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专利名称：一种高温气冷堆余热排出系统

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202210399267.7

专利申请（专利权）人：华能核能技术研究院有限公司
权利人地址：上海市中国(上海)自由贸易试验区世博馆路200号A座5层A508房间

专利发明（设计）人：肖三平,许杰,雷伟俊,汪景新,席京彬,伍龙燕,周振德,孙惠敏,张振鲁,张进,孟剑,周勤,王翥

专利摘要：本申请关于一种高温气冷堆余热排出系统。具体方案为：该系统包括堆芯换热装置和余热排出装置，堆芯换热装置包括上壳体、下壳体和桥管，上壳体包括第一内壳体和第一外壳体，下壳体包括第二内壳体和第二外壳体，其中，第一内壳体的开放端与第二内壳体的开放端固定连接；第一外壳体的两端分别与第一内壳体固定连接；第二外壳体两端分别与第二内壳体固定连接；桥管连接于第二容质空间和第三容质空间之间；第二容质空间通过管路与余热排出装置的入口连通，第三容质空间通过管路与余热排出装置的出口连通。本申请可以有效增加堆芯换热装置的传热效率。

主权利要求：
1.一种高温气冷堆余热排出系统，其特征在于，所述系统包括堆芯换热装置和余热排出装置，所述堆芯换热装置包括上壳体、下壳体和桥管，所述上壳体包括第一内壳体和第一外壳体，所述下壳体包括第二内壳体和第二外壳体，其中，所述第一内壳体的开放端与所述第二内壳体的开放端固定连接，所述第一内壳体与所述第二内壳体形成的第一溶质空间内设置有堆芯；
所述第一外壳体的两端分别与所述第一内壳体固定连接，所述第一外壳体与所述第一内壳体形成第二容质空间；
所述第二外壳体两端分别与所述第二内壳体固定连接，所述第二外壳体与所述第二内壳体形成第三容质空间；
所述第一外壳体与所述第二外壳体间隔设置，所述桥管连接于所述第二容质空间和所述第三容质空间之间，其中，载热介质依次经过所述第二容质空间、所述桥管、所述第三容质空间，通过降低所述第一内壳体和所述第二内壳体的温度对所述堆芯进行降温，升温后的所述载热介质进入所述余热排出装置将余热排出到外部后，返回至所述第二容质空间，从而形成循环；
所述第二容质空间通过管路与所述余热排出装置的入口连通，所述第三容质空间通过管路与所述余热排出装置的出口连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述堆芯换热装置还包括保温层，其中，所述上壳体和所述下壳体的外侧均设置有保温层。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述余热排出装置包括空气冷却塔和第一隔离阀，其中，所述第二容质空间通过管路依次与所述空气冷却塔、所述第一隔离阀和所述第三容质空间连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述余热排出装置还包括排气单元，所述排气单元包括补水管路、T型管段和高点排汽隔离阀，其中，所述T型管段第一端通过管路与所述第二容质空间连通，所述T型管段第二端竖直朝上设置，所述T型管段第三端竖直朝下设置，所述T型管段第三端通过管路与所述空气冷却塔的入口连接；
所述T型管段第二端连接有高点排汽管段，所述高点排汽隔离阀安装在所述高点排汽管段上；其中，所述T型管段设置于所述空气冷却塔和所述堆芯换热装置的上方。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述高点排汽隔离阀上还安装有阀位探测器。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述排气单元还包括水位探测器，其中，所述水位探测器安装在所述高点排汽管段上；
