一种压水堆堆腔温度监测系统的制作方法

1.本发明属于压水堆核电技术领域，具体涉及一种压水堆堆腔温度监测系统。


背景技术：

2.日本福岛核事故后，核电厂严重事故的管理受到了更多关注，在核电厂的设计中也加强了严重事故管理的理念。反应堆发生堆芯熔化的严重事故后，堆芯熔融物掉入反应堆压力容器下封头，如果高温熔融物进一步熔化压力容器下封头，熔融物将与堆坑混凝土结构发生化学反应，破坏安全壳的完整性；并且由于该反应会生成大量不可凝气体，存在安全壳内爆炸隐患，可能造成大量放射性物质外泄的严重后果。因此，如何在严重事故后保持压力容器下封头的完整性并避免熔融物坠入堆坑地面，是缓解严重事故并且避免大量放射性物质外泄的关键。
3.法国epr堆型和俄罗斯vver堆型采用了熔融物容器外滞留(inside vessel retention,ivr)的缓解策略，即在压力容器下封头和堆腔混凝土地面之间设置一个专用于滞留堆芯熔融物的装置，名为堆芯捕集器，用以防止堆芯熔融物坠入堆坑区域。美国ap1000堆型和中国的华龙一号堆型则采用了另外一种解决方案即设置堆腔注水冷却系统，用于在反应堆发生严重事故后向堆腔注水，以冷却压力容器下封头以及堆芯熔融物。
4.在这一事故序列中，如何有效监测压力容器下封头的完整性，以及判断堆腔注水策略实施的成效，也成为了严重事故管理中需要重点关注的问题。由于国外三代堆型只关注堆腔熔融物的滞留，但无法判断严重事故发展进程，也无法获悉压力容器下封头是否熔穿的信息，因此无法为有效监管或防止事故发生提供全面可靠的技术支撑。


