[发明专利]一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统

说明书

本发明提供一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，通过在热管段管口位置安装孔板隔间，用于抑制蒸汽凝结水锤。本发明采用两类孔板拼接而成的孔板隔间，使换热器产生的蒸汽在孔板隔间内逐级冷凝，从根本上消除了低流量下由于剧烈冷凝导致热管段内出现蒸汽凝结诱发水锤现象。此外，孔板隔间避免蒸汽与低温海水直接接触，减小冷凝换热系数，有效地抑蒸汽在海水侧发生水锤。本发明的优点是：结构简单，能够同时抑制管道和海水侧蒸汽凝结诱发水锤，适用范围广；同时，该发明改进方便易行，便于工程应用。

技术领域

本发明涉及一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，属于传热学和流体力学领域。

背景技术

在浮动核电站非能动安全系统中，海洋通常作为吸收余热的最终热阱。两相条件下，换热器产生的饱和蒸汽会不可避免地与过冷海水直接接触。由于剧烈的冷凝，海水会倒灌至热管内。当蒸汽被海水所包围并形成汽塞时，汽塞迅速冷凝并导致两端液柱剧烈碰撞，并产生水锤。水锤的发生会产生较大的压力脉冲，并导致管路振荡甚至破坏系统的完整性。由于直接接触式冷凝导致的冷凝诱发水锤现象，这类非能系统只允许在单相或者低出口含气率下运行，这极大地限制了非能动安全系统的应用范围。

现有技术中存在抑制和消除水锤方法，对于蒸汽冷凝诱导的水锤消除方法都是基于管内水锤消除，专利号为CN107013784A和CN107131383A分别采用隔管式和多孔管式来抑制水锤。其中隔管式是将管道分隔为多个流道来抑制水锤，但没有消除蒸汽的措施，只能保证各个分管道内不出现水锤。多孔管式水锤抑制措施，仅在一定蒸汽压力下具有良好的消除蒸汽泡作用，且多孔管的阻力较大。上述方法均通过改变管道内的几何结构来达到抑制水锤的目的。由于管道内部增加消除措施，这会增加系统的流动阻力。对于非能动自然循环系统，其流动特性对阻力特性敏感，阻力变化会导致系统流动特性改变，普适性不强。其次，这种管内消除措施在高蒸汽流量下，蒸汽存在不能在管道内完全冷凝的情况，小的蒸汽泡重新聚合而成的大气泡在进入低温水环境中，在海水和管道内仍有可能发生水锤。本发明采用在海水侧安装孔板隔间，防止海水倒灌，从根本上消除了管内水锤的发生。其次，隔间结构能够避免蒸汽与低温海水直接接触，采用逐级冷凝蒸汽的方法，同时有效抑制海水侧蒸汽凝结诱发水锤。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，该系统创新性地提出了蒸汽凝结诱发水锤的消除设计，解决现有系统在高含气率条件下的发生蒸汽冷凝水锤的问题，拓宽了系统的应用范围。

本发明的目的是这样实现的：包括浮动式平台壁面、设置在浮动式平台壁面内部的换热器、与换热器连接的热管段和冷管段，热管段和冷管段的端部穿过浮动式平台壁面与海水连通，热管段和冷管段上设置有阀门，在热管段的端部处的浮动式平台壁面的外部设置有孔板隔间。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.孔板隔间包括由小到大套在一起的三层方形体，每层方形体由5块孔板拼接而成，且三层方形体同一方位设置的孔板上的流孔交错设置，第一层方形体与浮动式平台壁面之间为第一区间，第一层方形体与第二层方形体之间为第二区间，第二层方形体与第三层方形体之间为第三区间，第三层方形体外部为第四区间，第一区间为蒸汽区，第二区间和第三区间为蒸汽和过冷水的冷凝换热区，第四区间为海水区。

2.孔板材料为金属材料。

3.每一层方形体的5个孔板所有流孔的面积之和大于等于热管段流通面积。

4.换热器产生的蒸汽进入第一区间后，经过第一层方形体的孔板后，被流孔分割为多个小孔径蒸汽流；蒸汽在第二和第三区间内与过冷水发生直接接触冷凝，并被大部分或者完全冷凝；蒸汽冷凝释放的潜热会使第二和第三区间内海水温度升高，减小海水的过冷度，使蒸汽与海水的冷凝换热系数减小，抑制在第二和第三区间内发生水锤；在海洋环境下，第二和第三区间内海水会由于温差而形成的浮升力作用通过隔间的上部孔板从该区间内排出进入第四区间。