所述水位探测器设置于所述高点排汽隔离阀的上方。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述余热排出装置还包括第一关断阀，其中，所述第一关断阀连接在所述第一隔离阀和所述第三容质空间之间的管路上。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述余热排出装置还包括第二隔离阀和第二关断阀，其中，所述空气冷却塔的出口依次连接所述第二隔离阀、所述第二关断阀和所述第三容质空间。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述余热排出装置还包括多个阀位探测器，其中，所述第一隔离阀、所述第一关断阀、所述第二隔离阀和所述第二关断阀上分别安装有阀位探测器。
10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述余热排出装置还包括疏水管路和疏水隔离阀，其中，所述疏水管路的第一端连接在所述空气冷却塔的出口与所述第一隔离阀之间的管路上，所述疏水管路的第二端与外部连通；
所述疏水隔离阀安装在所述疏水管路上。 说明书 : 一种高温气冷堆余热排出系统技术领域[0001] 本申请涉及核电厂安全系统技术领域，尤其涉及一种高温气冷堆余热排出系统。背景技术[0002] 相关技术中，目前的高温气冷堆余热排出系统排出堆芯余热的能力不大，限制了高温气冷堆堆芯功率的升高，影响了高温气冷堆的经济性，主要原因在于为了对堆芯换热装置即压力容器的焊缝进行检修，将水冷壁与压力容器外壁之间设置有一段距离，堆芯的余热通过热辐射、对流换热、热传导等方式传递给水冷壁，压力容器与水冷壁的空间距离大大影响了传热效率。发明内容[0003] 为此，本申请提供一种高温气冷堆余热排出系统。本申请的技术方案如下：[0004] 根据本申请实施例的第一方面，提供一种高温气冷堆余热排出系统，所述系统包括堆芯换热装置和余热排出装置，所述堆芯换热装置包括上壳体、下壳体和桥管，所述上壳体包括第一内壳体和第一外壳体，所述下壳体包括第二内壳体和第二外壳体，其中，[0005] 所述第一内壳体的开放端与所述第二内壳体的开放端固定连接，所述第一内壳体与所述第二内壳体形成的第一溶质空间内设置有堆芯；[0006] 所述第一外壳体的两端分别与所述第一内壳体固定连接，所述第一外壳体与所述第一内壳体形成第二容质空间；[0007] 所述第二外壳体两端分别与所述第二内壳体固定连接，所述第二外壳体与所述第二内壳体形成第三容质空间；[0008] 所述第一外壳体与所述第二外壳体间隔设置，所述桥管连接于所述第二容质空间和所述第三容质空间之间；[0009] 所述第二容质空间通过管路与所述余热排出装置的入口连通，所述第三容质空间通过管路与所述余热排出装置的出口连通。[0010] 根据本申请的一个实施例，所述堆芯换热装置还包括保温层，其中，[0011] 所述上壳体和所述下壳体的外侧均设置有保温层。[0012] 根据本申请的一个实施例，所述余热排出装置包括空气冷却塔和第一隔离阀，其中，[0013] 所述第二容质空间通过管路依次与所述空气冷却塔、所述第一隔离阀和所述第三容质空间连接。[0014] 根据本申请的一个实施例，所述余热排出装置还包括排气单元，所述排气单元包括补水管路、T型管段和高点排汽隔离阀，其中，[0015] 所述T型管段第一端通过管路与所述第二容质空间连通，所述T型管段第二端竖直朝上设置，所述T型管段第三端竖直朝下设置，所述T型管段第三端通过管路与所述空气冷却塔的入口连接；[0016] 所述T型管段第二端连接有高点排汽管段，所述高点排汽隔离阀安装在所述高点排汽管段上；其中，所述T型管段设置于所述空气冷却塔和所述堆芯换热装置的上方。[0017] 根据本申请的一个实施例，所述高点排汽隔离阀上还安装有阀位探测器。[0018] 根据本申请的一个实施例，所述排气单元还包括水位探测器，其中，[0019] 所述水位探测器安装在所述高点排汽管段上；[0020] 所述水位探测器设置于所述高点排汽隔离阀的上方。[0021] 根据本申请的一个实施例，所述余热排出装置还包括第一关断阀，其中，[0022] 所述第一关断阀连接在所述第一隔离阀和所述第三容质空间之间的管路上。[0023] 根据本申请的一个实施例，所述余热排出装置还包括第二隔离阀和第二关断阀，其中，[0024] 所述空气冷却塔的出口依次连接所述第二隔离阀、所述第二关断阀和所述第三容质空间。