[发明专利]船用反应堆及直流蒸汽发生器二次侧非能动余热排出系统

说明书

本发明涉及船用反应堆及直流蒸汽发生器二次侧非能动余热排出系统，包括：直流蒸汽发生器，设置在安全壳内，直流蒸汽发生器上设有第一入口和第一出口；补水箱，储存有冷却剂，设置在安全壳外，补水箱上设有第二出口和第二入口，第二出口位于补水箱的液面以下；输入管，连接在第一入口和第二出口之间；输出管，连接在第一出口和第二入口之间；补水箱的液面高度高于第一入口，供补水箱的冷却剂由第二出口、第一入口流入直流蒸汽发生器，在直流蒸汽发生器吸热雾化后的蒸汽由第一出口流出，冷凝后由第二入口进入补水箱。系统采用非能动余热排出技术，保证反应堆在丧失正常排热路径的事故工况下余热的排出。补水箱与直流蒸汽发生器联通，实现自动补水。

技术领域

本发明涉及船用反应堆专设安全系统，更具体地说，涉及一种船用反应堆及直流蒸汽发生器二次侧非能动余热排出系统。

背景技术

船用反应堆安全系统的主要目的是确保在发生事故以后，保证反应堆紧急停闭、堆芯余热的排出和安全壳的完整，以便限制事故的发展和减轻事故的后果。其中事故工况下反应堆余热排出问题尤为重要，它直接关系到反应堆安全，处理不好将导致一回路冷却剂沸腾甚至是堆芯的融化，因此反应堆应急余热排系统的设计一直是反应堆设计的关键技术之一。

船用反应堆与陆上反应堆相比有明显不同，例如船上空间有限，要求反应堆及其系统尽量小型化；海上船舶远离陆地，淡水有限，难于补充；相比于陆上普遍应用的U型管蒸汽发生器，船用蒸汽发生器以直流蒸汽发生器为主，其具有体积小、效率高及水容积小的特点等。

目前国内的船用反应堆主要是军事用途，尚未民用，应急余热排出技术相对封闭。陆上反应堆应急余热排出系统主要有采用的能动应急余热排出技术的二代反应堆和采用非能动应急余热排出技术的三代反应堆。

二代能动的应急余热排出系统，以典型的M310型反应堆为例，其应急余热排出功能利用能动的辅助给水系统实现，系统主要由辅助给水箱、辅助给水泵及相应的管路阀门组成。通过将辅助给水箱中的冷却水泵送入U形管蒸汽发生器二次侧进行换热，并将产生的蒸汽排往最终热阱—大气，形成开式循环，达到带走反应堆余热的目的。能动的应急余热排出系统特点是排热效率高，但在发生全场断电等超设计基准事故时，系统无法运行，应急余热排出功能将丧失。因此，能动的应急余热排出系统应对的事故工况有限，存在安全隐患。

三代反应堆因为采用了非能动技术而具有更高的固有安全性。典型的AP1000型反应堆采用一次侧非能动余热排出系统，系统由非能动余热排出热交换器、安全壳内置换料水箱以及相应的管路阀门组成。其设置在安全壳内，采用一回路非能动余热排出方案，利用一回路冷却剂的密度差产生驱动力，形成闭式循环，将反应堆余热传至最终热阱—换料水箱中的冷却水。非能动系统由于取消了能动部件，不依赖外部电源等特点，使系统设计简化，提高了电厂安全性。但一次侧非能动余热排除系统也存在一些不足：

1、一次侧非能动余热排出系统由于将冷却水箱设置在安全壳内，占用了安全壳可用空间，不利于安全壳尺寸的减小；

2、安全壳内置换料水箱中的非能动热交换器由于管内是一回路工质，一旦传热管束发生裂纹和破坏，一回路工质的放射性产物会进入换料水箱和安全壳大气，不利于放射性的包容。

鉴于能动余热排出系统的局限性和一次侧非能动余热排出系统的不足，有必要提供一种满足事故工况下反应堆余热排出要求、降低放射性泄露风险及建造成本的二次侧非能动余热排出系统，以解决上述现有技术的不足。

此外，直流蒸汽发生器与上述二代和三代反应堆常用的U形管蒸汽发生器相比具有体积小、效率高、直接产生过热蒸汽不需要汽水分离装置等优点，主要应用于船用反应堆、先进的一体化反应堆等堆型。但直流蒸汽发生器二次侧的非能动余热排出系统仍存在一些问题亟待解决：

1、直流蒸汽发生器二次侧空间有限，在事故条件下容易造成二次侧缺水甚至烧干，需要对其进行补水以建立自然循环，而温度较低的补水将会对直流蒸汽发生器造成热冲击；