱循環，將堆芯余熱導出到降壓注水箱。
[0027]浮動核電站非能動降壓注水冷卻系統的運行方法，當堆艙超壓后，打開控制閥B，通過卸壓管B和公共管X對堆