一种检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统的制作方法

1.本实用新型涉及核电厂保护系统设计技术领域，尤其涉及一种检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统。


背景技术：

2.目前，常规核电厂对安全壳外余热排出系统管道破口的保护信号设置有如下几种：第一，在相关厂房布置温度和压力传感器，监测环境的压力和温度变化，由此判断厂房内是否发生管道泄漏，这种信号设置对低温，小流量泄漏监测不敏感，反应时间长。第二，在相关厂房布置放射性探测装置，监测环境放射性，通过监测房间放射性数据判断厂房内是否发生泄漏，这种保护信号容易误触发，而且不适用于监测不含放射性的冷却剂泄漏。第三，在相关厂房内设置地坑收集泄漏的冷却剂，通过监测地坑水位判断厂房内是否发生泄漏，这种方法需要在地面挖坑，不适用于船载反应堆。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统，所述余热排出系统管线与压水堆的一回路连接，所述系统包括：设置在安全壳外的密闭舱室、设置在所述密闭舱室内的环境压力监测装置、与所述密闭舱室连通的第二废液收集装置、安装在所述第二废液收集装置中的液位监测装置、以及与所述环境压力监测装置和液位监测装置通信连接的控制装置；
5.所述余热排出系统管线穿设在所述密闭舱室中。
6.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述系统还包括在所述安全壳内、并设置在所述余热排出系统管线上的隔离阀门；所述隔离阀门与所述控制装置通信连接。
7.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述环境压力监测装置为设于所述密闭舱室内部顶端的压力传感器。
8.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述系统还包括设置在所述密闭舱室地板处的至少一个第二地漏、连通所述第二地漏和所述第二废液收集装置的第二收集管线。
9.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述密闭舱室地板的四个角落分别设有一个第二地漏，所述第二地漏分别连接一分支收集管线，通过收集母管线汇总至所述第二废液收集装置。
10.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述密闭舱室地板处设有用于积累所述余热排出系统管线破口和/或其他设备释放的废液的收集空间。
11.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述第二地漏边缘设有围堰，所述围堰与所述密闭舱室内壁之间形成收集空间。
12.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述系统还包括与所述收集空间相连通的第一废液收集装置。
13.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述系统还包括设置在所述收集空间地板处的至少一个第一地漏、连通所述第一地漏和所述第一废液收集装置的第一收集管线。
14.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述第一地漏入口与地板齐平。
15.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述控制装置与所述环境压力监测装置、所述液位监测装置和所述隔离阀门之间通过信号传输电缆有线通信连接。
16.优选地，在本实用新型所述的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统中，所述系统还包括设于所述废液收集装置第二废液收集装置底部的与所述控制装置通信连接的称重传感器。
17.通过实施本实用新型，具有以下有益效果：
18.本实用新型设计的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统可快速自动识别安全壳外余热排出系统管线破口，实现破口隔离，减少破口造成的放射性元素释放，提高反应堆安全。通过两种保护信号的搭配使用，克服了以上单一信号测量范围的局限性。并且，适用于船载反应堆，不会破坏甲板地面的结构完整性，同时可以适应海洋倾斜条件。
附图说明
19.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
20.图1是本实用新型检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统的结构示意图；
21.图2是本实用新型压力信号整定值评估流程图；
22.图3是本实用新型液位信号整定值分析流程图。
具体实施方式
23.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
