堆芯捕集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及核電站安全設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種在反應(yīng)堆嚴(yán)重事故情況下對(duì)堆芯熔融物進(jìn)行堆外冷卻固化的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)至今日，核電已成為世界上許多國(guó)家的重要能源組成部分。然而，核電具有極高利用價(jià)值的同時(shí)，也可能帶來很大的危害，在利用核電的過程中，如果保護(hù)不當(dāng)而出現(xiàn)核泄漏等重大事故，將會(huì)對(duì)核電廠周邊環(huán)境乃至全人類帶來極其嚴(yán)重的核污染災(zāi)害。
[0003]目前的核電站中，核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)是在安全殼中形成反應(yīng)堆堆腔，在堆腔中設(shè)置壓力容器。當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，堆芯的熔融物會(huì)融穿壓力容器外殼，從而可能發(fā)生極為嚴(yán)重的核泄漏事故。為防止堆芯熔融物的泄漏，目前的常規(guī)做法是使用堆芯熔融物堆外冷卻固化裝置(也叫堆芯捕集器)，常見的有以下幾種:
[0004]一種是在壓力容器的外側(cè)設(shè)置擴(kuò)展室，擴(kuò)展室的下方設(shè)有冷卻水道，當(dāng)堆芯熔融物熔穿下封頭后，熔融物流入擴(kuò)展室，利用擴(kuò)展室的大面積平面對(duì)熔融物進(jìn)行冷卻，冷卻水道內(nèi)的冷卻水可對(duì)熔融物進(jìn)行冷卻以防止擴(kuò)展室被融穿。但這種結(jié)構(gòu)采用一個(gè)面積很大的平面來進(jìn)行熔融物攤平，以增大熔融物的冷卻面積，加快熔融物的冷卻速度，但這樣的設(shè)計(jì)意味著要占據(jù)安全殼下部很大的面積和空間，進(jìn)而造價(jià)較高，也增加了設(shè)計(jì)難度。
[0005]另一種方式是在壓力容器的下方設(shè)置桶狀的收集器，在收集器內(nèi)設(shè)置可融化的犧牲材料，收集器外設(shè)有冷卻水道，熔融物流入收集器后與其內(nèi)設(shè)置的犧牲材料相互作用，熔融物在融化犧牲材料的過程中被逐漸降溫。由于收集器的形狀限制，導(dǎo)致僅依靠收集器的壁面帶走熔融物的衰變熱，傳熱面積小，導(dǎo)致傳熱量小，特別是中部熔融物匯集后冷卻明顯不足。
[0006]再一種方式是在壓力容器的下方設(shè)置收集器，收集器的外部設(shè)有冷卻水道，收集器的內(nèi)部設(shè)有混凝土底板，并在收集器的底部設(shè)置噴嘴，且噴嘴的上端伸入堆腔混凝土底板，噴嘴的下端伸入冷卻水道。熔融物流入收集器后，先與混凝土底板發(fā)生相互作用導(dǎo)致混凝土不斷消融，混凝土底板起到了犧牲材料的作用，在一定程度上降低堆芯熔融物的溫度；當(dāng)熔融物將噴嘴的上端熔化后，冷卻水道內(nèi)的冷卻水通過噴嘴注入，實(shí)現(xiàn)了熔融物的底部注水，能夠?qū)θ廴谖飳?shí)施快速冷卻。但熔融物與冷卻水直接接觸時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量蒸汽會(huì)造成安全殼壓力瞬間升高以致破壞，甚至?xí)a(chǎn)生蒸汽爆炸，從而造成嚴(yán)重后果。
[0007]因此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、傳熱效果好、造價(jià)低的非能動(dòng)堆芯捕集器，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、傳熱效果好、造價(jià)低的堆芯捕集器。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:提供一種堆芯捕集器，其包括殼體、冷卻通道及定位格架；所述殼體設(shè)于壓力容器的下方，所述殼體呈中空結(jié)構(gòu)且頂部開口，所述殼體的底部設(shè)有冷卻劑進(jìn)口，所述殼體的上端還設(shè)有冷卻劑出口 ；所述冷卻通道包括水平通道及與所述水平通道相連通的多個(gè)呈棒狀的豎直通道，所述水平通道設(shè)于所述殼體的底部并與所述冷卻劑進(jìn)口相連通，所述豎直通道容置于所述殼體內(nèi)并向所述殼體的頂部延伸，相鄰的所述豎直通道之間形成熔融物填充通道；所述定位格架套設(shè)于所述豎直通道外并固定于所述殼體的內(nèi)壁，且所述定位格架上開設(shè)有連通所述熔融物填充通道的過流孔。
[0010]較佳地，所述豎直通道的底端與所述水平通道相連通，所述豎直通道的頂端蓋設(shè)有呈圓錐形的頂帽，所述頂帽上開設(shè)有連通所述豎直通道和所述殼體的中空結(jié)構(gòu)的通氣孔。
