一种核电厂冷冻水系统的制作方法

1.本实用新型涉及核技术领域，具体涉及一种核电厂冷冻水系统。


背景技术：

2.核电厂冷冻水系统是核电厂重要的辅助系统之一，在核电厂丧失热阱工况(h1工况)和全厂断电工况(sbo，stationblack out)下，核电厂冷冻水系统承担着为核电厂内重要通风系统和安注泵电机冷却器提供冷水的功能。
3.当核电厂内依赖于海水冷却的重要厂用水系统和设备的冷却水系统丧失，核电厂进入h1工况，水冷式冷水机组因失去冷却水而停机，此时，核电厂冷冻水系统通常采用风冷冷水机组为重要通风系统和安注泵电机冷却器提供冷水，同时，h1工况设计基准需考虑失去正常电源情况，风冷冷水机组需考虑加载应急柴油机；当核电厂全厂断电后，正常电源和应急柴油机电源均不可用，核电厂进入sbo工况，此时仍有部分重要通风系统有冷水需求，该工况下sbo柴油机启动，由风冷冷水机组部分模块加载sbo柴油机为重要通风系统提供冷水。
4.目前，h1工况和sbo工况下的核电厂冷冻水系统均采用风冷冷水机组提供冷水，而风冷冷水机组的能效较低，相同制冷量下的柴油机加载容量更大，不利于柴油机容量的降低。并且，在 h1工况下，风冷冷水机组是为安注泵电机冷却器提供7℃的冷水，而实际上维持安注泵正常运行的冷水温度最高可为45℃，热交换总量相同时，生产的冷水的温度越低，耗电量越大，同样不利于柴油机容量的降低，也不符合能源梯级利用的原则。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种核电厂冷冻水系统，能够在核电厂丧失热阱工况和全厂断电工况下为核电厂提供多样化冷源，有效降低核电厂中的应急柴油机和sbo柴油机的容量。
6.解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：
7.根据本实用新型的一个方面，提供一种核电厂冷冻水系统，其技术方案如下：
8.一种核电厂冷冻水系统，包括蒸发冷却式冷水机组、第一水泵、第一冷却器、第二水泵、以及第二冷却器，其中：
9.所述蒸发冷却式冷水机组包括第一冷水模块和第二冷水模块，所述第一冷水模块用于制备第一冷水，所述第二冷水模块用于制备第二冷水；
10.所述第一水泵、所述第一冷水模块、以及所述第一冷却器通过第一管道依次相连构成第一循环回路，第一冷却器为核电厂内的安注泵电机冷却器，第一循环回路用于为安注泵电机冷却器提供冷水；
11.所述第二水泵、所述第二冷水模块、以及所述第二冷却器通过第二管道依次相连构成第二循环回路，第二冷却器为核电厂内的空气处理机组冷却器，第二循环回路用于为空气处理机组冷却器提供冷水。
12.优选的是，所述第一冷水模块包括第一换热器、第一喷淋组件，所述第一换热器的入口与第一水泵相连，其出口与所述第一冷却器相连，所述第一喷淋组件设于第一换热器周围，用于将水喷淋到第一换热器上，以通过喷淋出的水与第一循环回路中流经第一换热器的水进行换热而使第一换热器制得所述第一冷水。
13.优选的是，第二冷水模块包括蒸发器、压缩机、节流装置、第二换热器、以及第二喷淋组件，所述蒸发器包括管侧和壳侧，所述管侧的入口与所述第二水泵相连，管侧的出口与所述第二冷却器相连，所述壳侧、所述节流装置、所述第二换热器、以及所述压缩机依次相连构成制冷剂回路，所述第二喷淋组件设于第二换热器周围，用于将水喷淋到第二换热器上，制冷剂回路中的制冷剂在流经蒸发器壳侧时与第二循环回路中流经蒸发器管侧的水进行蒸发换热而在蒸发器的管侧制得所述第二冷水，换热后的制冷剂经压缩机压缩后通入到第二换热器与喷淋水换热，之后经过节流装置节流后再次通入到蒸发器壳侧。
