一种应用于核电厂的非能动化学加药系统论文和设计-王思远

全文摘要

本实用新型提供一种应用于核电厂的非能动化学加药系统，其包括：设置在安全壳内且位于水箱上方的化学添加箱和常闭隔离阀；所述化学添加箱通过管道与所述常闭隔离阀的一端连接，所述常闭隔离阀的另一端通过管道与水箱连接；所述常闭隔离阀用于在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时打开。本实用新型采用非能动注入方式对水箱进行化学加药，加药方式简单，设备和管道数量少；由于常闭隔离阀设置在化学添加箱与水箱之间的管道上，消除了安全壳喷淋泵气蚀的风险；所述化学加药系统需同时满足安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标这两种条件时才开始加药，避免在安全壳内放射性水平并未增加的事故工况下启动。

主设计要求

1.一种应用于核电厂的非能动化学加药系统，其特征在于，包括：设置在安全壳内且位于水箱上方的化学添加箱和常闭隔离阀；所述化学添加箱通过管道与所述常闭隔离阀的一端连接，所述常闭隔离阀的另一端通过管道与水箱连接；所述常闭隔离阀用于在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时打开。

设计方案

2.根据权利要求1所述的化学加药系统，其特征在于，还包括：控制器；所述控制器与所述常闭隔离阀电连接，用于在电站正常运行期间保持所述常闭隔离阀处于关闭状态，以及在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，控制所述常闭隔离阀打开。

3.根据权利要求2所述的化学加药系统，其特征在于，还包括：混合泵；所述混合泵的入口和出口分别通过管道与所述化学添加箱连接。

4.根据权利要求3所述的化学加药系统，其特征在于，所述混合泵的入口通过管道与所述化学添加箱的底部连接，所述混合泵的出口通过管道与所述化学添加箱的顶部连接。

5.根据权利要求3所述的化学加药系统，其特征在于，所述控制器还与所述混合泵电连接，用于在电站正常运行期间启动所述混合泵，以及在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，控制所述混合泵停止运转。

6.根据权利要求5所述的化学加药系统，其特征在于，所述控制器具体用于，在电站正常运行期间每隔预设时间段启动所述混合泵。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的化学加药系统，其特征在于，所述常闭隔离阀采用两个，且这两个常闭隔离阀并联。

8.根据权利要求7所述的化学加药系统，其特征在于，每个所述常闭隔离阀的另一端分别通过单独的管道与水箱连接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的化学加药系统，其特征在于，所述水箱内容纳有酸性溶液，所述化学添加箱内容纳有碱性溶液。

10.根据权利要求9所述的化学加药系统，其特征在于，所述水箱内容纳有硼酸溶液，所述化学添加箱内容纳有氢氧化钠溶液。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及核工业技术领域，具体涉及一种应用于核电厂的非能动化学加药系统。

背景技术

安全壳作为核动力厂的重要安全屏障，可保护反应堆免于外部事件的危害；事故后作为核反应堆放射性包容的最后一道屏障，可保护环境及公众免于过量辐射。当反应堆发生失水事故或主蒸汽管破裂事故后，大量的质能释放至安全壳内，引起安全壳温度及压力迅速升高，同时安全壳内的放射性水平也迅速升高。为防止安全壳超温超压，必须及时将安全壳热量导出，同时降低安全壳内的放射性水平。

安全壳喷淋系统是压水堆核电站中的重要专设安全系统，其功能是：在事故工况下，当安全壳内的压力和温度升高到一定值时，将安全壳内的压力和温度降低至可接受的水平，以保持安全壳的完整性。同时，通过化学加药系统，调节喷淋液的pH值，进而降低安全壳内的气载放射性水平。

在现有的化学加药方式中，需要通过设置在安全壳喷淋泵的旁通管线上的喷射器将化学加药箱中的溶液进行远距离传输，然后与喷淋液混合，以调节喷淋液的pH值。由于安全壳喷淋泵运行时间较长，而化学加药的过程大概只维持半个小时，在加药结束后，若加药管线上的隔离阀未能及时关闭，则安全壳喷淋泵存在气蚀的风险；同时，由于氢氧化钠溶液碱性很强，初始阶段混合后的喷淋溶液碱性较强，对设备腐蚀较为严重；另外，在现有电站运行的经验反馈中，当安全壳内发生LOCA(Lost of coolant accident，失水事故)时，安全壳喷淋系统也会启动，同时启动化学加药系统，但此时壳内的放射性水平并没有增加，因此无需进行加药，然而现有的加药方式无法满足此要求；同时，现有加药方式中管道布置冗长，设备过多，操作复杂。