[0025] 根据本申请的一个实施例，所述余热排出装置还包括多个阀位探测器，其中，[0026] 所述第一隔离阀、所述第一关断阀、所述第二隔离阀和所述第二关断阀上分别安装有阀位探测器。[0027] 根据本申请的一个实施例，所述余热排出装置还包括疏水管路和疏水隔离阀，其中，[0028] 所述疏水管路的第一端连接在所述空气冷却塔的出口与所述第一隔离阀之间的管路上，所述疏水管路的第二端与外部连通；[0029] 所述疏水隔离阀安装在所述疏水管路上。[0030] 本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：[0031] 通过第一外壳体与第一内壳体形成第二容质空间，以及第二外壳体与第二内壳体形成第三容质空间传递载热介质，以将堆芯余热排出系统，有效增加了堆芯换热装置的传热效率，增加了堆芯的功率。[0032] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明[0033] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。[0034] 图1为本申请实施例中提出的堆芯换热装置的结构示意图；[0035] 图2是本申请实施例中提出的一种高温气冷堆余热排出系统的结构示意图。[0036] 附图标记[0037] 1、堆芯换热装置；2、T型管段；3、高点排气管段；4、高点排气隔离阀；5、高点阀位探测器；6、水位探测器；7、空气冷却塔；8、第一隔离阀；9、第二隔离阀；11、桥管；12、第一内壳体；13、第一外壳体；14、第二内壳体；15、第二外壳体；16、第一容质空间；17、第二容质空间；18、第三容质空间；19、保温层；20、第一关断阀；21、第二关断阀；22、阀位探测器；23、疏水管道；24、疏水隔离阀；25、补水管道；26、补水隔离阀；27、流量测量仪表；28、热段温度测量仪表；29、冷段温度测量仪表。具体实施方式[0038] 为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。[0039] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。[0040] 图1为本申请实施例中提出的堆芯换热装置的结构示意图，图2是本申请实施例中提出的一种高温气冷堆余热排出系统的结构示意图。[0041] 如图1、图2所示，该高温气冷堆余热排出系统，包括堆芯换热装置1和余热排出装置，堆芯换热装置1包括上壳体、下壳体和桥管11，上壳体包括第一内壳体12和第一外壳体13，下壳体包括第二内壳体14和第二外壳体15。[0042] 其中，第一内壳体12的开放端与第二内壳体14的开放端固定连接，第一内壳体12与第二内壳体14形成的第一溶质空间内设置有堆芯；第一外壳体13的两端分别与第一内壳体12固定连接，第一外壳体13与第一内壳体12形成第二容质空间17；第二外壳体15两端分别与第二内壳体14固定连接，第二外壳体15与第二内壳体14形成第三容质空间18；第一外壳体13与第二外壳体15间隔设置，桥管11连接于第二容质空间17和第三容质空间18之间；第二容质空间17通过管路与余热排出装置的入口连通，第三容质空间18通过管路与余热排出装置的出口连通。[0043] 作为一种可能的示例，如图1所示，第一内壳体12的开放端与第二内壳体14的开放端固定连接，第一内壳体12的封闭端朝上设置。第一内壳体12的开放端与第二内壳体14的开放端可以通过焊接固定，第一外壳体13、第二外壳体15均与焊接形成的焊缝间隔设置，从而形成焊缝检测通道，从而为焊缝检测预留空间。第二内壳体14的封闭端朝下设置，第二内壳体14的底部可以设置用于支撑堆芯换热装置1的支撑架。[0044] 当需要停堆时，载热介质依次经过第二容质空间17、桥管11、第三容质空间18，通过降低第一内壳体12和第二内壳体14的温度对堆芯进行降温，升温后的载热介质进入余热排出装置将余热排出到外部后，返回至第二容质空间17，从而形成循环。采用双层壳体的形式实现对堆芯进行冷却，增加了堆芯换热装置的传热效率，增加了堆芯的功率。[0045] 可选的，上述载热介质可以是水，上述桥管11可以有多个。