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CN104200854A核反应堆超恶劣工况应急停堆散余热系统[caired.com-彩红网3D模型下载CG模型平面素材专利检索网站源码]

核反应堆超恶劣工况应急停堆散余热系统属于核安全领域。具有内置动力能源和核反应堆较强固有安全属性。是杜绝熔堆事故发生的技术。核反应堆处于超恶劣工况时采用弹射弹产生的强大压力实现应急、强行和及时停堆,并开启应急散余热系统给堆芯快速持续散余热确保堆芯安全。采用安全壳墙和顶内置管状水箱,容量可达三千立方米左右。同时采用冷却剂增压罐技术可满足停堆后堆芯散余热规律需要。最后采用浮力开启压力容器底部进水阀,实现堆芯冷却剂自然循环,以最佳状态持续散余热,从而确保堆芯安全。该发明所涉技术成熟,系国家核安全重大利益,应纳入核安全科研项目计划,结合具体核反应堆,遵从科研项目研制通用程序和规范即可实现。
CN104200854A核反应堆超恶劣工况应急停堆散余热系统[caired.com-彩红网3D模型下载CG模型平面素材专利检索网站源码]
一、技术领域

[0001] 该发明系核反应堆安全技术领域,是目前核反应堆超设计基准事故工况最后一道杜绝堆芯熔化解毁及放射性物质向环境释放的纵深防御技术。

二、背景技术

[0002] 美国二里岛核事故、如苏联切尔诺贝利核事故和日本福岛核事故说明:超恶劣工况(见附录)下核反应堆安全技术是有缺陷的,超设计基准事故是会发生的。该发明解决的问题是:核反应堆在超恶劣工况防止超设计基准事故发生,堆芯不被熔毁,确保堆芯安全。

三、发明内容

[0003] 该发明由以下几个分系统有机组合而成。

[0004]( 一 )弹射停堆器

[0005] 1、构造组成

[0006] 弹射器(含弹射弹及点火器)、弹射传动机构。

[0007] 2、启动条件

[0008] 核反应堆堆芯超过安全温度接近熔堆高温信息是启动弹射停堆器的控制(自动)信号。

[0009] 3、解决的问题

[0010] 杜绝类似切尔诺贝利核事故中安全控制棒不及时落入堆芯停堆和不能落入堆芯停不了堆,功率骤增,冷却剂闪蒸发生爆炸。及时实现停堆,同时打通堆芯散余热通道。

[0011] (二)冷却剂增压罐

[0012] 安装在管状水箱顶部并相通。

[0013] 1、构造组成

[0014] 罐体、增压弹及点火器、浮力封口塞。

[0015] 2、启动条件

[0016] 弹射停堆器完成停堆,应急出水转换阀和应急进水转换阀转换同时点燃增压弹。

[0017] 3、解决问题

[0018] 超恶劣工况堆芯温度超高需要快速大量冷却剂流过散热,冷却剂增压罐对水增压,在停堆之初使水流速流量达到最大,随时间推移冷却剂压力逐渐减小,流速减慢,正好满足堆芯散余热规律要求。

[0019](三)安全壳墙、顶内置大容量管状水箱

[0020] 1、构造组成

[0021] 根据实际情况和需要可采用园形、矩形钢管或“Π”型钢板叠放焊接成“且”型螺旋管(适合墙内置),其容量可在数百立方米到数千立方米。

[0022] 2、启动条件

[0023] 弹射停堆后,应急出水转换阀和应急进水转换阀完成转换,冷却剂增压罐对冷却剂增压,冷却剂即从应急进水转换阀流入压力容器,经过堆芯从应急出水转换阀流出,实现散余热。

[0024] 3、解决问题

[0025] 超恶劣工况应急停堆后,堆芯温度超高热能堆集,急需大量冷却剂快速及时对堆芯散热。该水箱容量大,完全能满足散热需要,完全能杜绝类似日本福岛核电站紧急停堆后,无冷却剂(水)对堆芯散热酿成顶级核事故的尴尬局面发生。

