[发明专利]一种简洁高效的PCS长期冷却水箱

说明书

本发明提供一种简洁高效的PCS长期冷却水箱，包括外部钢筋混凝土外壳，内部钢制水箱本体，以及两者之间的数个并联空气槽道。流道由安装于钢制水箱外表面的折板分隔形成。流道的入口位以混凝土外壳底部、外壳顶部为出口，且出口总管向外延伸形成烟囱结构。在出口总管所在区域，安装有一个引射器，引射器连通水箱内部与空气流道。本发明应用于反应堆事故条件下在PCS的启动和长期运行过程中，利用钢制水箱外表面较高的温度，在空气槽道内形成流速可观的非能动空气自然循环，并借助水箱内部水蒸气排放时产生较高流速，实现对空气流动的引射效应，实现水箱外表面的高效传热。通过提高空气自然循环的流速以增强冷却水箱的散热以促进PCS系统的长期运行。

技术领域

本发明涉及涉及核电站的非能动安全保护设施，具体是指由引射器增强空气流动的安全壳非能动热量导出系统的冷却水箱，尤其涉及一种简洁高效的PCS长期冷却水箱。

背景技术

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，使安全壳内不断的升温升压。作为防止放射性物质泄漏的第三道安全屏障——安全壳，其完整性与外部环境与公共安全密切相关。因此在事故条件下，需要采取一些措施来对安全壳进行降温降压，以保护其完整性。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)。如在AP1000中，采用了安全壳喷淋系统，通过向钢制安全壳外壁进行喷淋水以吸收安全壳内部的热量，来对安全壳实现降温。而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。系统主要由多组位于安全壳内部的集管式换热器、位于安全壳外侧高处的冷却水箱，及连接两者的管道阀门等组成。在事故工况下，由一、二回路泄漏的高温高压蒸汽进入安全壳内，使得安全壳内部的压力和温度不断升高，当报警信号触发后,PCS投入运行。PCS循环回路内的冷却水通过集管式换热器，吸收安全壳内高温蒸汽的汽化潜热而升温，冷却水密度降低，在重力场的作用下向上运动，进入冷却水箱，并以此建立冷却循环来不断的吸收排出安全壳的热量，达到对安全壳降温降压的目的。在PCS运行一段时间后，循环回路内的冷却水不断被加热至饱和状态，最终在回路内实现气-液两相的自然循环流动。由于系统采用冷却水箱为常压开式，回路内的蒸汽会不断的排放到外界大气中，造成冷却水的损失，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。同时相比于专利CN201810662024.1，本设计的结构十分简单，除混凝土外壳，只需利用原有的水箱排气管，改变其排放方向与排气管结构即可初步实现本设计的目的。

因此，有必要设计一种既结构简单同时又能高效运行的换热水箱，其一方面能够通过较为简单高效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，其次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，同时混凝土外壳也能避免太阳对钢制水箱的辐射加热，因此水箱外部有必要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结构相对简洁，由引射器强化并联流道内空气自然循环流动的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PCS所吸收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。