一种反应堆的衰变热排出系统

1.一种反应堆的衰变热排出系统，其特征在于：它包含一个置于压力容器(2)内并且位于反应堆堆芯(1)上方的堆内热交换器(3)，以及一套连接堆内热交换器(3)并提供循环水的二次回路系统；
所述的二次回路系统设置在压力容器(2)外，包括一个与堆内热交换器(3)通过管路串联的堆外热交换器(7)；
所述的堆内热交换器(3)为管壳式热交换器，壳侧走反应堆冷却剂，管侧的出口和入口分别通过出口管线(4)和入口管线(12)与堆外热交换器(7)的入口和出口连接构成二次回路；
所述的堆内热交换器(3)为“肾型”结构，包括弧形的内壁(16)、弧形的外壁(18)、两个半圆形的侧壁一(22)和侧壁二(23)、扇形的顶盖(24)；在内壁(16)、外壁(18)、侧壁一(22)和侧壁二(23)形成的空腔内布置传热管组(19)；
在顶盖(24)一端上设有二次侧入口接管(14)，二次侧入口接管(14)连通传热管组(19)与侧壁一(22)之间形成的入口水室(21)；在顶盖(24)另一端上设有二次侧出口接管(17)，二次侧出口接管(17)连通传热管组(19)与侧壁二(23)之间形成的出口水室(20)；
在顶盖(24)的中间设有一次侧冷却剂入口接管(15)；
二次侧入口接管(14)穿过压力容器并且焊接在压力容器(2)上，另一端连接入口管线(12)；二次侧出口接管(17)穿过压力容器且焊接在压力容器(2)上，另一端连接出口管线(4)；
所述的传热管组(19)包括多根相同形状的弧形管，以及两侧管板；
一次侧冷却剂入口接管(15)与压力容器(2)内的吊篮连接，该连接处设置止回阀。
2.根据权利要求1所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其特征在于：所述的入口管线(12)与循环水泵(11)通过管路并联。
3.根据权利要求2所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其特征在于： 在循环水泵(11)管路上设置控制阀二(10)，控制阀二(10)是常开失效关阀门；所述的入口管线(12)上设置有与循环水泵(11)并联的止回阀(13)。
4.根据权利要求1所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其特征在于：二次回路运行于低压工况3MPa以下。

一种反应堆的衰变热排出系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及核电站反应堆的安全系统设计领域，特别涉及一种小型反应堆的非能动堆芯衰变热排出系统。\n背景技术\n[0002] 反应堆在正常停堆或事故停堆后，必须通过有效的措施将衰变热（或称余热）排出堆芯，否则堆芯和压力边界将因超温超压而损坏。一般，正常停堆时的余热排出渠道和事故时的余热排出渠道是各自独立的，前者称为停堆冷却系统或正常余热排出系统，后者称为应急冷却系统或余热排出系统。\n[0003] 停堆冷却系统主要在核电厂冷却第二阶段带走堆芯和冷却剂系统的余热和显热。\n冷却第二阶段指冷却剂系统的温度降到180℃以下、压力降到3MPa以下的低温低压工况。\n停堆冷却系统必须工作在冷却第二阶段，那是因为其泵、阀门、热交换器的设计压力和设计温度处于低温低压工况。\n[0004] 应急冷却系统的设计在二代反应堆和三代反应堆中差别很大。\n[0005] 二代反应堆（如大亚湾核电站、秦山一期核电站等）在事故工况下利用辅助给水系统向蒸汽发生器应急供水，排出堆芯余热直至达到正常余热排出系统投入的运行条件。\n[0006] 三代反应堆（如三门核电站）在事故工况下，利用放置在换料水箱中的余排热交换器排出堆芯余热。具体地说，该余排热交换器和冷却剂系统相连，其入口管线与冷却剂系统热管段相连接，其出口管线与蒸汽发生器下封头冷腔室相连接，从而余排热交换器与冷却剂系统的热管段和冷管段组成了一个非能动余热排出的自然循环回路。\n[0007] 简而言之，二代电站在事故下的余热排出依靠外部电源提供动力，蒸汽发生器作为传热渠道；三代电站在事故下的余热排出依靠自然循环动力，专设的余排热交换器作为传热渠道。\n[0008] 就事故下余热排出而言，三代电站的非能动余排系统要优于二代电站依靠辅助给水提供的余热排出渠道。