14.优选的是，第一喷淋组件包括第一集水槽、第一喷淋泵、以及第一布水器，其中，所述第一集水槽设于第一换热器的下方；第一布水器设于第一换热器的上方，并与第一集水槽相连构成第一喷淋管路，第一喷淋泵设于第一喷淋管路上，用于将第一集水槽中的水输送至第一布水器中进行喷淋；第二喷淋组件包括第二集水槽、第二喷淋泵、以及第二布水器，其中，第二集水槽设于第二换热器的下方，第二布水器设于第二换热器的上方，并与第二集水槽相连构成第二喷淋管路，第二喷淋管泵设于第二喷淋管路上，用于将第二集水槽中的水输送至第二布水器中进行喷淋；并且，所述第一集水槽和所述第二集水槽共用一个集水槽。
15.优选的是，所述第一冷水模块还包括第一风机，所述第一风机设于所述第一换热器的周围，用于在第一换热器周围形成空气流而强化第一换热器对外换热；和/或，所述第二冷水模块还包括第二风机，所述第二风机设于所述第二换热器的周围，用于在第二换热器周围形成空气流而强化第二换热器对外换热。
16.优选的是，所述第一水泵、所述第二水泵、以及所述蒸发冷却式冷水机组均设有应急柴油机作为备用电源，且所述第二水泵、所述蒸发冷却式冷水机组中的第二冷水模块还设有sbo柴油机作为备用电源；
17.所述第二冷水模块的数量为多个，多个第二冷水模块分别与第二水泵、所述第二冷却器相连。
18.优选的是，本系统还包括第一定压膨胀装置和/或第二定压膨胀装置，所述第一定压膨胀装置与所述第一管道相连通，所述第二定压膨胀装置与所述第二管道相连通。
19.优选的是，本系统还包括补水装置，所述补水装置包括储水罐、喷淋水补水管道、以及压缩气体供应管道，所述储水罐与所述第一集水槽、所述第二集水槽相连，所述喷淋水补水管道、所述压缩气体供应管道均与所述储水罐相连，喷淋水补水管道用于向第一集水槽和第二集水槽进行正常补水，压缩气体供应管道用于在正常补水功能丧失时供气，以将储存在储水罐中的水压入到第一集水槽和第二集水槽。
20.优选的是，所述储水罐与所述第一集水槽、所述第二集水槽之间的连接管道上设有浮球阀，所述浮球阀用于控制第一集水槽和第二集水槽的液位。
21.本实用新型的核电厂冷冻水系统，有益效果：
22.通过设置蒸发冷却式冷水机组，能够为核电厂提供多样化冷源，在h1工况下向通
过第一循环回路向安注泵电机冷却器提供温度相对较高的第一冷水，在h1工况和sbo工况时通过第二循环回路为空气处理机组提供温度相对较低的第二冷水。相比于第二循环回路，第一循环回路采用间接水蒸发方式制得第一冷水，第一冷水相对于第二冷水的温度要高，而维持安注泵正常运行的冷却水温度最高可为45℃，这样在满足安注泵电机冷却器使用的前提下，可以降低能耗，有效利用自然冷源，符合能源梯度利用原则。并且，相比于风冷换热，第二循环回路采用蒸发压缩式制冷循环制取第二冷水，换热效率高，能效比高，可以进一步降低能耗。而上述能耗的降低了，也就意味着可以降低核电厂内应急柴油机和sbo柴油的容量。
23.同时，通过将蒸发冷却式冷水机组中的第二冷水模块设置为多个，可以解决sbo工况下，柴油机加载初期供电量不足的问题，根据冷量的需求加载对应的第二冷水模块的数量，在满足工况下多样化冷源需求的同时，进一步降低柴油机容量。
24.另外，本系统结构简单，既可以应用于新堆型的核电厂设计，也可以应用于已有堆型的核电厂设计优化、技术改造，节省核电厂的建造成本。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例中核电厂冷冻水系统的结构简图；
26.图2为本实用新型实施例中核电厂冷冻水系统的结构详图。
