[发明专利]一种高效运行的PCS长期冷却水箱

说明书

本发明提供一种高效运行的PCS长期冷却水箱，其主要由外层混凝土外壳，内层钢制水箱，以及两者之间的高效换热并联流道组成。所述流道由安装于钢制水箱外表面的S型立式折板分隔形成，其以混凝土外壳底部为入口、顶部为出口。且出口总管向外延伸形成烟囱结构。钢制水箱内部具有多个贯穿水箱上下表面的大管径波节管。本发明应用于反应堆失水事故条件下在PCS的启动和长期运行过程，其利用钢制水箱外表面较高的温度以及烟囱效应使并联流道内形成流速可观的非能动空气自然循环，并借助S型立式折板，波节管等强化传热手段实现水箱外表面的高效传热。这一过程通过降低PCS冷却水箱水温或减少水箱水蒸发以促进PCS系统的长期运行。

技术领域

本发明涉及一种核电站的非能动安全保护设施，是指安全壳非能动热量导出系统的冷却水箱，具体是一种高效运行的PCS长期冷却水箱。

背景技术

自上世纪末以来，非能动安全措施在核电系统中的比重逐渐增大，以AP1000为例，其非能动安全系统包括非能动堆芯冷却系统(PXS)、非能动安全壳冷却系统(PCS)、非能动余热排除系统(PRHRS)、主控室应急可居留性系统(MCRHS)、安全壳隔离系统(CIS),这些系统的存在使得反应堆在发生事故后，能够减轻对外部工作人员的操作及外部能源供给的依赖，从而简化工程安全措施，降低制造成本，使得核电设施的安全性与经济性达到一个较好的平衡。

在核电站发生LOCA或主蒸汽管线破裂事故时，大量高温高压的蒸汽进入安全壳内，使安全壳不断的升温升压。为了维持安全壳内压力在允许范围内，防止其因超温超压导致安全壳的完整性遭到破坏，需要一定的安全保护措施。在第三代反应堆中，如AP1000和“华龙一号”，都设置有非能动安全壳冷却系统(PCS)，其中我国拥有完整自主知识产权的“华龙一号”采用的是低压开式自然循环回路的非能动安全壳冷却系统，其由位于高位的换热水箱、位于低位的集管式换热器以及连接两者的管道阀门组成。在事故工况下，安全壳内积聚大量高温蒸汽，PCS换热器内冷却水吸收蒸汽的汽化潜热而升温，向上流动至冷却水箱，而后从冷管段重新进入PCS换热器吸收热量，形成循环，实现对安全壳的冷却。随着系统的运行，换热水箱内的常温差压水不断被加热至常压饱和状态，主循环回路的上升管段(热管段)，流动状态也从单相流动转变为气-液两相流动，换热水箱内气空间内蒸汽不断增多，通过排气管线向大气中排放蒸汽，而引起换热水箱内冷却水的损失，这并不利于PCS的长期运行。

在现有的设计应用中，有若干专利也考虑了PCS的长期运行能力。如，专利CN20120090809.9通过增设换热结构，利用空气对换热水箱中的工质进行降温，从而降低系统下降段入口工质温度。但传统的换热通道，其换热能力与效率有限，实际对水箱工质的降温效果也存在限制。专利CN201410353537.6在换热水箱内部布置管束换热器，通过水箱内部的空气循环带走水箱内的热量。但其在水箱内部安置换热器会增大空气流动的阻力，不利于系统循环流量的提升；此外，安全壳外裸露的水箱忽略了太阳对水箱加热的作用，以及大气空间内风速对水箱冷却的影响变化，混凝土外壳对外部袭击的抵御作用。

因此，有必要设计一种高效运行的换热水箱，其一方面能够通过较为稳定的自然循环实现对水箱内部空间的冷却，减少水蒸气的排放，满足PCS的长期运行的要求，同时不可忽略混凝土外壳在发生外部事件(飞机撞击、龙卷风等)的安全保护作用，在水箱外部也应布置有混凝土保护外壳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于并联流道内空气自然循环流动及其强化传热原理的PCS的长期换热水箱，以实现在LOCA或主蒸汽管道破裂事故下，将水箱内的热量能够更加高效的排放至大气中，进而减少水箱内冷却水的蒸发损失，满足PCS长期运行的要求。