核電廠最終熱阱系統的制作方法

本發明屬于核電技術領域，更具體地說，本發明涉及一種核電廠最終熱阱系統。

背景技術：

目前為止，國際上已有因外部突發氣象水文條件如地震、海嘯等導致核電站機組失去廠外電，此時若應急電源(柴油發電機)失效，必將導致反應堆冷卻系統的功能全部喪失并引發事故，發生核泄漏事故。這類事件引發了關于最終熱阱系統設計的思考。除了全廠斷電事故之外，類似強地震引發的海嘯可能將大量雜物堆向海邊，使得廠用水系統取水口堵塞，從而發生喪失最終熱阱事故。

在核電廠設計過程中發現，若核電廠地處位置冬季海水溫度極低，有較長的冰凍期；上游用戶數量多，投運狀態千差萬別，使得熱負荷和流量變化范圍大，最終熱阱系統難以控制；盡管通過系統級改進，使得最終熱阱系統可以正常運行，但增加的大量設備和控制、運行要求使得最終熱阱系統復雜化。

請參照圖1所示，現有最終熱阱系統包括用于上游安全級用戶10的第一安全系列和第二安全系列、一個用于非安全級用戶20的公共非安全系列，安全系列和非安全系列包括設備冷卻水系統(CCWS)和廠用水系統(SWS)，廠用水系統包括冷卻泵組50、過濾器組60和散熱器組40，冷卻泵組50通過水管直接與大海70連通，冷卻水經過濾器組60和散熱器組40排至大海70，設備冷卻水系統包括CCWS循環泵組30和管路，經用戶后的熱水在管路中通過換熱器組40降溫后繼續對用戶進行冷卻，此系統中廠用水系統與循環水系統共用取排水的設計。

這種最終熱阱系統當其中一個獨立安全系列失效時，另一個獨立安全系列可以將熱量排出到環境中，雖然考慮到了第二代(包括二代加)核電廠技術設計基準范圍內的事故工況設計要求，但是依然存在超出第二代(包括二代加)核電廠技術設計基準的外部事件序列的可能性。在全場斷電事故疊加喪失最終熱阱的事故下，這種最終熱阱系統將完全失效，在大規模赤潮出現或臺風導致大量泥沙涌入的情況下，取水構筑物被壅塞，即便配置了過濾器組，也仍然可能迅速被堵塞，同樣造成最終熱阱系統完全失效。

在極端寒冷或極端炎熱地區的廠址，由于SWS系統與CWS系統共用取排水的設計，并且CWS系統流量遠超過SWS系統、運行周期與SWS系統存在明顯差異，因此作為非安全級的CWS系統反而對最終熱阱系統造成直接影響；而且由于用戶數量繁多，啟停規律不統一，造成工況繁多，熱負荷和流量變化范圍巨大，難以實施簡單的控制方案，造成最終熱阱系統設計包絡范圍過大，運行方案復雜，提高了核電廠運行成本，對核電廠安全性有負面影響。

有鑒于此，確有必要提供一種高度可靠且足夠簡化的核電廠最終熱阱系統。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于：提供一種高度可靠且足夠簡化的核電廠最終熱阱系統。

為了實現上述發明目的，本發明提供一種核電廠最終熱阱系統，包括至少一個用于非安全級用戶的非安全系列，以及至少一個用于安全級用戶的安全系列，所述非安全系列和安全系列包括設備冷卻水系統和廠用水系統，所述廠用水系統包括冷卻泵組和換熱器組，其中，每個系列的廠用水系統均成組配置冷卻水池和冷卻塔組，所述冷卻水池位于冷卻泵組上游，冷卻塔組分別與換熱器組出水口和冷卻水池連接；冷卻水池上游設有與外部水域連通的補水池，每個系列的冷卻水池分別與補水池連通。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述廠用水系統還包括分別與補水池和外部水域連通的沉淀水池。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述沉淀水池與外部水域之間設有過濾裝置。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述沉淀水池通過至少一個補水渠與補水池連通。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述冷卻水池與補水池連通的管道，以及補水渠與補水池連通的管道上設有閘門。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述安全系列還包括一與換熱器組出水口連接并直接通向外部水域的應急排水通道。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述最終熱阱系統包括一個用于冷卻非安全級用戶的非安全系列以及兩個用于冷卻安全級用戶的安全系列。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述最終熱阱系統包括兩個用于冷卻非安全級用戶的非安全系列以及四個用于冷卻安全級用戶的安全系列，用于熱負荷大的機組。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述安全系列中將安全級用戶分為事故緩解組、正常停堆組和乏燃料冷卻組，所述安全系列可單獨為事故緩解組、正常停堆組和乏燃料冷卻組提供冷卻。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，在機組處于正常運行工況時，所述安全系列帶載正常停堆組和乏燃料冷卻組，隔離事故緩解組。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，發生事故的工況時，所述安全系列帶載事故緩解組和乏燃料冷卻組，隔離正常停堆組。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述非安全系列中的冷卻泵組、換熱器組和冷卻塔組均滿足非安全級的要求。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述安全系列中的冷卻泵組、換熱器組和冷卻塔組均滿足安全級的要求。