[0046] 在本申请一些实施例中，如图1所示，堆芯换热装置1还包括保温层19，其中，上壳体和下壳体的外侧均设置有保温层19，大大降低了在正常工况下的热量损失。可选的，保温层19可以固定在上壳体和下壳体的外侧。[0047] 在本申请一些实施例中，如图2所示，余热排出装置包括空气冷却塔7和第一隔离阀8，其中，第二容质空间17通过管路依次与空气冷却塔7、第一隔离阀8和第三容质空间18连接。[0048] 作为一种可能的示例，需要停堆时，第一隔离阀8打开，载热介质与堆芯换热后，由第二容质空间17进入到空气冷却塔7中进行冷却，冷却后的载热介质返回至第三容质空间18。[0049] 在本申请一些实施例中，如图2所示，余热排出装置还包括排气单元，排气单元包括补水管路、T型管段2和高点排汽隔离阀，其中，T型管段2第一端通过管路与第二容质空间17连通，T型管段2第二端竖直朝上设置，T型管段2第三端竖直朝下设置，T型管段2第三端通过管路与空气冷却塔7的入口连接；T型管段2第二端连接有高点排汽管段，高点排汽隔离阀安装在高点排汽管段上。[0050] 可选的，上述第一隔离阀8、高点排汽隔离阀均可以采用自动开启关闭、远程手动开启关闭、就地手动开启关闭等任意一种控制方式进行控制。[0051] 其中，在本申请实施例中，T型管段2设置于空气冷却塔7和堆芯换热装置1的上方。[0052] 可以理解的是，当管路中存在不凝结性气体时，会影响载热介质与堆芯进行换热，进而影响余热的排出，因此需要将不凝结性气体排出。[0053] 作为一种可能的示例，需要将不凝结性气体排出时，打开高点排汽隔离阀和安装在补水管路隔离阀，不凝结性气体聚集在位置较高的T型管段2上方，此时补充载热介质，T型管段2中的水位上升，凝结性气体被载热介质挤出，关闭高点排汽隔离阀，完成排气。[0054] 作为另一种可能的示例，T型管段2由于出于较高的位置，能够将热水与冷水分隔，热水位于T型管段2靠近堆芯换热装置1的一侧管路内，冷水位于T型管段2靠近空气冷却塔7的一侧管路内，从而将靠近堆芯换热装置1一侧的热水与靠近空气冷却塔7一侧的冷水进行隔离。[0055] 在本申请一些实施例中，高点排汽隔离阀上还安装有高点阀位探测器225。[0056] 可以理解的是，上述高点阀位探测器225能够探测高点排汽隔离阀是否按照预设指令打开或者关闭。[0057] 在本申请一些实施例中，排气单元还包括水位探测器6，其中，水位探测器6安装在高点排汽管段上；水位探测器6设置于高点排汽隔离阀的上方。[0058] 作为一种可能的示例，水位探测器6对高点排汽管段中的水位进行探测，当水位低于预设水位高度时，说明管路内聚集有不凝结性气体，需要将不凝结性气体排出。[0059] 举例来说，在正常运行时，管路中可能会产生少量不凝结性气体，由于气体密度低于水的密度，不凝结性气体将会聚集在管道的最高点，通过高点排汽管段收集，高点排汽管段是一段竖直向上的管道，当有气体聚集时，将会挤压管道内的水空间，使得水位下降，当水位下降到一定程度时，将会触发水位探测器6报警，此时，高点排气隔离阀4开启，补水管路上安装的补水隔离阀26开启，向余热排出系统注入除盐水，排出不凝结性气体，待水位探测器6报警信号解除，并延迟一段时间以后，补水隔离阀26关闭，然后排气隔离阀也关闭。[0060] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括第一关断阀20，其中，第一关断阀20连接在第一隔离阀8和第三容质空间18之间的管路上。[0061] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括第二隔离阀9和第二关断阀21，其中，空气冷却塔7的出口依次连接第二隔离阀9、第二关断阀21和第三容质空间18。[0062] 可选的，上述第二隔离阀9和第二关断阀21均可以采用自动开启关闭、远程手动开启关闭、就地手动开启关闭等任意一种控制方式进行控制。[0063] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括多个阀位探测器22，其中，第一隔离阀8、第一关断阀20、第二隔离阀9和第二关断阀21上分别安装有阀位探测器22。