24.在正常运行的工况下，核裂变和裂变产物衰变产生的热量是由压水堆的一回路通过蒸汽发生器向二回路传递来释放的。当反应堆停堆时，虽然以裂变为机制的核功率很快消失，但是由裂变产物及其衰变物在放射性衰变过程中释放的热量还存在，称为衰变热。
25.余热排出系统又称为反应堆停堆冷却系统，当反应堆停堆后，最初仍由蒸汽发生器将剩余功率这部分热量导出，当二回路不能再运行时，即由余热排出系统导出这部分热量，保证反应堆的冷却。
26.在反应堆正常停堆过程中，当一回路温度降低到180℃及以下，绝对压力降到3.0mpa以下时，余热排出系统接入一回路，持续排出堆芯余热、一回路水和设备的显热以及运行的主泵在一回路中产生的热量，使反应堆进入冷停堆状态。余热排出系统由两台余热
排出泵、两台热交换器和相关的阀门、管道组成。泵和换热器均布置在安全壳1外，通过穿过安全壳1的余热排出系统管线3与一回路连接。因此，当安全壳1外的余热排出系统管线3发生破裂事故时，将会导致一回路高放射性冷却剂直接旁通安全壳1，直接释放在相关厂房或舱室中，进而通过通风系统释放至外部环境，对公众造成潜在的辐照风险。
27.为了限制从破口释放的冷却剂质量，需要设置破口自动识别与隔离信号，实现余热排出管线自动隔离，为此如图1所示，本实用新型构造了一种检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统，余热排出系统管线3与压水堆的一回路连接，该检测系统包括：设置在安全壳1外的密闭舱室4、设置在密闭舱室4内的环境压力监测装置5、与密闭舱室4连通的第二废液收集装置10、安装在第二废液收集装置10中的液位监测装置9、以及与环境压力监测装置 5和液位监测装置9通信连接的控制装置11；余热排出系统管线3穿设在密闭舱室4中。在一些实施例中，该控制装置11为信号中央处理器、电脑终端等；该压力监测装置为压力传感器；该液位监测装置9为液位传感器；该第二废液收集装置10为废液收集箱。
28.在本实施例中，该系统还包括在安全壳1内、并设置在余热排出系统管线3上的隔离阀门2，该隔离阀门2与控制装置11通信连接。
29.在一些实施例中，为了保证信号传输的稳定性，控制装置11与环境压力监测装置5、液位监测装置9和隔离阀门2之间通过信号传输电缆12有线通信连接。
30.具体地，本实用新型提出的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统的保护信号包括压力信号和液位信号，任一信号达到整定值时均可触发隔离阀门2对余热排出系统管线3进行隔离。
31.在密闭舱室4中布置环境压力监测装置5，优选地，可布置在密闭舱室4 内部顶端，通过信号传输线缆将压力数据传输至控制装置11，实时监控环境压力，形成压力信号。当压力监测值达到整定值时，即表明密闭舱室4内的余热排出系统管线3上存在破口，触发自动保护系统动作，控制装置11自动触发安全壳1内余热排出管线上的隔离阀关闭，实现破口隔离。
32.在本实施例中，该系统还包括设置在密闭舱室4地板处的至少一个第二地漏6、连通第二地漏6和第二废液收集装置10的第二收集管线。优选地，在密闭舱室4地板的四个角落分别设有一个第二地漏6，第二地漏6分别连接一分支收集管线7，然后汇总到收集母管线8，最后将密闭舱室4地板上的泄漏废液引流至第二废液收集装置10。
33.在第二废液收集装置10中设置了液位监测装置9，通过信号传输电缆12 将液位数据传输至控制装置11，实时监控液位状态，形成液位信号。当测量到的液位到达整定值液位时，即表明密闭舱室4内的余热排出系统管线3上存在破口，触发自动保护系统动作，控制装置11自动触发安全壳1内余热排出管线上的隔离阀关闭，实现破口隔离。
34.在本实施例中，为了避免水位信号的误触发，该密闭舱室4地板处设有用于积累密闭舱室4内余热排出系统管线破口和/或其他设备正常泄漏的废液的收集空间，等收集空间集满，废液才流入到第二地漏6中。在一些实施例中，第二地漏6边缘设有围堰，围堰与密闭舱室4内壁之间形成该收集空间。
35.在本实施例中，为了进一步降低误触发概率，实现只有在大流量的破口工况下才会触发水位信号，因此该检测系统还包括与收集空间相连通的第一废液收集装置15，该第一废液收集装置15为废液收集箱。在一些实施例中，该检测系统还包括设置在收集空间地
板处的至少一个第一地漏13、连通第一地漏13和第一废液收集装置15的第一收集管线14。并且，优选地，第一地漏13入口与地板齐平，并设在地板中心处。通过该实施例，使得管线和其他设备正常泄漏时首先通过第一地漏13流向第一废液收集装置15，待第一废液收集装置15满溢且第二地漏6的围堰与密闭舱室4内壁之间形成该收集空间充满水后，废液才会通过第二地漏6流向第二废液收集装置10，从而实现了只在大流量的破口工况下才会触发水位信号，降低了误触发概率。
36.在一些实施例中，可将地板底面设置一定的坡度，使得地板底面向中心凹陷，四边凸起，从而降废液首先引流至第一废液收集装置15，取代第二地漏6边缘的围堰，第一废液收集装置15作为收集空间。