实用新型内容

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本实用新型。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种应用于核电厂的非能动化学加药系统，其包括：设置在安全壳内且位于水箱上方的化学添加箱和常闭隔离阀；所述化学添加箱通过管道与所述常闭隔离阀的一端连接，所述常闭隔离阀的另一端通过管道与水箱连接；所述常闭隔离阀用于在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时打开。

可选地，所述化学加药系统还包括：控制器；所述控制器与所述常闭隔离阀电连接，用于在电站正常运行期间保持所述常闭隔离阀处于关闭状态，以及在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，控制所述常闭隔离阀打开。

可选地，所述化学加药系统还包括：混合泵；所述混合泵的入口和出口分别通过管道与所述化学添加箱连接。

可选地，所述混合泵的入口通过管道与所述化学添加箱的底部连接，所述混合泵的出口通过管道与所述化学添加箱的顶部连接。

可选地，所述控制器还与所述混合泵电连接，用于在电站正常运行期间启动所述混合泵，以及在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，控制所述混合泵停止运转。

可选地，所述控制器具体用于，在电站正常运行期间每隔预设时间段启动所述混合泵。

可选地，所述常闭隔离阀采用两个，且这两个常闭隔离阀并联。

可选地，每个所述常闭隔离阀的另一端分别通过单独的管道与水箱连接。

可选地，所述水箱内容纳有酸性溶液，所述化学添加箱内容纳有碱性溶液。

可选地，所述水箱内容纳有硼酸溶液，所述化学添加箱内容纳有氢氧化钠溶液。

有益效果：

本实用新型解决了现有技术中安全壳喷淋系统存在缺陷的问题，通过简单的系统流程，同时增加了非能动重力注水的方式，大大提高了系统功能的可实现性，并降低了设备损坏的风险。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的非能动化学加药系统的结构示意图。

图中：1－化学添加箱；2－混合泵；3、5、8、9－管道；4－常闭隔离阀；6－水箱；7－安全壳；10－安全壳外隔离阀；11－安全壳喷淋泵。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种应用于核电厂的非能动化学加药系统，其包括：设置在安全壳7内且位于水箱6上方的化学添加箱1和常闭隔离阀4，常闭隔离阀4位于化学添加箱1下方；化学添加箱1通过管道8与常闭隔离阀4的一端连接，常闭隔离阀4的另一端通过管道5与水箱6连接；常闭隔离阀4用于在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时打开。

其中，水箱6内容纳有酸性溶液；化学添加箱1内容纳有碱性溶液。较优地，水箱6内容纳有硼酸溶液；化学添加箱1内容纳有氢氧化钠溶液(NaOH溶液)，一般采用质量分数为30％的氢氧化钠溶液。

当然，水箱6还应通过管道依次与安全壳外的隔离阀10和安全壳喷淋泵11连接，而安全壳喷淋泵11还通过管道与安全壳内穹顶处的喷淋环管连接(图中未示出)。

本实施例中，化学添加箱1与管道8、常闭隔离阀4和管道5共同完成化学加药流程，具体地，当安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时打开常闭隔离阀4，化学添加箱1中的溶液在重力的作用下(氢氧化钠溶液)依次通过管线8、常闭隔离阀4和管线5注入水箱6中，以调节水箱6内溶液的pH值，从而将安全壳喷淋系统的喷淋液的pH值调整至碱性范围内，即采用非能动注入方式对水箱进行化学加药，加药方式简单，设备和管道数量少。此外，由于常闭隔离阀4设置在化学添加箱1与水箱6之间的管道上，而非设置在安全壳喷淋泵11的旁通管线上，消除了安全壳喷淋泵气蚀的风险。而且，所述化学加药系统需同时满足安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标这两种条件时才开始加药，避免在安全壳内放射性水平并未增加的事故工况下(如安全壳内发生LOCA事故时)启动。

进一步地，所述化学加药系统还包括：控制器(图中未示出)。控制器与常闭隔离阀4电连接，用于在电站正常运行期间保持常闭隔离阀4处于关闭状态，以及在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，控制常闭隔离阀4打开。

本实施例中，通过控制器对常闭隔离阀4进行自动控制，以使得常闭隔离阀4在电站正常运行期间始终处于关闭状态，防止化学添加箱1中的溶液进入水箱6中；常闭隔离阀4在安全壳喷淋系统启动且安全壳内放射性水平较高时打开，以使得化学添加箱1中的溶液在重力的作用下通过管线8、常闭隔离阀4和管线5注入水箱6中，以调节水箱6内溶液的pH值，进而调节安全壳喷淋系统的喷淋液的pH值，防止酸性喷淋液腐蚀安全壳内设备，并降低事故后安全壳内的放射性水平。