[0064] 作为一种可能的示例，空气冷却塔7的出口连接冷水管段，冷水管段有两个支路，其中一个支路上安装第一隔离阀8和第一关断阀20，另一个支路上安装第二隔离阀9和第二关断阀21。第一隔离阀8上安装有第一安全级阀位探测器22和第二安全级阀位探测器22；第一关断阀20上安装有第一安全级阀位探测器22和第一非安全级阀位探测器22。第二隔离阀9上安装有第三安全级阀位探测器22和第四安全级阀位探测器22；第二关断阀21上安装有第二安全级阀位探测器22和第二非安全级阀位探测器22。上述另一个支路作为备用管路，当上述其中一个支路的第一隔离阀8卡关，即无法打开时，采用上述另一个支路。[0065] 上述多个隔离阀均出于常开状态，当第一隔离阀8卡开时，第一隔离阀8关闭，从而关闭管路。[0066] 举例来说，如图2所示，在正常功率运行工况下，由于第一隔离阀8处于关闭状态，系统未形成回路，无法形成载热介质循环，不会带出堆芯热量。为检测第一隔离阀8的阀瓣位置，设置了第一安全级的阀位探测器22和第二安全级的阀位探测器22，第二安全级的阀位探测器22用以保证冗余。第一隔离阀8在接到紧急停堆信号以后，自动开启，使得余热排出装置顺利带出堆芯热量。在正常停堆工况下，操纵员可以手动开启第一隔离阀8，导出堆芯衰变热。为了防止隔离阀意外误开启且卡开造成不必要的影响，与第一隔离阀8串联安装了第一关断阀20，在正：褪鹿是榭鱿，第一关断阀20的阀瓣位置保持在全开位置，当反应堆操纵员判断出第一隔离阀8误开启且无法关闭以后，通过远程手动或就地手动控制，将第一关断阀20关闭，然后进行维修操作。[0067] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括疏水管路和疏水隔离阀24，其中，疏水管路的第一端连接在空气冷却塔7的出口与第一隔离阀8之间的管路上，疏水管路的第二端与外部连通；疏水隔离阀24安装在疏水管路上。[0068] 作为一种的示例，当该系统处于事故工况下时，需要将系统中的载热介质排出，然后进行检修。因此需要打开疏水隔离阀24，通过疏水管路将载热介质排出。[0069] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括热段温度测量仪表28，热段温度测量仪表28安装在连接于第二容质空间17与T型管段2第一端之间的管路上，用于测量由第二容质空间17输出的载热介质的温度值。可以通过上述温度值判断管路中是否存在水流，还可以判断系统是否运行，例如温度值高于预设温度值，证明余热排出装置中的水正在与堆芯进行换热，系统正在运行。[0070] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括流量测量仪表27，流量测量仪表27连接于第一隔离阀8与第三容质空间18之间。流量测量仪表27用于对返回第三空间的载热介质的流量进行测量。[0071] 在本申请一些实施例中，余热排出装置还包括冷段温度测量仪表29，冷段温度测量仪表29连接于第一隔离阀8与第三容质空间18之间。冷段温度测量仪表29用于测量由冷却塔返回第三容质空间18的载热介质的温度值。[0072] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0073] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。[0074] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0075] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0076] 在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。[0077] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

专利地区：上海

专利申请日期：2022-04-15

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114628051B