[发明专利]一种基于“外部干预”设计的非能动安全壳冷却水储水箱

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种非能动安全壳冷却系统中安全壳冷却水储水箱的设计。

背景技术

非能动安全壳冷却系统是重要的专设安全设施，其最主要的功能是在安全壳内发生冷却剂丧失（LOCA）或主蒸汽管破口（MSLB）事故时，导出安全壳内热量，降低安全壳的温度和压力，降低安全壳大气和外部环境的压差，限制事故后放射性物质的释放。非能动安全壳冷却系统也作为乏燃料水池的补给水源，也可在失去正常乏燃料冷却水的情况下，提供补水。

非能动安全壳冷却系统作为安全相关的最终热阱，是保证钢安全壳冷却的关键设备，福岛事件经验表明，需要考虑非能动安全壳冷却系统的补水能力。

典型非能动核电厂的非能动安全壳冷却系统结构如图1所示。正常运行工况下，空气从屏蔽构筑物顶部入口1进入，流过下降通道后又反向通过上升流道，带走钢安全壳容器壁传递的热量，最后从空气高位排气口2排出。在安全壳上方设置安全壳冷却水储水箱3，可通过重力向钢安全壳容器排放冷却水。安全壳冷却水储水箱3呈环形，中间形成空气高位排气口2。典型非能动核电厂的安全壳冷却水储水箱3中部的空气高位排气口2呈圆柱状，不利于外部喷洒冷却水的注入。钢制安全壳是非能动安全壳冷却系统组成中的一个完整结构。其外表面可供设计基准事故（DBA）事故条件下液膜的蒸发冷却，以及通过与外层屏蔽构筑物、导流围板、顶板等综合布置，而形成空气自然对流，从而降低安全壳中的温度与压力。屏蔽构筑物则构成钢制安全壳容器外部空气自然循环的冷却流道。

典型非能动核电厂反应堆的非能动安全壳冷却系统（PCS）的储水箱PCCWST为抗震I类设备，为事故后安全壳的冷却、乏燃料池的冷却及消防水提供水源。而PCCWST与外层安全壳是一体的，位于外层安全壳的顶部且备有大容积的水，在地震中所承受的载荷不容小觑，由于该水箱的重要性，其抗震能力需要进一步确认。

《先进轻水堆核电站实用要求》URD第III卷第5章的8.3.3.5.4节要求如下：“当PCS储水箱在72小时用完后，通过空气的自然循环，对安全壳的冷却应该足够防止安全壳的压力超过最大设计能力。”在当前的典型非能动核电厂的设计中，在事故72小时以后，当水不能用于安全壳冷却时，安全壳压力可能会超过最大值。因此，需要保证72小时后厂内和/或厂外的安全壳冷却水源。

PCS系统的辅助水箱PCCAWST及再循环泵为非抗震设备，如果PCCWST失去辅助水源，则只能提供72小时的冷却。如果失去PCCAWST或再循环泵，需要考虑将消防水或其它临时水源作为PCCWST的补水水源。

事故后超过72小时，当安全壳冷却和乏燃料池（SFP）同时需要冷却水时，需要用节流阀来平衡安全壳冷却和SFP补水之间的流量，而该阀门为手动阀，事故情况下，需要考虑该阀门操作的方便性。

“外部干预”是指能够利用核电厂人力物力之外的各种资源对核电厂进行干预从而缓解事故后果的能力。基于“外部干预”思想的核电厂设计就是要在核电站设计之初就预先建立起更充分的核电厂与外部资源的联系渠道，通过这些渠道在事故发生时实现更加有效的“外部干预”。

日本福岛核电站事故发生以后，福岛核电站1到4号机组的反应堆厂房发生氢气爆炸，使反应堆安全壳暴露在环境之中，使得从外部对其进行注水作业具备了条件，但是，实际情况是，日本自卫队的直升机对核电站喷洒海水只有少量的水进入到核电站内部。可见，基于“外部干预”设计思想，通过对安全壳冷却水箱形状的改进来提高直升机向屏蔽厂房顶部喷洒冷却水时到达钢制安全壳表面的冷却水的水量是非常重要的，这可以进一步提升应对核电站事故的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有利于安全壳的热量导出的基于“外部干预”设计的非能动安全壳冷却水储水箱的结构。

本发明的技术方案如下：一种基于“外部干预”设计的非能动安全壳冷却水储水箱，设置在安全壳上部，与屏蔽构筑物为一体，安全壳冷却水储水箱呈环形结构，环形结构的中部空间形成钢制安全壳外壳和屏蔽厂房内壁空间与外部环境相连通的空气高位排气口，安全壳冷却水储水箱的下部设有重力排水装置，其中，所述的空气高位排气口呈上端开口面积大于下端开口面积的漏斗状结构。

进一步，如上所述的基于“外部干预”设计的非能动安全壳冷却水储水箱，其中，所述的安全壳冷却水储水箱内部湿壁为不锈钢衬里，内衬不锈钢板构成密闭储水箱边界。