一种高温气冷堆堆芯余热导出系统及方法与流程

1.本发明属于反应堆工程技术领域，尤其涉及一种高温气冷堆堆芯余热导出系统及方法。


背景技术：

2.高温气冷堆余热导出系统在正常运行期间执行反应堆舱室的冷却功能，和屏蔽冷却水系统一起保证反应堆舱室混凝土壁面的温度不超过设计限值；在事故停堆和主传热系统失效情况下执行余热导出功能，负责将堆芯剩余发热可靠载出反应堆舱室。余热导出系统主要包括水冷壁、空气冷却器、膨胀水箱及相应的管道和阀门组成，主要利用冷却水的自然循环原理导出堆芯余热。
3.现有技术中主要存在以下问题：1)反应堆正常功率运行期间，余热导出系统连续运行依靠导出热量的方式和屏蔽冷却水系统配合来确保反应堆舱室混凝土墙壁温度低于规定限值，而从另一个角度来看这种运行方式相当于余热导出系统消耗了一部分反应堆的功率(约占单堆热功率的千分之五)，这对堆芯来说是一种热损耗，特别是对于超高温气冷堆(堆芯出口氦气温度不低于950℃)，不利于获得较高的堆芯出口温度；2)虽然系统设计时考虑了环境温度因素，但是由于采用了水来作为冷却剂且不能添加防冻剂(考虑到传热管材料因素限制)，在余热导出系统运行时仍然存在着在极端天气情况下冷却水结冰的风险；3)水冷壁加工难度大，加工周期长，间接降低了系统的经济性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种高温气冷堆堆芯余热导出系统，利用空气自然循环冷却的原理导出堆芯余热，减少了反应堆正常功率运行期间堆芯功率的热损耗，同时简化了系统的设置，降低了系统设备加工和安装的难度，提升了系统的经济性。
5.本发明的第二个目的在于提出一种高温气冷堆堆芯余热导出方法。
6.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种高温气冷堆堆芯余热导出系统，包括：至少两列入口进风列、反应堆舱室环形热屏蔽和吸附过滤装置；所有入口进风列均包括依次连通的入口调节风阀和干燥塔，且每个入口进风列中入口调节风阀与干燥塔的连接管道上均安装有在线风量仪表；所述反应堆舱室环形热屏蔽的入口连通所有入口进风列中干燥塔的出口，所述反应堆舱室环形热屏蔽的出口分两路，一路依次连通吸附过滤装置和若干出口排风百叶窗，另一路直接连通若干出口排风百叶窗；所述反应堆舱室环形热屏蔽的出口处安装有排风气载放射性监测仪表，反应堆舱室上安装有舱室壁面温度探头。
7.本发明实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统，利用空气自然循环冷却的原理导出堆芯余热，减少了反应堆正常功率运行期间堆芯功率的热损耗，同时简化了系统的设置，降低了系统设备加工和安装的难度，提升了系统的经济性。
8.另外，根据本发明上述实施例提出的高温气冷堆堆芯余热导出系统，还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一个实施例中，所述入口进风列的数量为两列；吸附过滤装置为活性炭床。
10.在本发明的一个实施例中，所述反应堆舱室环形热屏蔽为一个设在反应堆舱室内部且与反应堆舱室内壁形成环形封闭空间的筒状壳体。
11.在本发明的一个实施例中，所述反应堆舱室环形热屏蔽为钢制筒状壳体；所述反应堆舱室环形热屏蔽与反应堆压力容器之间留有间距；所述反应堆舱室环形热屏蔽的入口和出口均延伸至反应堆舱室壁面以外。
12.在本发明的一个实施例中，所述反应堆舱室环形热屏蔽外表面在垂直方向均匀分布有若干用于散热的肋片。
13.在本发明的一个实施例中，所述反应堆舱室环形热屏蔽与反应堆压力容器同轴设置，且反应堆舱室环形热屏蔽顶部位于反应堆堆芯活性区的上方，反应堆舱室环形热屏蔽底部位于反应堆堆芯活性区的下方。