[0011]較佳地，所述頂帽的底面積大于所述豎直通道的橫截面積，所述通氣孔開設(shè)于所述頂帽的底面，且所述通氣孔位于所述頂帽的底面邊緣與所述豎直通道的外緣之間。
[0012]較佳地，所述殼體內(nèi)設(shè)置有一底板，所述底板與所述殼體的底面之間形成所述水平通道，所述豎直通道的側(cè)壁固定于所述底板。
[0013]較佳地，所述豎直通道的側(cè)壁包括鋼管及包設(shè)于所述鋼管外的耐高溫層。
[0014]較佳地，多個(gè)所述豎直通道呈正方形或三角形排列。
[0015]較佳地，所述定位格架上開設(shè)有與所述豎直通道相對(duì)應(yīng)的安裝孔，所述安裝孔套設(shè)于所述豎直通道的側(cè)壁外。
[0016]較佳地，所述定位格架包括鋼板層及蓋設(shè)于所述鋼板層上方的陶瓷層。
[0017]較佳地，所述殼體的內(nèi)壁面覆蓋有陶瓷隔熱層。
[0018]較佳地，所述冷卻劑進(jìn)口通過第一管道連通設(shè)于所述殼體外的換料水箱的底部，且所述換料水箱的位置高于所述水平通道的位置。
[0019]較佳地，所述冷卻劑出口通過第二管道連通設(shè)于所述殼體外的換料水箱的頂部，且所述第二管道伸入所述換料水箱內(nèi)的冷卻劑液面以下。
[0020]較佳地，所述堆芯捕集器還包括導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流結(jié)構(gòu)設(shè)于所述壓力容器與所述殼體之間，且所述導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與所述殼體的中空結(jié)構(gòu)相連通，用于將堆芯熔融物導(dǎo)入所述殼體內(nèi)。
[0021]較佳地，所述導(dǎo)流結(jié)構(gòu)包括依次連接的直管段、傾斜段及水平段，所述直管段的上端包覆于所述壓力容器的下端，所述水平段開設(shè)有通孔。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實(shí)用新型的堆芯捕集器，其豎直通道的棒狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面大大增加了換熱面積，另一方面降低了其周向受力不均勻的風(fēng)險(xiǎn)，特別是大大降低了邊角熱應(yīng)力不均勻可能造成的耐高溫材料層損壞的風(fēng)險(xiǎn)，增加了豎直通道的強(qiáng)度；且，棒狀豎直通道通過定位格架固定，增強(qiáng)了其穩(wěn)定性，降低了由堆芯熔融物下落瞬間沖垮部分豎直通道的可能性。另外，棒狀豎直通道的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，從而靈活改變單位體積內(nèi)的換熱面積，以靈活適應(yīng)不同功率反應(yīng)堆的需要，從而保證堆芯熔融物在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷卻固化，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用面積和空間小、冷卻速度適中的優(yōu)點(diǎn)，使堆芯熔融物冷卻固化過程中的安全性進(jìn)一步提高，且堆芯捕集器的造價(jià)低。再者，由于傳熱面積是以單元為基礎(chǔ)來變化的，因此，不需要進(jìn)行整個(gè)裝置的?；瘜?shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究過程得以簡(jiǎn)化。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型堆芯捕集器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是圖1中冷卻通道呈三角形排列的示意圖。
[0025]圖3是圖1中冷卻通道呈正方形排列的示意圖。
[0026]圖4是圖1中豎直通道的管體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5是圖4的部分剖視圖。
[0028]圖6是圖1中定位格架的部分放大示意圖。
[0029]圖7是圖6中定位格架的鋼板層的俯視圖。
[0030]圖8是圖6中定位格架的陶瓷層的俯視圖。
[0031]圖9是圖1中殼體的部分放大示意圖。
[0032]圖10是本實(shí)用新型堆芯捕集器的使用狀態(tài)示意圖。
[0033]圖11是本實(shí)用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖一。
[0034]圖12是本實(shí)用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖二。
[0035]圖13是本實(shí)用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖三。
[0036]圖14是本實(shí)用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖四。
【具體實(shí)施方式】