27.图中：1-第二水泵；2-第二定压膨胀装置；3-第二冷却器； 4-调节阀；5-蒸发冷却式冷水机组；6-第一水泵；7-第一冷却器； 8-第一定压膨胀装置；9-压缩机；10-节流装置；11-蒸发器；12-旁通管路；13-第二风机；14-第一风机；15-第一换热器 16-第二换热器；17-第一布水器；18-第二布水器；19-第一喷淋泵；20-集水槽；21-第二喷淋泵；22-补水装置；23-储水罐； 24-止回阀；25-浮球阀；26-第二阀门；27-第一阀门；28-第一管道；29-第二管道；30-进水管道。
具体实施方式
28.为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者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一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连
接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.实施例1
33.如图1所示，本实施例公开一种核电厂冷冻水系统，其包括蒸发冷却式冷水机组5、第一水泵6、第一冷却器7、第二水泵1、以及第二冷却器3，其中：
34.蒸发冷却式冷水机组5包括第一冷水模块和第二冷水模块，第一冷水模块用于制备第一冷水，第二冷水模块用于制备第二冷水；第一水泵6、第一冷水模块、以及第一冷却器7通过第一管道 28依次相连构成第一循环回路，第一冷却器7为核电厂内的安注泵电机冷却器，第一循环回路用于为安注泵电机冷却器提供冷水；第二水泵1、第二冷水模块、以及第二冷却器3通过第二管道29 依次相连构成第二循环回路，第二冷却器3为核电厂内的空气处理机组冷却器，第二循环回路用于为空气处理机组冷却器提供冷水。
35.当核电厂发生h1工况时，通过第一循环回路制得的第一冷水为核电厂中的安注泵电机提供冷源，并且，还可通过第二循环回路制得的第二冷水为核电厂中的空气处理机组提供冷源；当核电厂发生h1工况和sbo工况时，通过第二循环回路制得的第二冷水为核电厂中的空气处理机组提供冷源。
36.需要说明的是，本实施例系统中的第一冷却器7除了可以为核电厂内的安注泵电机冷却器，第二冷却器3除了可以为核电厂内的空气处理机组冷却器，两者还可以分别为核电厂中需要冷水的其他设备，比如，一些在h1工况下仍需运行的重要通风系统的冷却设备，而不限于安注泵电机冷却器和空气处理机组冷却器。并且，第一冷却器7和第二冷却器3的数量可以是一个，也可以是多个，这里不再一一赘述。
37.在一些实施方式中，如图2所示，第一冷水模块采用间接水蒸发冷却原理制备第一冷水，其包括第一换热器16、第一喷淋组件，其中：第一换热器16的入口与第一水泵6相连，其出口与第一冷却器7相连，第一喷淋组件设于第一换热器16周围，用于将水喷淋到第一换热器16上，通过喷淋出的水与第一循环回路中流经第一换热器16的水进行换热而使第一换热器16制得所述第一冷水。
38.具体来说，第一喷淋组件可以包括第一集水槽、第一喷淋泵 19、以及第一布水器18，其中：第一集水槽设于第一换热器16的下方；第一布水器18设于第一换热器16的上方，并与第一集水槽相连构成第一喷淋管路，第一喷淋泵19设于第一喷淋管路上，用于将第一集水槽中的水输送至第一布水器中进行喷淋。
39.在一些实施方式中，第一冷水模块还可以包括第一风机14，第一风机14设于第一换热器16的周围，用于在第一换热器周围形成空气流而强化第一换热器对外换热。