14.在本发明的一个实施例中，所述反应堆舱室环形热屏蔽的出口与吸附过滤装置的入口连接管道上安装有三通阀，所述三通阀位于排风气载放射性监测仪表和吸附过滤装置之间；所述三通阀的一个出口连通若干出口排风百叶窗，三通阀的另一个出口依次连通吸附过滤装置的入口和若干排风百叶窗；所述吸附过滤装置经隔离阀与若干出口排风百叶窗连通。
15.在本发明的一个实施例中，所述的高温气冷堆堆芯余热导出系统，还包括余热导出控制系统；所述余热导出控制系统的输入端与所有在线风量仪表、舱室壁面温度探头和排风气载放射性监测仪表连接，所述余热导出控制系统的输出端与所有入口调节风阀、隔离阀和三通阀连接。
16.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种高温气冷堆堆芯余热导出方法，包括利用如上所述的余热导出系统，在事故停堆和主传热系统失效情况下，打开所有入口调节风阀，新风从入口调节风阀进入，经过所有干燥塔干燥后进入反应堆舱室环形热屏蔽与反应堆舱室壁面所形成的封闭空间，而后根据排风气载放射性监测仪表的监测结果是否符合规定的排放标准，经过吸附过滤装置吸附过滤后或不经吸附过滤装置，从若干出口排风百叶窗排向大气，导出堆芯余热的步骤。
17.在本发明的一个实施例中，所述的高温气冷堆堆芯余热导出方法，还包括反应堆正常运行工况下，所有入口调节风阀保持在关闭状态，利用反应堆舱室环形热屏蔽与反应堆舱室壁面所形成的封闭空间内静止的空气充当反应堆舱室壁面的绝热层，与屏蔽冷却水系统配合来确保反应堆舱室壁面温度符合规定的排放标准，但不对反应堆压力容器产生冷却效应的步骤。
18.本发明实施例的高温气冷堆堆芯余热导出方法与上述高温气冷堆堆芯余热导出系统相对于现有技术的优势基本相同，在此不再赘述。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：
21.图1是根据本发明一个实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统简单结构示意图(也根据本发明一个实施例的高温气冷堆堆芯余热导出方法的流程示意图)。
22.图2是根据本发明一个实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统中反应堆舱室环形热屏蔽的结构示意图。
23.图3是根据本发明一个实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统的逻辑控制图(其中活性炭床隔离阀也即隔离阀)。
24.附图标记：
25.1-干燥塔；2-反应堆舱室环形热屏蔽；3-入口调节风阀；4-三通阀；5-出口排风百叶窗；6-隔离阀；7-在线风量仪表；8-吸附过滤装置；9-余热导出控制系统；10-舱室壁面温度探头；11-排风气载放射性监测仪表；12-反应堆压力容器；13-反应堆舱室壁面；14-反应堆舱室环形热屏蔽进风口；15-反应堆舱室环形热屏蔽排风口。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.下面结合附图来描述本发明实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统、高温气冷堆堆芯余热导出方法。
28.图1是根据本发明一个实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统简单结构示意图。