[0026] 该水箱除容量大,还有强度大,可靠性高,不占用安全壳内有效空间,不损害安全壳强度,水中溶入适量硼还有减弱核反应堆对安全壳外环境辐射。

[0027](四)压力容器应急出水转换阀

[0028] 1、构造组成

[0029] 阀门壳体、阀门、密封垫、密封弹簧、阀门转换杆。

[0030] 2、启动条件

[0031] 弹射停堆器启动。

[0032] 3、解决问题

[0033] 使流过堆芯的带走堆芯热能的冷却剂快速流出压力容器并流进压力容器卧坑,防水从一回路破口流失。

[0034](五)压力容器应急进水转换阀

[0035] 1、构造组成

[0036] 阀门壳体、阀门、密封弹簧、阀门转换杆及其密封体。

[0037] 2、启动条件

[0038] 弹射停堆器启动。

[0039] 3、解决问题

[0040] A、打通堆芯散热进水通路。

[0041] B、堵塞一回路,防止水从回路破口流失。

[0042](六)自然循环散热进水阀及浮力开启机构

[0043] 1、构造组成

[0044] 阀门体、阀门、阀门顶杆、阀门密封垫、阀门密封弹簧、子母浮桶、浮力传动机构。阀门位于压力容器底部中央。

[0045] 2、启动条件

[0046] 压力容器卧坑中水没过应急出水口和子浮桶、母浮桶一定深度。

[0047] 3、解决问题

[0048] 使自然循环散热进水口处在最佳位置,使自然循环散热处于最佳散热状态。

[0049](七)核反应堆超恶劣工况应急停堆散余热系统工作过程

[0050] 不管什么原因使核反应堆处于超恶劣工况,堆芯温度升高到接近熔堆危险值,该高温信号自动控制点火器点燃弹射停堆器弹射弹,弹射弹火药气体产生强大压力,经弹射传动机构强行将安全控制棒压入堆芯,实现及时停堆。同时弹射传动机构完成三项任务:一是压下压力容器应急出水转换阀阀门转换杆,克服密封弹簧弹力和回路内压力,将阀门压入阀门壳体并转动90°,堵塞一回路出水管(防止冷却剂从管路破口流失),压力容器内高温冷却剂从阀门让开口流入压力容器卧坑。二是压下压力容器应急进水转换阀阀门转换杆,克服密封弹簧弹力、回路内压力和密封体阻力,将阀门压入阀门壳体并转动90°,堵塞一回路进水管(防止水从管路破口流失),管状水箱中水从阀门让开口流进压力容器对堆芯散热。三是接通相关电路,点燃冷却剂增压罐增压弹,使罐内产生适当压力,使流经堆芯的水流速流量增大,以满足应急停堆之初堆芯高温散余热需要。随着散余热过程进行,管状水箱水减少,罐内压力逐渐减小,当压力减小到不足托起浮力封口塞时,封口塞靠重力落入罐内,罐口开放,空气进入,管状水箱中水依靠自身势能和大气压作用,在流速不断减小的情况下继续流经堆芯散余热。

[0051] 随着散余热过程进行,压力容器卧坑中水不断增多,当卧坑中水面没过压力容器应急出水口一定高度,并没过子浮桶(时间可达数小时,管状水箱接近流空),子浮桶在浮力作用下释放处于坑底部的母浮桶,母浮桶具有足够浮力,经传动机构使自然循环散热进水阀门顶杆向上克服密封弹簧弹力和压力容器内压力,将阀门顶入压力容器,形成自然循环散余热进水口。压力容器内外水在内热外冷形成的压力差作用下,以最佳状态形成自然循环,持续不断流经堆芯散余热。从而确保堆芯安全。

四、具体实施方式

[0052](一)该发明所涉及技术都是其它技术领域的成熟技术,是这些成熟技术有机组合的产物。

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