作為本發明核電廠最終熱阱系統的一種改進，所述安全系列配備有相互獨立的廠用電源、應急電源和獨立電源。

相對于現有技術，本發明核電廠最終熱阱系統具有以下有益技術效果：

通過用戶分類，可以靈活應對多變的熱負荷和用戶變化；通過獨立可靠的水源，可以消除外部水域水位變化的影響、減小外部水溫隨季節變化的影響；通過設置沉淀水池、取水渠和補水池，取消一些應對外部條件變化的設備、減少設計邊界條件的變化范圍；以大氣為最終熱阱，外部公開水域作為后備熱阱，最大限度地減少外部水文氣象條件變化的影響，從而起到抵抗外部極端條件的能力強、系統配置簡單、運行操作和維護成本低的目的。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明核電廠最終熱阱系統進行詳細說明，其中：

圖1為現有技術中最終熱阱系統的示意圖。

圖2為本發明核電廠最終熱阱系統的示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的發明目的、技術方案及其技術效果更加清晰，以下結合附圖和具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本發明，并非為了限定本發明。

請參照圖2所示，一種核電廠最終熱阱系統，包括一個用于冷卻非安全級用戶的非安全系列，兩個用于冷卻安全級用戶的安全系列。

安全級用戶分為事故緩解組100、正常停堆組110和乏燃料冷卻組120三類，安全系列A和安全系列B可分別單獨對事故緩解組100、正常停堆組110和乏燃料冷卻組120進行冷卻，在機組處于正常運行工況時，安全系列帶載正常停堆組110和乏燃料冷卻組120，隔離事故緩解組100，發生事故的工況時，安全系列帶載事故緩解組100和乏燃料冷卻組120，隔離正常停堆組110。事故緩解組100和正常停堆組110是熱負荷和冷卻流量可以相互耦合的用戶，非安全級用戶200則與機組安全無關，從而使得最終熱阱系統的中央換熱設備規模縮小，而且通過用戶分類設置，可以靈活應對多變的熱負荷和用戶變化，因此核電廠最終熱阱系統的熱負荷設計將會得到簡化。

安全系列A和安全系列B組成相同，包括設備冷卻水系統和廠用水系統，設備冷卻水系統包括循環泵組300和管道，對安全級用戶進行冷卻，通過循環泵組300使冷卻水在系統內循環，對用戶進行冷卻后的冷卻水水溫升高，通過管道經廠用水系統的換熱器組400將熱量釋放溫度下降后，再用于對用戶的冷卻。

廠用水系統包括冷卻泵組500和換熱器組400，每個安全系列都成組配置有冷卻水池700和冷卻水塔組600，兩個冷卻水池700共用一個補水池800，補水池800為冷卻水池700的主要水源，冷卻泵組500直接從冷卻水池700中取水，冷卻塔組600與換熱器組400的出水口連接并與冷卻水池700連通。

廠用水系統還包括分別與補水池800和外部水域900連通的沉淀水池810。

沉淀水池810與外部水域900之間設置有過濾裝置，以除去水中較大的異物，沉淀水池810通過兩個補水渠820與補水池800連通，控制沉淀水池810和補水渠820中的水流速度，從而使水中較小的異物能得以沉淀。

冷卻水池700通過補水池800補水，補水池800中蓄有足夠水量，并且與外部水域900之間有足夠的保護措施，在任何情況下均可以為冷卻塔組600長時間提供冷卻水。

其中冷卻水池700與補水池800連通的管道，以及補水渠820與補水池800連通的管道上都安裝有閘門830，這樣冷卻水池700可以從補水池800中取水，也可通過關閉閘門830與補水池800隔離而獨立；補水池800與補水渠820之間安裝閘門830，在水質異常的情況下，可通過關閉閘門830隔離補水渠820及其之外的水域，使補水池800相對于外部水域900成為一個獨立的水源。

冷卻水從外部水域900進入沉淀水池810后進行沉淀，經由補水渠820進入到補水池800中并達到一定存儲量，補水池800為冷卻水池700供應冷卻水，冷卻泵組500直接從冷卻水池700中取水，經換熱器組400對設備冷卻水系統進行冷卻后，水的溫度上升進入冷卻塔組600，通過冷卻塔組600向大氣散熱，以大氣為常規最終熱阱，熱量釋放后的水再回到冷卻水池700中。