29.如图1所示，本发明实施例的高温气冷堆堆芯余热导出系统，包括：至少两列入口进风列、反应堆舱室环形热屏蔽2和吸附过滤装置8；所有入口进风列均包括依次连通的入口调节风阀3和干燥塔1，且每个入口进风列中入口调节风阀3与干燥塔1的连接管道上均安装有在线风量仪表7，用于监测自然循环风量；反应堆舱室环形热屏蔽2的入口连通所有入口进风列中干燥塔1的出口，反应堆舱室环形热屏蔽2的出口分两路，一路依次连通吸附过滤装置8和若干出口排风百叶窗5，另一路直接连通若干出口排风百叶窗5；反应堆舱室环形热屏蔽2的出口处安装有排风气载放射性监测仪表11，反应堆舱室上安装有舱室壁面温度探头10，用于监测反应堆舱室混凝土墙壁(也即图2中反应堆舱室壁面13)的实时温度。
30.可以理解的是，控制一定的风量进入不同的干燥塔，再将从各干燥塔出来的风量送入反应堆舱室环形热屏蔽进行余热导出，导出的余热经监测符合排放标准的直接通向若干出口排风百叶窗，不符合排放标准的先经吸附过滤装置处理，使其符合排放标准后再通向出口排风百叶窗。这样就可以实现利用空气自然循环冷却的原理导出堆芯余热的目的，且减少了反应堆正常功率运行期间堆芯功率的热损耗，同时简化了系统的设置，降低了系统设备加工和安装的难度，提升了系统的经济性。
31.需要说明的是，所有干燥塔的出口可以汇合后再统一与反应堆舱室环形热屏蔽的入口连通。
32.需要说明的是，在本发明的一些实施例中，若干入口进风列并列设置，且可以根据反应堆舱室环形热屏蔽余热导出所需自然风量的需求，设置入口进风列的数量。若需求量大，则应相应增加入口进风列的数量，若需求量小，则应相应减少入口进风列的数量。可选的，为了保证入口送风列的正常运行，入口进风列的数量一般设置两列。
33.可选的，在一些实施例中，如图2所示，反应堆舱室环形热屏蔽2为一个设在反应堆舱室内部且与反应堆舱室内壁形成环形封闭空间的筒状壳体。具体的，反应堆舱室内壁和反应堆舱室环形热屏蔽可以采用焊接的方式固定连接。需要说明的是，环形封闭空间不局限于几何形状上严格的横截面为环形封闭空间，反应堆舱室环形热屏蔽只要围绕反应堆舱室内壁一周，两者围成可以储存气体的封闭空间即可，也即反应堆舱室环形热屏蔽顶部和底部不局限于与水平面平行设置的，其可以有一定的倾斜角度或者设置成波浪形等等，而反应堆舱室环形热屏蔽的侧壁也不局限于于水平面垂直设置，其可以倾斜设置或成波浪状自上而下设置或采用其他结构形式。但为了加工方便，一般采用如图2所示的筒状壳体作为反应堆舱室环形热屏蔽，其筒体直径大于反应堆压力容器直径且小于反应堆舱室混凝土墙壁(也即反应堆舱室内壁)直径。
34.可选的，反应堆舱室环形热屏蔽的材质不限，只要利于热传导即可。在一些实施例中，反应堆舱室环形热屏蔽2为钢制筒状壳体。反应堆舱室环形热屏蔽2与反应堆压力容器12之间留有间距；反应堆舱室环形热屏蔽2的入口和出口均延伸至反应堆舱室壁面13以外，也即如图2中所示的反应堆舱室环形热屏蔽进风口14和反应堆舱室环形热屏蔽排风口15。需要说明的是，反应堆舱室内设有反应堆压力容器为现有技术。
35.可选的，为了更好的实现热传导，在一些实施例中，可以在反应堆舱室环形热屏蔽2外表面沿垂直方向设置若干用于散热的肋片，且最好将若干肋片设置成等间距分布的形式。
36.可选的，在一些实施例中，如图2所示，反应堆舱室环形热屏蔽2与反应堆压力容器12同轴设置，且反应堆舱室环形热屏蔽2顶部位于反应堆堆芯活性区的上方，反应堆舱室环形热屏蔽2底部位于反应堆堆芯活性区的下方。也即反应堆舱室环形热屏蔽筒体结构高度确保包络反应堆堆芯活性区高度，可为空气冷却提供流道和换热面。反应堆舱室环形热屏蔽2包围着反应堆压力容器12，经过干燥的新风从反应堆舱室环形热屏蔽进风口14进入到反应堆舱室环形热屏蔽2和反应堆舱室混凝土墙壁(也即反应堆舱室壁面13)之间的环形空间，经过加热的排风从反应堆舱室环形热屏蔽排风口15上的出口排风百叶窗5排往大气环境。