技术实现要素：

5.针对未设置堆腔状态监测仪表的压水堆核电厂而言，当发生堆芯熔化的严重事故后，仅能通过堆芯出口热电偶提供堆芯开始熔化的信号，但无法判断严重事故发展进程，也无法获悉压力容器下封头是否熔穿的信息，因此当压力容器下封头熔穿后，将发生堆芯熔融物与堆坑底部混凝土的化学反应释放大量氢气，存在氢爆和大量放射性物质向环境释放的严重后果。而当设置了堆芯注水冷却系统用于缓解严重事故恶劣后果的压力堆核电厂而言，如果没有堆腔状态监测仪表，也难以探知堆腔注水策略的实施效果，导致相关人员无法及时有效给出应对措施。基于此本发明提供了一种压水堆堆腔温度监测系统，本发明能够实现全面监测堆腔状态。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种压水堆堆腔温度监测系统，包括压力容器组件、温度测量组件和信号处理设备；
8.所述温度测量组件包括设置于压力容器组件的压力容器下封头外壁面的下封头壁温测量组件、设置于由压力容器下封头与保温层构成的堆腔流道内的堆腔水温测量组件、以及设置于堆腔流道出口的堆腔出口水温测量组件；
9.所述温度测量组件将产生的热电动势传递给信号处理设备，完成温度测量。
10.优选的，本发明的压力容器组件包括压力容器、以及从内向外依次设置在所述压力容器外侧的保温层和堆腔生物屏蔽墙；
11.所述压力容器外壁面与保温层之间构成堆腔。
12.优选的，本发明的下封头壁温测量组件包括设置在所述压力容器的下封头外壁面的1～8支热电偶温度计；
13.1～8支所述热电偶温度计采用铠装k型或n型热电偶温度计；
14.所述下封头壁温测量组件用于测量所述压力容器的下封头外壁面温度。
15.优选的，本发明的下封头壁温测量组件中的热电偶温度计通过等温块与所述压力容器的下封头外壁面连接。
16.优选的，本发明的堆腔水温测量组件包括设置在所述压力容器的下封头外侧位置的1～4支热电偶温度计；
17.1～4支所述热电偶温度计采用铠装k型或n型热电偶温度计；
18.所述堆腔水温测量组件用于测量所述堆腔流道内的介质温度。
19.优选的，本发明的堆腔水温测量组件的热电偶温度计通过所述保温层上设置的导向管伸入所述堆腔内，完成介质温度测量。
20.优选的，本发明的堆腔出口水温测量组件包括设置在所述压力容器的竖直筒体段顶部堆腔出口位置的1～4支热电偶温度计；
21.1～4支所述热电偶温度计采用铠装k型或n型热电偶温度计；
22.所述堆腔出口水温测量组件用于测量堆腔注水冷却水冲出堆腔流道的冷却水温度。
23.优选的，本发明的堆腔出口水温测量组件的热电偶温度计通过所述压力容器支承面上的导向管伸入所述堆腔出口，完成冷却水温度测量。
24.优选的，本发明的下封头壁温测量组件、堆腔水温测量组件和堆腔出口水温测量组件中的热电偶温度计均通过机械贯穿件贯穿所述堆腔生物屏蔽墙；
25.所述机械贯穿件实现所述热电偶温度计贯穿所述堆腔生物屏蔽墙的导向，并保持所述堆腔生物屏蔽墙的生物屏蔽功能。
26.优选的，本发明的系统还包括设置在堆腔生物屏蔽墙外侧的接线箱；
27.所述接线箱中容纳电气连接器，所述电气连接器实现所述温度测量组件中所有热电偶温度计和连接电缆之间信号的连接；
28.所述连接电缆包括安全壳内连接电缆和安全壳外连接电缆；
29.所述安全壳内连接电缆和安全壳外连接电缆通过安全壳上的电气贯穿件连接；
30.所述安全壳外连接电缆最终将热电偶温度计产生的热电动势传递给所述信号处理设备。
31.本发明具有如下的优点和有益效果：
32.本发明可实现压力容器下封头是否熔穿的状态监测、堆腔注水策略是否投入成功的状态监测以及堆腔注水策略是否成功保持了下封头完整性的状态监测等堆腔状态全面监测。
33.本发明能够监测严重事故发展进程，为严重事故后压力容器状态判断提供了充分
全面的数据支撑，便于相关人员能够给出有效应急措施，对于提升核电厂安全性有着重要意义。
附图说明
34.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
35.图1为本发明的监测系统结构示意图。
36.图2为本发明的堆腔温度监测测点分布示意图。
37.附图中标记及对应的零部件名称：
38.1-压力容器，2-压力容器支承，3-竖直筒体段，4-下封头，5-堆腔，6-保温层，7-堆腔生物屏蔽墙，8-下封头壁温测量组件，9-堆腔水温测量组件，10-堆腔出口水温测量组件，11-热电偶温度计，12-机械贯穿件，13-接线箱，14-安全壳内连接电缆，15-电气贯穿件，16-安全壳，17-安全壳外连接电缆。
具体实施方式
39.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
40.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
41.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
42.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
43.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义
相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
45.实施例
46.如图1-2所示，本实施例提供了一种压水堆堆腔温度监测系统，包括压力容器组件、温度测量组件和信号处理设备。
