高温气冷堆、高温气冷堆余热排出系统及其运行方法与流程

1.本发明涉及核反应堆工程技术领域，具体涉及一种高温气冷堆、高温气冷堆余热排出系统及其运行方法。


背景技术：

2.模块式高温气冷堆设计有余热排出系统，反应堆正常运行时，余热排出系统的是对反应堆舱室执行冷却功能；反应堆发生事故时，余热排出系统是将反应堆的剩余发热载出并输送至最终热阱，以保证燃料包覆颗粒、堆内构件及反应堆压力容器温度低于规定的安全限值。
3.相关技术中，余热排出系统热量载出回路为水回路，为了不影响余热排出系统非能动热量载出的能力，余热排出系统必须设置静态增压装置来为系统提供一个较高的基础压力(一般大于0.2mpa)。余热排出系统的管道设备在长期运行后存在泄露的可能，反应堆舱室内的设备、管道如果在反应堆运行期间发生泄漏，是无法立即堵漏处理的，一旦水回路发生泄漏，水淋到电气设备，导致设备跳闸或电气短路，安全性较低。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的实施例提出一种安全性高的高温气冷堆余热排出系统，本发明的实施例还提出一种运行安全性高的高温气冷堆余热排出系统的运行方法，本发明实施例还提出一种安全性高的高温气冷堆。
6.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统包括换热器、冷却器、膨胀水箱、液位检测装置、隔离阀和泄压阀，所述换热器用于设在反应堆舱室内，所述冷却器用于设在所述反应堆舱室外，所述冷却器的出液口与所述换热器的进液口通过第一管路连通，所述换热器的出液口与所述冷却器的进液口通过第二管路连通，所述膨胀水箱通过第三管路与所述第一管路和所述第二管路中的一者连通；所述液位检测装置设在所述膨胀水箱内，所述隔离阀设在所述第三管路上，所述泄压阀设在所述第一管路和所述第二管路中的一者上，所述膨胀水箱内的液位大于预设值时，所述隔离阀开启且所述泄压阀关闭，所述膨胀水箱内的液位小于等于预设值时，所述隔离阀关闭且所述泄压阀开启预设时间。
7.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统发生泄露时，高温气冷堆余热排出系统内膨胀水箱提供的静压通过泄压阀泄去，高温气冷堆余热排出系统顶部迅速形成真空，利用虹吸原理可以快速抑制高温气冷堆余热排出系统上泄露点的漏水现象，使得高温气冷堆余热排出系统第一管路和第二管路内的水从泄漏点少量流出甚至不流出。与相关技术相比，可以大大降低高温气冷堆余热排出系统发生泄漏时第一管路和第二管路内水的泄露量，可以大大降低第一管路和第二管路上发生泄露时，泄漏点的水喷淋到电气设备导致电气设备跳闸或短路的风险，安全性较高。另外，当泄漏点发生在反应堆舱室内时，能有效减少泄露在反应堆舱室内的水量，减轻水蒸发造成反应堆舱室压力升高的产生爆炸等安全问
题。
8.因此，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统具有安全性高等优点。
9.在一些实施例中，所述液位检测装置为液位开关，所述液位检测装置与所述隔离阀电信号连接，所述膨胀水箱内的液位大于预设值时，所述液位检测装置控制所述隔离阀开启，所述膨胀水箱内的液位小于等于预设值时，所述液位检测装置控制所述隔离阀关闭。
10.在一些实施例中，还包括控制系统，所述隔离阀和所述泄压阀均与所述控制系统信号连接，所述控制系统在所述隔离阀开启时控制所述泄压阀关闭，所述控制系统在所述隔离阀关闭时控制所述泄压阀开启所述预设时间。
11.在一些实施例中，所述预设时间范围为3秒-10秒。
12.在一些实施例中，所述冷却器设在所述换热器的上方，所述膨胀水箱设在所述冷却器的上方。
13.在一些实施例中，所述膨胀水箱通过第三管路与所述第一管路连通，所述泄压阀设在所述第一管路上，且所述泄压阀设在所述第一管路的最低位置处。
14.在一些实施例中，所述换热器为水冷壁，所述高温气冷堆余热排出系统还包括热水联箱和冷水联箱，所述热水联箱和所述冷水联箱均用于设在所述反应堆舱室内，所述热水联箱设在所述水冷壁的上方并分别与所述水冷壁和所述第二管路连通，所述冷水联箱设在所述水冷壁的下方并分别与所述水冷壁和所述第一管路连通。
15.在一些实施例中，还包括遮热板，所述遮热板用于设在所述反应堆舱室内，所述遮热板环绕所述换热器设置，以将所述换热器和所述反应堆舱室的舱壁隔开。