[0037]現(xiàn)在參考附圖描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號(hào)代表類似的元件。
[0038]如圖1所示，本實(shí)用新型所提供的堆芯捕集器100，包括殼體110、冷卻通道120、定位格架130及換料水箱140。其中，殼體110設(shè)于壓力容器200的下方，冷卻通道120、定位格架130均設(shè)于殼體110內(nèi)，且定位格架130固定于殼體110的內(nèi)壁，換料水箱140設(shè)于殼體110的外側(cè)并與殼體110相連通。
[0039]具體地，殼體110呈中空結(jié)構(gòu)且頂部開口，殼體110的底部設(shè)有冷卻劑進(jìn)口 111，殼體110的上端的側(cè)壁上開設(shè)有冷卻劑出口 112，堆芯熔融物通過殼體110的頂部開口流入殼體110內(nèi)部。換料水箱140設(shè)于殼體110的一側(cè)且其內(nèi)具有冷卻劑，換料水箱140的位置高于冷卻劑進(jìn)口 111的位置；換料水箱140的底部通過第一管道141連通冷卻劑進(jìn)口 111，換料水箱140的頂部設(shè)有第二管道142，該第二管道142的一端伸入換料水箱140內(nèi)的冷卻劑液面以下，第二管道142的另一端連通冷卻劑出口 112 ;且第一管道141上設(shè)有閥門143。這樣，換料水箱140內(nèi)的冷卻劑可以非能動(dòng)地注入冷卻劑進(jìn)口 111，而殼體110內(nèi)經(jīng)換熱汽化后的冷卻劑可通過第二管道142排出至換料水箱140內(nèi)進(jìn)行冷凝。
[0040]當(dāng)然，冷卻劑出口 112也可以連接到其它地方進(jìn)行冷凝，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。
[0041]繼續(xù)參看圖1所示，所述冷卻通道120包括水平通道121及與水平通道121相連通的多個(gè)呈棒狀的豎直通道122，水平通道121設(shè)于殼體110的底部并與冷卻劑進(jìn)口 111相連通，豎直通道122容置于殼體110內(nèi)并向殼體110的頂部延伸，定位格架130套設(shè)于豎直通道122外并固定于殼體110的內(nèi)壁，以增強(qiáng)豎直通道122的穩(wěn)定性。且，相鄰的豎直通道122之間形成熔融物填充通道123，熔融物填充通道123均勻分布，可以保證堆芯熔融物的均勻流動(dòng)，保證冷卻速度，從而保證堆芯熔融物在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷卻固化。由于采用棒狀結(jié)構(gòu)的豎直通道122，因此能夠?qū)崿F(xiàn)豎直通道122周圍的均勻冷卻，大大降低應(yīng)力，增加可靠性。同時(shí)，由于冷卻通道120的面積大，因此，冷卻速度較快。
[0042]下面結(jié)合圖1-3所示，殼體110內(nèi)設(shè)置有一底板124，底板124與殼體110的底面之間形成水平通道121。每一豎直通道122的側(cè)壁的底端均固定于底板124，且多個(gè)呈棒狀的豎直通道122呈正方形或三角形排列。其中，呈三角形排列的多個(gè)豎直通道122相對(duì)比較緊湊，能夠提供相對(duì)較多的冷卻通道，如圖2所示。呈正方形排列的豎直通道122，可以使堆芯熔融物流動(dòng)阻力較小，而且定位格架130中熔融物過流孔132 (詳見后述)的面積比可以相對(duì)較大，堆芯熔融物可以較迅速的通過定位格架130并較快地平攤到熔融物填充通道123內(nèi)，如圖3所示。
[0043]實(shí)際使用中，可以根據(jù)堆芯大小及熔融物冷卻速度等綜合考慮采用何種排列方式，并且棒狀豎直通道122的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，從而可以靈活改變單位體積內(nèi)的換熱面積，使傳熱面積可以根據(jù)需要按幾何數(shù)量增減，以靈活適應(yīng)不同功率反應(yīng)堆的需要，從而保證堆芯熔融物在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷卻固化，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、冷卻速度適中的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于傳熱面積是以單元為基礎(chǔ)來變化的，因此，不需要像EPR和VVER那樣進(jìn)行整個(gè)裝置的?；瘜?shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究過程得以簡(jiǎn)化。
[0044]下面結(jié)合圖1、4_5所示，底板124上固定有多個(gè)呈中空棒狀結(jié)構(gòu)的管體125，每一管體125的中空結(jié)構(gòu)形成一豎直通道122，每一豎直通道122均與水平通道121相連通，管體125的外壁之