地下核电站乏燃料池非能动补水方法与流程

1.本发明涉及地下核电站技术领域，具体地指一种地下核电站乏燃料池非能动补水方法。


背景技术：

2.核反应堆内的燃料棒是核电站运行的关键原件，通过核裂变或核聚变产生能量。燃料棒在完成“燃烧产能”使命后，从堆芯中卸出，但其仍然具有相当强的放射性和衰变热，通常需要转运至核电站厂房内的乏燃料水池中进行长时间的冷却，待其放射性和衰变功率达到一定标准后再进行转厂和后处理。
3.乏燃料水池对燃料棒通常通过强迫对流和蒸发沸腾的方式进行冷却，这种冷却方式需要有足够的冷却水，并且需要水泵进行持续补水。正常工况下，乏燃料水池内冷却水充足，温度能够维持在设计范围内。但在交流电源全部丧失的情况下，乏燃料水池的冷却功能和水补给功能丧失，乏燃料组件得不到冷却，不断释放大量衰变热使得乏燃料水池温度不断升高，直至沸腾，进而导致水池内冷却水蒸发，水位下降，最终导致乏燃料组件暴露在空气中，释放热量产生大量氢气，极大影响了核电站的安全性。
4.因此，结合地下核电站的结构特点，研发地下核电站乏燃料池非能动补水方法，确保乏燃料池在交流电源丧失条件下，仍然能够及时补水和冷却降温。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是要提供一种地下核电站乏燃料池非能动补水方法，实现在非能动的条件下乏燃料池能够自动、及时补水和冷却降温，确保乏燃料组件得到有效冷却，保证核电站的安全。
6.为实现上述目的，本发明研制出了一种地下核电站乏燃料池非能动补水方法，包括如下步骤：
7.当乏燃料池内的硼水水位位于临界水位以下，水位监测装置将应急补水系统中的补水阀门打开，地面水池中的冷却水经补水管道直接注入乏燃料池内，直至乏燃料池内的硼水水位超过临界水位，水位监测装置将补水阀门关闭；
8.当乏燃料池内的硼水水位位于临界水位以上、正常水位以下，水位监测装置将冷却系统中的冷却阀门打开，地面水池中的冷却水经冷却管道流入一级冷却台，溢出后流入二级冷却台，......至最后一级冷却台，雾化级喷嘴组件将冷却水以细雾状喷向乏燃料池内，直至乏燃料池内的硼水水位超过正常水位，水位监测装置将冷却阀门关闭。
9.进一步地，所述地面水池底端高于乏燃料洞室顶端；所述应急补水系统包括一端连接在地面水池底部的补水管道，所述补水管道另一端能够将水流送入到乏燃料池，所述补水管道上设有补水阀门。
10.更进一步地，所述临界水位为高出乏燃料池池底的乏燃料组件顶端的水位。
11.进一步地，所述冷却系统包括一端连接在地面水池底部的冷却管道，所述冷却管
道另一端设有位于乏燃料池上方，且从上至下布置的至少三级冷却台。
12.更进一步地，相邻两级所述冷却台呈交错设置，且每级冷却台边界处均设有用于储存冷却水的挡水板。
13.更进一步地，最后一级所述冷却台设有的挡水板高度大于其余级冷却台设有的挡水板高度。
14.更进一步地，所述雾化级喷嘴组件呈阵列分布在最后一级冷却台下端。
15.更进一步地，所述雾化级喷嘴组件流量小于冷却阀门流量。
16.更进一步地，所述雾化级喷嘴组件由若干个不锈钢实心锥雾化喷嘴构成，且喷嘴喷头向下布置。
17.更进一步地，补水阀门流量为冷却阀门流量的4-5倍。
18.本发明的优点在于：
19.1、当乏燃料池内的硼水水位位于临界水位以下时，本发明能够在核电站处于断电状况下，通过应急补水系统向乏燃料池内快速补充冷却水，使硼水水位超过临界水位，避免乏燃料组件暴露在空气中；
20.2、当乏燃料池内的硼水水位位于临界水位以上、正常水位以下时，本发明能够在核电站处于断电状况下，通过冷却系统对乏燃料池进行降温，并补充冷却水，使硼水水温维持在设计范围内，硼水水位超过正常水位，从而避免水池内冷却水蒸发出现意外恶化事故。
21.本发明地下核电站乏燃料池非能动补水方法能够在核电站处于断电状况下，及时对乏燃料池进行补水、降温，确保核电站的安全性。