16.本发明实施例的所述的高温气冷堆余热排出系统的运行方法，包括以下步骤：
17.所述高温气冷堆余热排出系统正常工作时，所述膨胀水箱内的液位大于所述预设值，所述隔离阀开启且所述泄压阀关闭，所述冷却器内的冷却液通过第一管路进入所述换热器内以对所述反应堆舱室的内部进行冷却，所述换热器内的冷却液通过第二管路进入所述冷却器内以对从所述换热器流出的冷却液进行冷却；
18.所述高温气冷堆余热排出系统出现泄漏，且所述膨胀水箱内的液位小于等于所述预设值时，所述隔离阀关闭以使所述膨胀水箱与所述第一管路和所述第二管路断开，所述泄压阀开启预设时间以对所述第一管路和所述第二管路内的冷却液进行泄压。
19.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统的运行方法，在正常工作时，对高温气冷堆舱室进行降温；高温气冷堆余热排出系统出现泄漏时，利用虹吸原理可以快速抑制第一管路和第二管路中的水从泄漏点处流出，使第一管路和第二管路中的水只能部分从泄露点处流出甚至不流出，大大提高了本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统安全性，使得本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统的运行方法具有运行安全性高等优点。
20.本发明实施例的高温气冷堆包括反应堆舱室、反应堆和余热排出系统，所述反应堆设在所述反应堆舱室内，所述余热排出系统为上述任一项实施例中所述的高温气冷堆余热排出系统。
21.本发明实施例的高温气冷堆具有安全性高等优点。
附图说明
22.图1是本发明实施例的高温气冷堆的结构示意图。
23.附图标记：
24.高温气冷堆1000；
25.高温气冷堆余热排出系统100；
26.换热器1；
27.冷却器2；
28.膨胀水箱3；
29.反应堆4；
30.反应堆舱室5；
31.第一管路6；
32.第二管路7；
33.第三管路8；
34.液位检测装置9；
35.隔离阀10；
36.泄压阀11；
37.热水联箱12；
38.冷水联箱13；
39.空气冷却塔14；进风口1401；出风口1402；
40.遮热板15。
具体实施方式
41.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。
42.本发明实施例的高温气冷堆1000包括反应堆舱室5、反应堆4和余热排出系统，反应堆4设在反应堆舱室5内。
43.下面参照附图来详细描述本技术的高温气冷堆余热排出系统100。
44.如图1所示，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100包括换热器1、冷却器2、膨胀水箱3、液位检测装置9、隔离阀10和泄压阀11。换热器1用于设在反应堆舱室5内，冷却器2用于设在反应堆舱室5外，冷却器2的出液口与换热器1的进液口通过第一管路6连通，换热器1的出液口与冷却器2的进液口通过第二管路7连通，膨胀水箱3通过第三管路8与第一管路6和第二管路7中的一者连通。
45.液位检测装置9设在膨胀水箱3内，隔离阀10设在第三管路8上，泄压阀11设在第一管路6和第二管路7中的一者上，膨胀水箱3内的液位大于预设值时，隔离阀10开启且泄压阀11关闭，膨胀水箱3内的液位小于等于预设值时，隔离阀10关闭且泄压阀11开启预设时间。
46.膨胀水箱3通过第三管路8与第一管路6和第二管路7中的一者连通，可以理解为，膨胀水箱3通过第三管路8与第一管路6连通，或者膨胀水箱3通过第三管路8与第二管路7连通。泄压阀11设在第一管路6和第二管路7中的一者上，可以理解为，泄压阀11可以设在第一管路6上，或者泄压阀11还可以设在第二管路7上。例如，如图1所示，膨胀水箱3通过第三管路8与第一管路6连通，泄压阀11设在第一管路6上。
47.例如，如图1所示，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100在使用过程中发
生泄漏时，水会从泄漏点流出，膨胀水箱3内的水经第三管路8流入第一管路6内，从而使得膨胀水箱3内的液位下降。当膨胀水箱3内的液位下降至小于等于预设值时，隔离阀10关闭，膨胀水箱3与第一管路6断开连通，使得膨胀水箱3不再给高温气冷堆余热排出系统100提供水循环所需的静压。当隔离阀10关闭后，泄压阀11开启预设时间后再关闭，目的是为了将第一管路6和第二管路中7中由膨胀水箱3提供的的静压迅速泄掉，高温气冷堆余热排出系统100内的水在泄压时，顶部产生负压并迅速形成了真空，泄压完成后，此时整个高温气冷堆余热排出系统100从标高的最高点到标高的最低点位置只有由重力产生的静压。