40.具体来说，第一风机14可设于第一换热器16上方的第一布水器18的上方，当第一布水器18喷淋出的水落到第一换热器16 上后，在第一换热器16的表面形成一层水膜，通过第二风机形成的空气流掠过第一换热器表面而使水膜快速蒸发，从而强化第一换热器对外换热，达到快速降温冷却的目的。
41.在一些实施方式中，如图2所示，第二冷水模块蒸汽压缩式制冷原理制备第二冷水，其包括蒸发器11、压缩机9、节流装置 10、第二换热器15、以及第二喷淋组件，其中：蒸发
器11包括管侧和壳侧，管侧的入口与第二水泵1相连，管侧的出口与第二冷却器3相连，壳侧、节流装置10、第二换热器15、压缩机9依次相连构成制冷剂回路；第二喷淋组件设于第二换热器15周围，用于将水喷淋到第二换热器15上。制冷剂回路中的制冷剂在流经蒸发器11壳侧时与第二循环回路中流经蒸发器11管侧的水进行蒸发换热，使得在蒸发器11的管侧制得所述第二冷水，换热后的制冷剂经压缩机9压缩后通入到第二换热器15与第二喷淋组件喷淋出的喷淋水换热，之后经过节流装置10节流后再次通入到蒸发器壳侧再次用于与第二循环回路中流经蒸发器11管侧的水进行蒸发换热。
42.具体来说，第二喷淋组件可以包括第二集水槽、第二喷淋泵 21、以及第二布水器17，其中：第二集水槽设于第二换热器15的下方，第二布水器17设于第二换热器15的上方，并与第二集水槽相连构成第二喷淋管路，第二喷淋管泵21设于第二喷淋管路上，用于将第二集水槽中的水输送至第二布水器17中进行喷淋。第二循环回路上还设有旁通管路12，旁通管路2与第二冷却器3并联设置，在两者的上游入口处设有调节阀4。
43.第二冷水模块的数量可以是多个，多个第二冷水模块分别与第二水泵1、第二冷却器3相连，即第二循环回路具有多个蒸汽压缩式制冷循环模块，并且，各第二冷水模块既可以单独运行，也可以一起运行两个以上，具体可根据第二冷区器对冷量的需求进行选择。
44.本实施例中，如图2所示，第二冷水模块的数量优选为四个，即第二循环回路具有四个蒸汽压缩式制冷循环模块，第一集水槽和第二集水槽可共用一个集水槽20。
45.在一些实施方式中，第二冷水模块还可以包括第二风机13，第二风机13设于第二换热器15的周围，用于在第二换热器15周围形成空气流而强化第二换热器15对外换热。
46.具体来说，第二风机13可设于第二换热器15上方的第二布水器17的上方，当第二布水器17喷淋出的水落到第二换热器15 上后，在第二换热器15的表面形成一层水膜，通过第二风机形成的空气流掠过第二换热器表面而使水膜快速蒸发，从而强化第二换热器对外换热，达到快速降温冷却的目的。
47.在一些实施方式中，第一水泵6、第二水泵1、以及蒸发冷却式冷水机组5均设有应急柴油机作为备用电源，并且，第二水泵1、蒸发冷却式冷水机组5中的第二冷水模块(具体包括压缩机9、第二喷淋泵21等等)还设有sbo柴油机作为备用电源。
48.在一些实施方式中，本系统还包括第一定压膨胀装置8和/或第二定压膨胀装置2，其中：第一定压膨胀装置8与第一管道28 相连通，用于对第一循环回路定压补水；第二定压膨胀装置2与第二管道29相连通，用于对第二循环回路定压补水。
49.在一些实施方式中，本系统还包括补水装置22，补水装置22 包括储水罐23、喷淋水补水管道、以及压缩气体供应管道，储水罐23与第一集水槽、第二集水槽通过进水管道30相连，喷淋水补水管道、压缩气体供应管道均与储水罐23相连，其中，储存罐 23用于储存水，喷淋水补水管道用于向第一集水槽和第二集水槽进行正常补水，压缩气体供应管道用于在正常补水功能丧失时供气，以将储存在储水罐中的水压入到第一集水槽和第二集水槽。