因为前者一方面是专设安全系统，另一方面不需要外部动力，因此系统的可靠性更高。\n[0009] 然而三代电站的非能动余排系统也有缺陷：在发生冷却剂系统破口而导致的失水事故中，由于冷却剂急速降压而闪蒸，使余排系统的自然循环流量急剧下降，从而不可用。\n因此在三代电站的破口事故分析中，可以不考虑非能动余排系统对堆芯的冷却贡献。\n发明内容\n[0010] 本发明的目的在于提供一种能够在正常停堆时和事故下有效导出堆芯衰变热的反应堆的衰变热排出系统。\n[0011] 实现本发明目的的技术方案：一种反应堆的衰变热排出系统，其包含一个置于压力容器内并且位于反应堆堆芯上方的的堆内热交换器，以及一套连接堆内热交换器并提供循环水的二次回路系统；所述的二次回路系统设置在压力容器外，包括一个与堆内热交换器通过管路串联的堆外热交换器；所述的堆内热交换器为管壳式热交换器，壳侧走反应堆冷却剂，管侧的出口和入口分别通过出口管线和入口管线与堆外热交换器的入口和出口连接构成二次回路。\n[0012] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其所述的入口管线与循环水泵通过管路并联。\n[0013] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其所述的循环水泵在管路上设有控制阀二，控制阀二是常开失效关阀门；所述的入口管线上设置有与循环水泵并联的止回阀。\n[0014] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其二次回路运行于低压工况3MPa以下。\n[0015] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其所述的堆内热交换器为“肾型”结构，包括弧形的内壁、弧形的外壁、两个半圆形的侧壁一和侧壁二、扇形的顶盖；在内壁、外壁、侧壁一和侧壁二形成的空腔内布置传热管组；在顶盖一端上设有二次侧入口接管，二次侧入口接管连通传热管组与侧壁一之间形成的入口水室；在顶盖另一端上设有二次侧出口接管，二次侧出口接管连通传热管组与侧壁二之间形成的出口水室；在顶盖的中间设有一次侧冷却剂入口接管。\n[0016] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其二次侧入口接管穿过压力容器并且焊接在压力容器上，另一端连接入口管线；二次侧出口接管穿过压力容器且焊接在压力容器上，另一端连接出口管线。\n[0017] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其所述的传热管组包括多根相同形状的弧形管，以及两侧管板。\n[0018] 如上所述的一种反应堆的衰变热排出系统，其一次侧冷却剂入口接管与压力容器内的吊篮连接，该连接处设置止回阀。\n[0019] 本发明的效果在于：\n[0020] 本发明提供的衰变热排出系统，将堆内热交换器置于压力容器内，冷却剂通过冲刷堆内热交换器将热量传递给二次回路。二次回路属于低压回路，通过连接一个低压的堆外热交换器将热量传给最终热阱。由于堆外热交换器中的循环水不属于冷却剂系统，因此堆外热交换器可以置于安全壳外，这一点对于小型安全壳有较大的价值。此外，在二次回路中并联一个低压循环泵，即可在电源有效时提供循环动力。因为并联了循环泵，该系统又可作为正常余热排出系统使用。另外，在发生破口事故时，由于二次回路依然是封闭回路，所以可以有效工作，承担破口事故时的余热排出功能。\n[0021] 本发明提出的衰变热排出系统，能够在正常停堆时和事故下有效导出堆芯衰变热；能够在冷却剂系统完整时和冷却剂系统破口时有效导出堆芯衰变热。该衰变热排出系统的二次回路运行于低压工况，从而减少高压回路和设备。该衰变热排出系统的堆外热交换器可以置于安全壳外，从而不必在安全壳内放置冷却水源，极大地节省安全壳空间。该衰变热系统的堆内热交换器能极大地利用压力容器内空间，且流动阻力小，支撑结构简单。\n附图说明\n[0022] 图1为本发明所述的反应堆衰变热排出系统示意图；\n[0023] 图2为本发明所述的堆内热交换器示意图；\n[0024] 图3图2的剖视图。