48.下面分三种不同情况来详细描述本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100的抑制泄漏点泄露的工作原理。
49.第一种情况：当泄漏点位于高温气冷堆余热排出系统100标高最高点时，因为泄漏点位于高温气冷堆余热排出系统100标高最高点，泄漏点之下的水由重力产生的静压与大气压产生的静压均向下，第一管路6和第二管路7内的水无法从泄漏点流出。
50.第二种情况：当泄漏点距离高温气冷堆余热排出系统100标高最高点的距离小于等于10m时，本领域技术人员可以理解的是，一个标准大气压能支持10米高度的水柱，由于泄漏点距离高温气冷堆余热排出系统100标高最高点的距离小于等于10m，泄漏点之上的水由重力产生的静压与大气压建立平衡，在高温气冷堆余热排出系统100顶部真空形成后，第一管路6和第二管路7内的水不再经泄漏点向外继续泄露。
51.第三种情况：当泄漏点距离高温气冷堆余热排出系统100标高最高点的距离大于10m时，此时泄漏点以上的水由重力产生的静压大于一个标准大气压所能支持的水柱高度所产生的静压，在高温气冷堆余热排出系统100顶部形成了真空状态后，第一管路6和第二管路7内的水继续从泄露点处流出，直至泄漏点以上的水高度为10m时，此时泄漏点之上的水由重力产生的静压与大气压建立平衡，此时第一管路6和第二管路7内水不会再从泄漏点向外流出。
52.由此，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100发生泄露时，高温气冷堆余热排出系统100内膨胀水箱3提供的静压通过泄压阀泄去，高温气冷堆余热排出系统100顶部迅速形成真空，利用虹吸原理可以快速抑制高温气冷堆余热排出系统100上泄露点的漏水现象，使得高温气冷堆余热排出系统100第一管路6和第二管路7内的水从泄漏点少量流出甚至不流出。与相关技术相比，可以大大降低高温气冷堆余热排出系统100发生泄漏时第一管路6和第二管路7内水的泄露量，可以大大降低第一管路6和第二管路7上发生泄露时，泄漏点的水喷淋到电气设备导致电气设备跳闸或短路的风险，安全性较高。另外，当泄漏点发生在反应堆舱室5内时，能有效减少泄露在反应堆舱室5内的水量，减轻水蒸发造成反应堆舱室5压力升高的产生爆炸等安全问题。
53.因此，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100具有安全性高等优点。
54.在一些实施例中，液位检测装置9为液位开关，液位检测装置9与隔离阀10信号连接，膨胀水箱3内的液位大于预设值时，液位检测装置9控制隔离阀10开启，膨胀水箱3内的液位小于等于预设值时，液位检测装置9控制隔离阀10关闭。
55.如图1所示，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100在正常使用时，膨胀水箱3内的液位大于预设值，隔离阀10处于开启状态。当膨胀水箱3内的液位小于等于预设值时，液位开关给隔离阀10一个电信号，隔离阀10收到电信号后迅速关闭。由此，通过将液位
检测装置9设置成液位开关来控制隔离阀10的通断，使得本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100的液位检测装置9控制精度高，有利于提高液位检测装置9的工作可靠性。
56.可选地，隔离阀10为电动隔离阀或气动隔离阀。
57.在一些实施例中，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100还包括控制系统，隔离阀10和泄压阀11均与控制系统信号连接，控制系统在隔离阀10开启时控制泄压阀11关闭，控制系统在隔离阀10关闭时控制泄压阀11开启预设时间。
58.具体地，隔离阀10关闭后，隔离阀10给控制系统一个电信号，控制系统收到隔离阀10的电信号后给泄压阀11一个电信号，控制系统收到隔离阀10的电信号后控制泄压阀11开启预设时间后关闭。由此，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100，通过在隔离阀10和泄压阀11之间设置控制控制系统，便于隔离阀10和泄压阀11之间的逻辑控制。