本实施例中，常闭隔离阀4可采用两个，且这两个常闭隔离阀4并联，以避免采用单个常闭隔离阀时，由于阀门损坏而导致整个加药系统无法正常运行。

进一步地，每个常闭隔离阀4的另一端分别通过单独的管道与水箱6连接，以通过设置两列管道增加系统冗余度，保证系统功能的完整性。

如图1所示，所述化学加药系统还包括：混合泵2；混合泵的2入口和出口分别通过管道与化学添加箱1连接。

具体地，混合泵2的入口通过管道3与化学添加箱1的底部连接，混合泵2的出口通过管道9与化学添加箱1的顶部连接。

安全壳喷淋系统是应对核电站设计基准事故而设计的专设安全系统，在电站正常运行期间，安全壳喷淋系统不会动作，而设计基准事故在整个核电站运行周期内发生的概率很小，所以化学添加箱中的溶液就会长期的静置而不使用。由于化学添加箱中的氢氧化钠溶液浓度较高，在长期静置过程中会发生结晶，进而沉淀在化学添加箱底部，堵塞管道出口。为了解决这一问题，本实施例中，化学添加箱1、管道3、混合泵2以及管道9依次相连，共同构成化学添加剂搅拌回路，防止化学添加箱内溶液结晶。通过混合泵2的抽吸作用，将化学添加箱1中的溶液由管道3抽出，经由管道9返回化学添加箱1，实现化学添加箱中溶液的搅拌，可以有效防止电站长期运行过程中化学添加箱内溶液(氢氧化钠溶液)结晶。

控制器还与混合泵2电连接，用于在电站正常运行期间启动混合泵2，以及在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，控制混合泵2停止运转。

本实施例中，通过控制器对混合泵2进行自动控制，在电站正常运行期间使所述化学添加剂搅拌回路运转，而在安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标时，立即使化学添加剂搅拌回路停止运转，以免影响向水箱加药。

进一步地，可以设定为每隔一段时间启动混合泵2。具体地，控制器还用于，在电站正常运行期间每隔预设时间段启动混合泵2。可根据化学添加箱内溶液的大致结晶时间，定期启动混合泵，以通过循环管路对化学添加箱内的溶液进行混合搅拌，防止溶液结晶。至于所述预设时间段的具体数值，可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。

在事故工况下，例如，当反应堆发生主蒸汽管破裂事故后，大量的质能释放至安全壳内，引起安全壳温度及压力迅速升高，同时安全壳内的放射性物质水平迅速上升。为防止安全壳超温超压，降低安全壳内的放射性水平，安全壳喷淋泵在接到安全壳高温\/高压信号后，立即启动喷淋功能，此时化学加药系统中的混合泵2立即停止运转，同时两个常闭隔离阀4在安全壳喷淋系统启动及安全壳内放射性水平较高时自动打开，则化学添加箱1中的氢氧化钠溶液依靠重力流入其下方的水箱6中，与水箱6中的硼酸溶液混合，然后经由安全壳喷淋泵11将混合后的溶液自安全壳7穹顶喷淋下来，降低事故后安全壳内的温度和压力以及安全壳内的放射性物质水平。

可见，所述化学加药系统可以实现两方面的功能，一方面，形成化学添加剂搅拌回路以防止化学添加箱内溶液结晶；另一方面，调节安全壳喷淋系统的喷淋液的pH值。

综上所述，核电厂应用上述非能动化学加药系统之后，在事故工况下，当安全壳内的压力和温度升高到一定值时，安全壳喷淋系统开始运行，此时若安全壳内辐射剂量超标，则混合泵2立即停止运转，同时常闭隔离阀4打开，化学添加箱1中的氢氧化钠溶液依靠自身重力依次流经管道8和管道5后直接进入水箱6中，与水箱6内的溶液混合，然后通过安全壳喷淋泵将混合后的溶液从安全壳穹顶喷淋下来，以实现安全壳喷淋系统功能，并调节安全壳喷淋系统的喷淋液的pH值，防止酸性喷淋液腐蚀安全壳内设备，并降低事故后安全壳内的放射性水平，从而增加了安全壳喷淋系统的安全性和可用性；还可以针对安全壳内不同的温度、压力升高事故工况提供不同喷淋方式，以保证系统功能，例如，在安全壳内放射性水平并未增加的事故工况下(如安全壳内发生LOCA事故时)，仅启动安全壳喷淋系统，而在同时满足安全壳喷淋系统启动及安全壳内辐射剂量超标这两种条件时，才启动化学加药系统。

因此，所述非能动化学加药系统的加药方式操作简单，减少了大量的管道以及设备，提高了该系统的经济性，功能更加稳定可靠，同时还可以避免因安全壳喷淋系统误启动带来的损失以及对设备的腐蚀，消除安全壳喷淋泵气蚀的风险。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

设计图

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