50.具体来说，喷淋水补水管道上设有止回阀24，进水管道30 上设有第一阀门27，压缩气体供应管道上设有第二阀门26，第一阀门27、第二阀门26优选采用电动阀。在正常工况时，即喷淋水正常补充功能完好时，打开第一阀门27，关闭第二阀门26，水经喷淋水补水管道、止回阀24、储水罐23、第一阀门27进入第一集水槽和第二集水槽，以补充喷淋用水；当喷
淋水正常补水功能丧失时，打开第一阀门27和第二阀门26，通过压缩气体供应管道向储水罐23通入压缩气体(如压缩空气)，利用压缩气体的压力作为动力将预先储存在储水罐中的水输送至第一集水槽和第二集水槽，以补充喷淋用水。储水罐23的容量应大于等于正常补水功能丧失期间蒸发冷却式冷水机组的喷淋水耗量。
51.在一些实施方式中，储水罐23与第一集水槽、第二集水槽的连接管道(即进水管道30)上设有浮球阀25，浮球阀用于控制第一集水槽和第二集水槽的液位，以确保第一喷淋泵和第二喷淋泵具备正常运行条件。
52.在一些实施方式中，蒸发冷却式冷水机组5、第一水泵6、第二水泵1、第一定压膨胀装置8、第二定压膨胀装置2、以及补水装置22均优选为抗震设备，以提高系统可靠性和安全性。
53.下面对本实施例的核电厂冷冻水系统的工作过程进行详述，具体如下：
54.当核电厂进入h1工况时，首先开启第一阀门27，向集水槽 22(第一集水槽和第二集水槽)中供水，使集水槽内的水位达到第一喷淋泵的正常运行所需的水位，之后，启动第一喷淋泵19，将集水槽中的水分别输送至第一布水器18进行喷淋，并启动第一风机14、第一水泵6，通过第一循环回路间接水蒸发换热制得温度相对较高的第一冷水给安注泵电机冷却器(第一冷却器7)使用，并且，还可以启动第二喷淋泵21、第二风机13、第二水泵1、以及压缩机9，通过第二循环回路蒸发压缩式制冷循环制得的温度相对较低的第二冷水给空气处理机组冷却器(即第二冷却器3)使用；
55.当核电厂进入h1工况和sbo工况时，首先开启第一阀门27，向集水槽22(第二集水槽)中供水，使集水槽内的水位达到第二喷淋泵的正常运行所需的水位，之后，启动第二喷淋泵21，将集水槽中的水分别输送至第二布水器17进行喷淋，并启动第二风机 13、第二水泵1、以及压缩机9，通过第二循环回路蒸发压缩式制冷循环制得的温度相对较低的第二冷水给空气处理机组冷却器 (即第二冷却器3)使用。
56.本实施例的核电厂冷冻水系统，通过设置蒸发冷却式冷水机组，能够为核电厂提供多样化冷源，在h1工况下向通过第一循环回路向安注泵电机冷却器提供温度相对较高的第一冷水，在h1工况和sbo工况时通过第二循环回路为空气处理机组提供温度相对较低的第二冷水。相比于第二循环回路，第一循环回路采用间接水蒸发方式制得第一冷水，第一冷水相对于第二冷水的温度要高，而维持安注泵正常运行的冷却水温度最高可为45℃，这样在满足安注泵电机冷却器使用的前提下，可以降低能耗，有效利用自然冷源，符合能源梯度利用原则。并且，相比于风冷换热，第二循环回路采用蒸发压缩式制冷循环制取第二冷水，换热效率高，能效比高，可以进一步降低能耗。而上述能耗的降低了，也就意味着可以降低核电厂内应急柴油机和sbo柴油的容量。同时，通过将蒸发冷却式冷水机组中的第二冷水模块设置为多个，可以解决 sbo工况下，柴油机加载初期供电量不足的问题，根据冷量的需求加载对应的第二冷水模块的数量，在满足工况下多样化冷源需求的同时，进一步降低柴油机容量。另外，本系统结构简单，既可以应用于新堆型的核电厂设计，也可以应用于已有堆型的核电厂设计优化、技术改造，节省核电厂的建造成本。
57.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实
用新型的保护范围。