37.在另外一些实施例中，为了避免液位监测装置9的损坏导致无法获知废液泄漏或者为了废液泄漏监测的准确性，可在第二废液收集装置10底部设置与控制装置11通信连接的称重传感器，作为备用装置或者与液位监测装置9 配合使用的废液重量监测装置。
38.本实用新型在破口发生在余热排出系统刚接入运行的初期，冷却剂温度较高，同时破口面积较小时，从破口释放的冷却剂废液大部分发生闪蒸变成蒸汽，使得舱室的环境压力逐渐升高，压力信号将在较短时间内生成。但是，这种事故工况下到达地面的液体将很少，液位信号将难以生成，需要的时间将远大于压力信号生成时间，因此本实用新型设计的环境压力监测装置5可用于余热排出系统运行初期，对密闭舱室4内的余热排出系统管线3破口造成的环境压力进行监测，并传输压力信号至控制装置11，控制隔离阀门2关闭。
39.当破口发生在余热排出系统刚接入运行的末期，冷却剂温度较低时，从破口释放的冷却剂废液将绝大部分以液态存在，直接流至密闭舱室4地板，进一步流动至事故第二废液收集装置10，在较短时间内生成液位信号。但是，这种事故工况下闪蒸的蒸汽很少，也液体冷却剂的体积很小，使得密闭舱室4 内的压力上升缓慢，压力信号将难以生成，需要的时间将远大于液位信号生成时间。因此，本实用新型设计的液位监测装置9可用于在余热排出系统运行末期，对密闭舱室4内的余热排出系统管线破口释放的液态冷却剂进行监测，并传输液位信号至控制装置11，控制隔离阀门2关闭。
40.本实用新型提出的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统，设计了压力信号和液位信号两种保护信号，任一信号达到整定值即可触发保护系统动作。两种信号的设置使得在高、低温破口介质工况下均得到有效保护，确保了信号的完备性，使破口得到有效隔离。
41.在本实施例中，信号整定值的设定对实现保护信号的有效性至关重要，本实用新型提出的保护信号整定值设计方法如下：
42.1)压力信号整定值评估
43.评估流程如图2所示，具体说明如下：考虑房间处于密封状态，初始状态为常温常压，认为房间内空气为理想气体。保守考虑在房间内注入正常运行工况下可能产生的最大废液量，同时将房间温度上升至正常运行期间可能达到的最大温度，计算此时房间环境能达到的最大环境压力。对该最大环境压力考虑一定保守裕量后(防止信号误触发)，作为压力信号的整定值。
44.2)液位信号整定值评估
45.液位信号整定值分析流程见图3，具体说明如下：
46.事故工况选择：余热排出系统管线3双端剪切断裂，事故发生在余热排出系统刚接入一回路的时刻，使得破口介质温度最高、闪蒸份额最大、喷流流量最大。
47.质能释放计算：保守的角度考虑计算两套不同的质能释放数据：一套是一回路采用增大质能释放的状态参数，同时考虑破裂管道的回流流量，忽略管道的阻力系数，使得破口释放的流量最大化；另一套的一回路采用减小质能释放的状态参数，同时不考虑破裂管道的回流流量，考虑管道的阻力系数，使得破口释放的流量最小化。前者用于评估破口释放源项，后者用于评估破口释放液相体积。其中，质能是指质量和能量。
48.源项评估：使用最大化质能释放数据，保守取最大化闪蒸份额，评估破口释放的源项随时间的变化关系，从而得到源项释放值接近法规要求值的时间，考虑一定裕量后即可得到破口需要隔离的时间。其中，源项是指废液中发射性元素的量。
49.信号生成时间评估：将破口需要隔离的时间扣除阀门动作延迟时间、信号传输和处理时间，以及地面液相流动时间即可得到破口后信号最晚要求生成时间。
50.收集箱尺寸及液位整定值评估：收集箱尺寸应尽量小，受限因素应为液位检测传感器的空间布置需求；液位整定值也与传感器的测量敏感度相关，同时应取尽量低的液位。
51.滞留液相体积评估：保守地评估破口喷放的冷却剂在房间内所有的设备表面、墙面、地面等的滞留体积，以及正常废液收集系统排走的体积。
52.验收准则：当信号最晚要求生成时间对应的破口最小化释放液相体积大于滞留液相体积与收集箱总容积的和时，即可证明液位信号可在破口源项超限前触发，自动隔离管线破口。当该验收准则不符合时，则进行优化评估工作。
53.本实用新型提出的保护信号及其设计方法不仅适用于检测安全壳1外余热排出系统管线破口，还适用于其他连接一回路的安全壳1外管道系统。特别地，本实用新型可应用在船载核反应堆中，可适应海洋运行条件。还适用于监测安全壳1内管线破口和安全壳1外其他系统管线破口。例如，本实用新型提出的压力信号可用于设计安全壳1内压力高信号，监测一回路管道系统破口，并作为安全壳喷淋系统、安全注入系统等安全保护系统的启动信号。
54.通过实施本实用新型，具有以下有益效果：
55.本实用新型设计的检测安全壳外余热排出系统管线破口的系统可快速自动识别安全壳外余热排出系统管线破口，实现破口隔离，减少破口造成的放射性元素释放，提高反应堆安全。通过两种保护信号的搭配使用，克服了以上单一信号测量范围的局限性。并且，适用于船载反应堆，不会破坏甲板地面的结构完整性，同时可以适应海洋倾斜条件。
56.可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。