59.在一些实施例中，预设时间范围为3秒-10秒。
60.例如，预设时间可以为8秒，也就是说泄压阀11开启8秒后再关闭。
61.可以理解的是，当预设时间设置较短时，将会导致高温气冷堆余热排出系统100内的静压没有泄放彻底，而影响后面利用虹吸原理抑制泄漏点的水流出；当预设时间设置较长时，高温气冷堆余热排出系统100内静压泄放彻底但会导致泄压阀11出水排放过多，增大设备或电气短路风险。由此，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100可以根据高温气冷堆余热排出系统100试验验证确定最佳预设时间，通过对预设时间进行合理的设置，在保证高温气冷堆余热排出系统100内的静压泄放彻底的同时，还可以有效减少高温气冷堆余热排出系统100内的水的泄放量。
62.在一些实施例中，冷却器2设在换热器1的上方，膨胀水箱3设在冷却器2的上方。
63.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100通过将冷却器2设置在换热器1的上方，有利于高温气冷堆余热排出系统100中冷却液的循环流动。通过将膨胀水箱3设置在冷却器2的上方，有利于补偿高温气冷堆余热排出系统100在运行过程中温度变化造成的水体积变化，并保持系统较为平稳的运行压力。
64.可选地，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100还包括空气冷却塔14，空气冷却塔14的下端设有进风口1401，空气冷却塔14的上端设有出风口1402。冷却器2为空冷器，空冷器设置在空气冷却塔14内，且位于进风口1401和出风口1402之间。
65.可选地，膨胀水箱3通过第三管路8与第一管路6连通，泄压阀11设在第一管路6上，且泄压阀11设在第一管路6的最低位置处。
66.如图1所示，通过将膨胀水箱3和泄压阀11均设置在第一管路6上，并使泄压阀11设在第一管路6的最低位置处，泄压阀11处的静压为膨胀水箱3的静压加上泄压阀11上方的水的重力产生的静压之和，当泄压阀11开启泄压时，有利于快速泄去高温气冷堆余热排出系统100的膨胀水箱3提供的静压，有利于高温气冷堆余热排出系统100顶部真空的快速形成，从而使得快速抑制泄漏点的水流出，进一步有利于提高本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100安全性。
67.可选地，换热器1为水冷壁，高温气冷堆余热排出系统100还包括热水联箱12和冷水联箱13，热水联箱12和冷水联箱13均用于设在反应堆舱室5内，热水联箱12设在水冷壁的上方并分别与水冷壁和第二管路7连通，冷水联箱13设在水冷壁的下方并分别与水冷壁和第一管路6连通。
68.例如，水冷壁环绕反应堆4设置，水冷壁的上端与热水联箱12连通，水冷壁的下端与冷水联箱13连通，第一管路6中的水经冷水联箱13分配流入水冷壁的流道内，并经热水联箱12汇流后流入第二管路7中。本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100通过设置热水联箱12和冷水联箱13，有利于水冷壁内的水的流入和流出，进而有利于提高本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100换热效率。
69.在一些实施例中，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100还包括遮热板15，遮热板15用于设在反应堆舱室5内，遮热板15环绕换热器1设置，以将换热器1和反应堆舱室5隔开。
70.本领域技术人员可以理解的是，反应堆舱室5一般为混凝土形成，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100通过在换热器1和反应堆舱室5之间设置遮热板15，可以大大减少反应堆4对反应堆舱室5的热辐射，有利于提高反应堆舱室5的使用寿命。
71.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100的运行方法包括以下步骤：
72.高温气冷堆余热排出系统100正常工作时，膨胀水箱3内的液位大于预设值，隔离阀10开启且泄压阀11关闭，冷却器2内的冷却液通过第一管路6进入换热器1内以对反应堆舱室5的内部进行冷却，换热器1内的冷却液通过第二管路7进入冷却器2内以对从换热器1流出的冷却液进行冷却。