冷卻塔組600以機組正常運行的熱負荷為單位，每個單位設整數臺冷卻塔；中央換熱器組以機組正常運行的熱負荷為單位，每個單位設整數臺換熱器組400，從而保證冷卻能力可以靈活調節。

由于冷卻水源經過沉淀池810和補水渠820的沉降作用，補水池800不必設置濾網、水生物捕集器等過濾設備，由于補水池800為主要水源，因此外部水位的影響可以消除；而且補水池800水質變化影響小于外部水域900，因此廠用水系統的設備堵塞程度變化范圍也將大幅度縮小，可以適當降低中央換熱器設計的裕度。沉淀水池810、補水渠820和補水池800的設置，取消了一些應對外部條件變化的設備、減少設計邊界條件的變化范圍，從而起到抵抗外部極端條件的能力強、系統配置簡單、運行操作和維護成本低的目的。

此外，在寒冷地區，換熱器組400出水口出來的熱水也可以不經過冷卻塔組600回流到冷卻水池700，從而使得在寒冷地區運行的水源溫度不至于過低。

冷卻水池700從補水池800中直接獨立取水，補水池800通過沉淀水池810和補水渠820從外部水域900補水，補水池800具有一定存水量，在失去補水的情況下可以獨立的為一個安全系列提供至少3個月冷卻水源，保證在發生地震、海嘯、赤潮、臺風等極端氣象的條件下的機組安全。安全系列A和安全系列B中的冷卻泵組500、循環泵組300、換熱器組400以及冷卻塔組600均為安全級，滿足安全系列的要求，即便發生大飛機撞擊等嚴重外部事件的情況下，保證其中至少有一個安全系列可以正常運行。

廠用水系統還包括一條應急排水通道750，一端與換熱器組400的出水口連接，另一端直接通向外部水域900，當安全系列A的冷卻塔組600因外部事件失效，安全系列B因其他事件故障的條件下，可以打開取水通道和應急排水通道750，由失去冷卻塔組600的安全系列A通過應急排水通道750直接將熱水排出到外部水域900(如大海、湖泊、水庫等)，以外部水域900作為應急備用最終熱阱。

最終熱阱系統的安全系列A和安全系列B均配備有相互獨立的廠用電源、應急電源和獨立電源。廠用電源提供機組正常運行用電，應急電源提供機組失去廠用電源時的供電，獨立電源是在上述電源均失去的情況下的后備，用于抵御SBO(全廠斷電事故)事故。

請參照圖2所示，用于非安全級用戶200的非安全系列包括設備冷卻水系統和廠用水系統，其中，設備冷卻水系統和廠用水系統與安全系列A和安全系列B的組成相同，非安全系列中各個設備均為非安全級要求。非安全系列的設備冷卻水系統包括非安全級循環泵310和管道，對非安全級用戶200進行冷卻。

非安全系列的廠用水系統包括非安全級冷卻泵組510和非安全級換熱器組410，以及成組的非安全級冷卻水池710和非安全級冷卻水塔組610，非安全系列與安全系列共用補水池800、沉淀水池810、補水渠820和外部水域900。

冷卻水從外部水域900經過濾裝置后進入沉淀水池810后進行沉淀，經由補水渠820再進入到補水池800中并達到一定存儲量，補水池800為非安全級冷卻水池710供應冷卻水，非安全級冷卻泵組510直接從非安全級冷卻水池710中取水，經非安全級換熱器組410對設備冷卻水系統進行冷卻后，水的溫度上升進入非安全級冷卻塔組610，通過非安全級冷卻塔組610向大氣散熱，以大氣為常規最終熱阱，熱量釋放后的水再回到非安全級冷卻水池710中。

對于熱負荷較大的機組，核電廠最終熱阱系統還可包括四個安全系列和兩個非安全系列，以滿足需求。

結合以上對本發明的詳細描述可以看出，相對于現有技術，本發明至少具有以下有益技術效果：

通過用戶分類，可以靈活應對多變的熱負荷和用戶變化；通過獨立可靠的水源，可以消除外部水域水位變化的影響、減小外部水溫隨季節變化的影響；通過設置沉淀水池、取水渠和補水池，取消一些應對外部條件變化的設備、減少設計邊界條件的變化范圍；以大氣為最終熱阱，外部公開水域作為后備熱阱，最大限度地減少外部水文氣象條件變化的影響，從而起到抵抗外部極端條件的能力強、系統配置簡單、運行操作和維護成本低的目的。

根據上述原理，本發明還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。