附图说明
22.图1是本发明地下核电站乏燃料池非能动补水方法的流程图；
23.图2是本发明地下核电站乏燃料池非能动补水方法中的补水系统的正视结构示意图；
24.图中：地面水池1、冷却系统2、应急补水系统3、水位监测装置4、乏燃料组件5、乏燃料池6、乏燃料洞室7、；
25.冷却系统2包括：冷却管道21、冷却阀门22、冷却台23、雾化级喷嘴组件24、挡水板25；
26.应急补水系统3包括：补水管道31、补水阀门32；
27.正常水位a、临界水位b。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
30.本地下核电站乏燃料池非能动补水方法，流程图如图1所示，包括如下步骤：
31.当乏燃料池6内的硼水水位位于临界水位b以下，水位监测装置4将应急补水系统 3中的补水阀门32打开，地面水池1中的冷却水经补水管道31直接注入乏燃料池6内，直至乏燃料池6内的硼水水位超过临界水位b，水位监测装置4将补水阀门32关闭；
32.当乏燃料池6内的硼水水位位于临界水位b以上、正常水位a以下，水位监测装置4将冷却系统2中的冷却阀门22打开，地面水池1中的冷却水经冷却管道21流入一级冷却台23，溢出后流入二级冷却台23，......至最后一级冷却台23，安装在最后一级冷却台23下端的雾化级喷嘴组件24将冷却水以细雾状喷向乏燃料池6内，直至乏燃料池6内的硼水水位超过正常水位a，水位监测装置4将冷却阀门22关闭。
33.所述地面水池1底端高于乏燃料洞室7顶端，借助地面水池1与乏燃料池6之间的高度差，在非能动条件下实现将应急补水系统3中的冷却水快速注入乏燃料池6，直至乏燃料池6内的硼水水位超过临界水位b。所述临界水位b为高出池底乏燃料组件5顶端的水位。
34.冷却系统2中的冷却水进行补水的同时，还能够加速乏燃料池6内的热交换，快速降低乏燃料池6内硼水温度，保障地下核电站安全。
35.所述冷却系统2包括一端连接在地面水池1底部的冷却管道21，所述冷却管道21 另一端设有位于乏燃料池6上方，且从上至下布置的至少三级冷却台23。
36.具体地，上述补水方法中的补水系统包括以下内容，如图2所示：
37.本实施例中乏燃料池6的长度、宽度分别为：8m、4m，乏燃料池6底端通过两条并列的管道，即冷却管道21和补水管道31分别连接冷却系统2和应急补水系统3，管道的起始位置分别设有冷却阀门22和补水阀门32。水位监测装置4为可漂浮体，密度小于水，漂浮于乏燃料池6内的硼水水面上。水位监测装置4根据检测的水位信号实时控制冷却阀门22和补水阀门32。
38.本实施例中的冷却台23为四级冷却台，相邻两级所述冷却台23呈交错设置，且每级冷却台23边界处均设有一个挡水板25，可使每一级冷却台23上能够储存一定量的冷却水，当第一级冷却台的冷却水量大于可储存量时，冷却水溢出，流入第二级冷却台，当第二级冷却台的冷却水量大于可储存量时，冷却水溢出，流入第三级冷却台，直至流入第四级冷却台。四级冷却台23能够对乏燃料洞室7内逐渐上升的热蒸汽进行冷却，加大换热面积，增强冷却效果。
39.另外，第四级冷却台挡水板25的高度大于第一级、第二级、第三级冷却台挡水板 25的高度，用于存储更大容量的冷却水，供雾化级喷嘴组件24使用。
40.补水阀门32全开时，流量为0.4m3/s，为了增强换热效果，冷却阀门22流量不宜过大，全开时流量设定为0.1m3/s。
41.所述雾化级喷嘴组件24呈阵列分布在最后一级冷却台23下端，由若干个不锈钢实心锥雾化喷嘴构成，且喷嘴喷头向下布置，喷出的冷却水为细雾状。为了保证冷却系统 2水量的平衡，所述雾化级喷嘴组件24流量小于冷却阀门22流量，为0.08m3/s。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等等，均应包含在本发明的保护范围之内。