47.其中，压力容器组件包括压力容器1、以及从内向外依次设置在压力容器1外侧的压力容器保温层6和堆腔生物屏蔽墙7。
48.压力容器1外壁面与压力容器1的保温层6之间构成堆腔5。
49.压力容器1通过压力容器支承2安装在堆腔生物屏蔽墙7内。
50.温度测量组件包括设置于压力容器1的下封头4壁面的下封头壁温测量组件8、设置于堆腔5内的堆腔水温测量组件9、设置于堆腔出口的堆腔出口水温测量组件10。
51.温度测量组件均采用热电偶温度计11，在堆腔生物屏蔽墙7和安全壳16的侧壁均设置有信号传输通路，用于将热电偶温度计11产生的热电动势传递给设置在安全壳16外侧的信号处理设备完成冷端补偿实现绝对温度的测量。
52.为了保持热电偶温度计11穿过堆腔生物屏蔽墙7，采用机械贯穿件12贯穿堆腔生物屏蔽墙7，该机械贯穿件12可实现热电偶温度计11贯穿堆腔生物屏蔽墙7的导向，并保持该墙体的生物屏蔽功能。
53.在堆腔生物屏蔽墙7外侧设置接线箱13，接线箱13中容纳电气连接器，连接器实现热电偶温度计11和连接电缆之间信号的连接。连接电缆分为两个部分，安全壳内连接电缆14和安全壳外连接电缆17，两部分通过安全壳补偿型电气贯穿件15连接。安全壳外连接电缆17最终将热电偶温度计产生的热电动势传递给信号处理设备，最终完成温度测量。
54.本实施例通过设置在堆腔不同位置的多支热电偶温度计及其安装附件，实现严重事故后堆芯熔融物掉入压力容器下封头的状态监测、压力容器损坏的状态监测、堆腔注入冷却水是否淹没压力容器下封头和竖直筒体段的状态监测。本实施例可全面掌握严重事故发生后堆腔状态的变化情况，为核电厂安全性能提升有较强的支撑作用。
55.本实施例对堆腔不同位置的热电偶温度计及其安装附件进行具体说明。
56.(1)下封头壁温测量组件8及其安装附件
57.本实施例的下封头壁温测量组件8用于测量压力容器1的下封头4外壁面温度，包括在压力容器1的下封头45
°
位置设置1～4支热电偶温度计、在压力容器1的下封头60
°
位置设置1～4支热电偶温度计。这些热电偶温度计通过设置在压力容器1的下封头4外壁面上的等温块实现壁面温度测量。
58.由于严重事故发生后，堆腔温度较高，为了保证测量有效性，本实施例选用铠装k型或n型热电偶温度计实现温度测量。由于外壁温度测点很小，且固体传热较快，为了实现准确的测量，使用等温块来维持测量点处的温度均衡，等温块使用焊接的方式固定在压力容器外壁面上。为了实现热电偶温度计测量端部和等温块的紧密接触，使用连接卡套完成热电偶温度计和等温块之间的连接。为了防止反应堆运行期间热电偶温度计的热膨胀导致
热电偶承受过高应力，以及避免反应堆运行期间的热位移和振动对热电偶温度计结构造成损伤，因此热电偶温度计在进入测量区域(即进入压力容器保温层)后采用膨胀环来抵消热应力、热位移和振动的影响。为了便于热电偶温度计的安装和拆卸，在压力容器保温层上设置观察窗，该观察窗和热电偶温度计穿入压力容器保温层的孔洞之间保持预设的距离，并尽可能的正对等温块，以方便操作。
59.本实施例的下封头壁温测量组件8可实现如下监测：
60.a)压力容器破损前压力容器外壁温度监测，可用于探测潜在的堆芯熔融物掉落；b)压力容器外壁是否破损的状态监测；c)堆腔注水冷却策略启动后，压力容器外壁面冷却程度的监测。
61.(2)堆腔水温测量组件9及其安装附件。
62.本实施例的堆腔水温测量组件9用于测量压力容器1的下封头4与保温层6之间构成的堆腔流道内的介质温度，包括在压力容器1的下封头60
°
位置设置的1～4支热电偶温度计。这些热电偶温度计通过保温层上的导向管伸入上述堆腔5内，完成介质温度测量。
63.由于严重事故发生后，堆腔温度较高，为了保证测量有效性，本实施例选用铠装k型或n型热电偶温度计实现温度测量。在压力容器保温层上设置导向管，用于热电偶温度计进入保温层后的固定、支撑和导向。为了确保热电偶温度计和导向管之间连接的可靠性，使用连接卡套实现二者之间的连接。
64.本实施例的堆腔水温测量组件9能够实现如下监测：
65.a)压力容器外壁破损后，探测可能的熔融物掉落，以及堆腔区域空气温度的升高；b)堆腔注水冷却策略启动后，堆腔流道的冷却状态监测；c)为堆腔水位测量仪表提供密度补偿计算所用的温度信号。
66.(3)堆腔出口水温测量组件10及其安装附件。
67.本实施例的堆腔出口水温测量组件10用于测量堆腔注水冷却水冲出堆腔流道的冷却水温度，包括在压力容器1的竖直筒体段3顶部堆腔出口设置的1～4支热电偶温度计。这些热电偶温度计通过压力容器支承面上的导向管伸入堆腔出口，完成冷却水温度测量。
68.在设置了堆腔注水冷却系统的压水堆核电厂中，在压力容器保温层竖直筒体段顶部均设置了汽水排放口(即堆腔出口)，用于堆腔注水冷却策略启动后，注入的冷却水流出，保持堆腔内流道的畅通，提高冷却压力容器的效率。由于严重事故发生后，堆腔温度较高，为了保证测量有效性，选用铠装k型或n型热电偶温度计实现温度测量。由于压力容器支承内环正对压力容器保温层汽水排放口，因此热电偶温度计固定在压力容器支承面上，使用导向管实现在压力容器支承面上的固定、支承和导向，使用螺栓和固定夹等安装附件实现导向管在压力容器支承面上的固定。
69.本实施例的堆腔出口水温测量组件可实现如下监测：堆腔注水冷却策略启动后，堆腔流道已注满冷却水的状态监测。
70.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。