37.可选的，在一些实施例中，反应堆舱室环形热屏蔽2的出口分两路，一路依次连通吸附过滤装置8和若干出口排风百叶窗5，另一路直接连通若干出口排风百叶窗5，可以通过下述结构设置实现：反应堆舱室环形热屏蔽2的出口的连接管道上依次安装有一个气载放射性监测仪表11和一个三通阀4，三通阀4的一个出口(图1中的a向出口)通过吸附过滤装置8旁路管道连通若干出口排风百叶窗5的入口，三通阀4的另一个出口(图1中的b向出口)通过管道连通吸附过滤装置8的入口，吸附过滤装置8的出口通过管道连通若干出口排风百叶窗5的入口；吸附过滤装置8和若干出口排风百叶窗5入口之间的连通管道上安装有隔离阀6。
38.可选的，在一些实施例中，吸附过滤装置8可以采用活性炭床。若干出口排风百叶窗5的数量可以与干燥塔的数量相当，也可以不同。
39.可选的，在一些实施例中，为了实现自动控制，高温气冷堆堆芯余热导出系统还包括余热导出控制系统9；余热导出控制系统9的输入端与所有在线风量仪表7、舱室壁面温度探头热电偶10和排风气载放射性监测仪表11连接，余热导出控制系统9的输出端与所有入
口调节风阀3、隔离阀6和三通阀4连接。需要说明的是，余热导出控制系统为现有技术，其与在线风量仪表7、舱室壁面温度探头10、排风气载放射性监测仪表11、入口调节风阀3、隔离阀6和三通阀4的连接方式可以是电接线连接等。
40.需要说明的是，入口调节风阀3采用现有市售风量调节阀，在线风量仪表7采用现有市售风压风速风量仪，舱室壁面温度探头采用标准热电偶，排风气载放射性监测仪表采用市售惰性气体β监测仪，三通阀和隔离阀分别采用市售的三通阀或隔离阀。
41.本发明实施例的高温气冷堆堆芯余热导出方法(也即高温气冷堆堆芯余热导出系统的工作原理)为：
42.反应堆正常运行工况下，所有入口调节风阀保持在关闭状态，反应堆舱室环形热屏蔽12与反应堆舱室混凝土壁面(也即反应堆舱室壁面13)所形成的环形封闭空间保持着静止的空气状态，利用空气较低的导热系数，这层空气对于反应堆舱室混凝土壁面(也即反应堆舱室壁面13)来说充当了一层绝热层，与现有的屏蔽冷却水系统配合来确保反应堆舱室混凝土壁面(也即反应堆舱室壁面13)温度低于规定限值，同时由于空气处于静止状态不会产生对反应堆压力容器的冷却效应。
43.在事故停堆和主传热系统失效情况下，打开所有入口调节风阀3，新风从所有的入口调节风阀3进入，经过它们所对应入口送风列的干燥塔1干燥后进入反应堆舱室环形热屏蔽2与反应堆舱室混凝土壁面(也即反应堆舱室壁面13)所形成的环形封闭空间，而后根据排风气载放射性监测仪表11的监测结果，经过吸附过滤装置8或经过吸附过滤装置8的旁路(具体来说，当排风气载放射性探测仪表11监测值低于规定的排放限值时，三通阀a向开b向关；当排风气载放射性探测仪表11监测值高于规定的排放限值时，三通阀a向关b向开，同时打开隔离阀6，需要经过吸附过滤装置8的过滤使得排风的放射性水平低于排放限值)，从若干出口排风百叶窗5排向大气，由此形成连续的自然循环过程，以此导出堆芯余热。
44.参考图3，系统处于自动控制模式下，收到紧急停堆信号后，立即自动打开余热导出系统所有入口调节风阀3，建立起自然循环流道，当排风气载放射性监测仪表11监测值低于规定的排放限值时，三通阀a向开b向关，直接经若干出口排风百叶窗5向环境排风；当排风气载放射性监测仪表11监测值高于规定的排放限值时，三通阀a向关b向开，同时打开隔离阀6，需要经过吸附过滤装置8的过滤使得排风的放射性水平低于排放限值，才能经若干出口排风百叶窗5向环境排风。
45.参考图3，当自动模式失效的情况下，为了确保能够建立起自然循环能却，实现余热导出功能，可以切换至手动模式，在收到紧急停堆信号后，手动干预打开余热导出系统所有入口调节风阀3，建立起自然循环流道。当紧急停堆信号复位后，可以根据反应堆堆芯温度情况，关闭所有入口调节风阀3，结束余热导出过程。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。