73.高温气冷堆余热排出系统100出现泄漏，且膨胀水箱3内的液位小于等于预设值时，隔离阀10关闭以使膨胀水箱3与第一管路6和第二管路7断开，泄压阀11开启预设时间以对第一管路6和第二管路7内的冷却液进行泄压。
74.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100的运行方法，在高温气冷堆余热排出系统100的第一管路6和第二管路7出现泄漏时，隔离阀10关闭后，泄压阀11开启预设时间后关闭，以使高温气冷堆余热排出系统100泄去膨胀水箱3提供的静压，并使高温气冷堆余热排出系统100的顶部形成真空，使高温气冷堆余热排出系统100内只有重力产生的静压。
75.当泄漏点位于最高点时，泄漏点位于高温气冷堆余热排出系统100标高最高点，使得泄漏点之下的水由重力产生的静压与大气压产生的静压均向下，第一管路6和第二管路7内的水无法从泄漏点流出。
76.当泄漏点距离高温气冷堆余热排出系统100标高最高点的距离小于等于10m时，由于泄漏点距离高温气冷堆余热排出系统100标高最高点的距离小于等于10m，泄漏点上的水由重力产生的静压与大气压建立平衡，在高温气冷堆余热排出系统100顶部真空形成后泄漏点不再向外继续泄露，以使第一管路6和第二管路7中的水只从泄漏点处部分流出。
77.当泄漏点距离高温气冷堆余热排出系统100标高最高点的距离大于10m时，使得泄漏点以上的水由重力产生的静压大于一个标准大气压所能支持的水柱高度所产生的静压，在高温气冷堆余热排出系统100标顶部形成了真空状态后，泄漏点以上的水继续从泄露点处流出，直至泄漏点以上的水高度为10m时，泄漏点之上的水由重力产生的静压与大气压建立平衡，此时水不会再从泄漏点向外流出，从而使得第一管路6和第二管路7中的水从泄漏点处部分流出。
78.由此，本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100的运行方法，在正常工作时，对高温气冷堆1000进行降温；高温气冷堆余热排出系统100出现泄漏时，利用虹吸原理可以快速抑制第一管路6和第二管路7中的水从泄漏点处流出，使第一管路6和第二管路7中的水
只能部分从泄露点处流出甚至不流出，大大提高了本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100安全性，使得本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统100的运行方法具有运行安全性高等优点。
79.本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统具有以下优点：
80.1、本发明实施例的高温气冷堆余热排出系统利用虹吸原理抑制泄露点的水泄露，结构简单，容易实现；
81.2、当第一管路和第二管路泄漏时，可以快速抑制高温气冷堆余热排出系统的第一管路和第二管路向外界漏水；
82.3、减少了高温气冷堆余热排出系统泄露时的整体外漏量，将低了高温气冷堆余热排出系统跑水后不可预估的风险；
83.4、当泄漏点发生在反应堆舱室时，能有效降低泄露在反应堆舱室内的水量，减轻水蒸发造成反应堆舱室压力升高的后果，减轻关键设备被淋水造成的应力影响和电气短路的后果，安全性较高。
84.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。
85.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。
86.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。
87.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。
88.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。
89.尽管已经示出和描述了上述实施例，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，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。