\n[0025] 图中：1-反应堆堆芯；2-压力容器；3-堆内热交换器；4-出口管线；5-控制阀一；6-止回阀；7-堆外热交换器；8-给水入管；9-给水出管；10-控制阀二；11-循环水泵；\n12-入口管线；13-止回阀；14二次侧入口接管；15-一次侧冷却剂入口接管；16-内壁；\n17-二次侧出口接管；18-外壁；19-传热管组；20-出口水室；21-入口水室；22-侧壁一；\n23-侧壁二；24-顶盖。\n具体实施方式\n[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种反应堆的衰变热排出系统作进一步描述。\n[0027] 如图1所示，本发明所述的一种反应堆的衰变热排出系统包含一个置于压力容器\n2内、位于反应堆堆芯1上方的堆内热交换器3，以及一套连接堆内热交换器3并提供循环水的二次回路系统；\n[0028] 所述的二次回路系统设置在压力容器2外，包括一个与堆内热交换器3通过管路串联的堆外热交换器7，利用自然循环动力将衰变热通过堆外热交换器7排到最终热阱。该堆外热交换器7的冷却可以通过连接给水入管8和给水出管9，引入外部水源实现。\n[0029] 所述的堆内热交换器3为“肾型”结构，如图2和图3所示，包括弧形的内壁16、弧形的外壁18、两个半圆形的侧壁一22和侧壁二23、扇形的顶盖24；在内壁16、外壁18、侧壁一22和侧壁二23形成的空腔内布置传热管组19。在顶盖24一端上设有二次侧入口接管14，二次侧入口接管14连通传热管组19与侧壁一22之间形成的入口水室21。在顶盖\n24另一端上设有二次侧出口接管17，二次侧出口接管17连通传热管组19与侧壁二23之间形成的出口水室20。在顶盖24的中间设有一次侧冷却剂入口接管15。传热管组19包括多根相同形状的弧形管，以及两侧管板。\n[0030] 堆内热交换器3的壳侧走一次侧冷却剂（反应堆冷却剂）。即一次侧冷却剂入口接管15与压力容器内的吊篮连接，该连接处可设置止回阀，从而在正常情况下，冷却剂不会从一次侧冷却剂入口接管15倒流进入吊篮。一次侧冷却剂入口接管15是一次侧冷却剂流入堆内热交换器3的传热区的通道。堆内热交换器3的最下方是通透的，一次侧冷却剂在流过传热管组之后可直接流出。\n[0031] 堆内热交换器3的管侧的出口和入口分别通过出口管线4和入口管线12与堆外热交换器7的入口和出口连接构成二次回路，即二次侧入口接管14连接入口管线12，二次侧出口接管17连接出口管线4。\n[0032] 入口管线12与循环水泵11通过管路并联。循环水泵11在管路上设有控制阀二\n10，控制阀二10是常开失效关阀门。入口管线12上还设置有与循环水泵11并联的止回阀\n13。循环水泵11在电源可用时提供循环动力。二次回路运行于低压工况（3MPa以下）。\n[0033] 在出口管线4上设置有控制阀一5和止回阀6，控制阀一5是常闭失效开阀门。上述二次侧入口接管14和二次侧出口接管17分别穿过压力容器并且焊接在压力容器上。\n[0034] 另外，可以将多套本发明所述的反应堆的衰变热排出系统布置在压力容器2内。\n例如：在压力容器和吊篮之间的环腔内均布了三台堆内热交换器3，从而有三套衰变热排出系统。\n[0035] 本发明所述的一种反应堆的衰变热排出系统工作时：\n[0036] 反应堆在正常运行时，由于一次侧冷却剂入口接管15与吊篮连接处设置了止回阀，因此堆内热交换器3并不参与冷却剂循环。当发生事故后，冷却剂失去主泵提供的循环动力，从而吊篮内的热水通过一次侧冷却剂入口接管15进入堆内热交换器3（连接主泵的冷却剂回路由于阻力过大处于停滞状态）。冷却剂冲刷堆内热交换器的传热管组19之后，变冷，直接流入下降段环腔的下部，然后绕过下部的堆芯支撑板进入堆芯，变热，往上流动，形成一个自然循环回路。\n[0037] 该系统的二次回路如果循环水泵可用，则循环水泵提供动力；如果循环水泵不可应用，则利用水密度差提供的自然循环动力。二次回路的堆外热交换器可以通过多种方式与最终热阱连接，比如直径浸泡于最终热阱中，或通过管线与最终热阱连接，其视实际应用而定。\n[0038] 另外，可以将多套本发明所述的反应堆的衰变热排出系统布置在压力容器2内。\n例如：在压力容器和吊篮之间的环腔内均布了三台堆内热交换器3，三台堆内热交换器3分别连接三套二次回路系统，从而设置成三套衰变热排出系统。