安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)

《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》涉及核電廠安全系統(tǒng)，具體涉及一種安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)。

核電廠安全殼內(nèi)發(fā)生LOCA或主蒸汽管道斷裂等事故時，安全殼內(nèi)高能管線破裂，破口介質(zhì)的噴放力將對周圍的保溫材料、土建結(jié)構(gòu)及設(shè)備的涂漆以及其他物質(zhì)等形成沖擊破壞，從而導(dǎo)致大量各類碎渣的產(chǎn)生，如果碎渣傳遞至安全注入噴淋、安全噴淋系統(tǒng)入口處的水池（例如二代加壓水堆機組中的地坑，三代壓水堆機組中內(nèi)置換料水箱IRWST）并沉積在其內(nèi)部設(shè)置的過濾器上，濾網(wǎng)上的碎渣累積將會引起碎渣層壓降的增加，進而有可能導(dǎo)致安全注入系統(tǒng)或安全殼噴淋系統(tǒng)及泵產(chǎn)生流量不足、汽蝕等問題，影響核電廠安全。

在事故工況下，安全殼噴淋系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)要投入使用，利用IRWST水（或地坑匯集的水）進行堆芯注入和安全殼噴淋，為了保證噴淋水質(zhì)，有必要進行IRWST內(nèi)（或地坑匯集的水）碎渣的過濾。安全系統(tǒng)泵吸入口過濾器即起到過濾雜質(zhì)的作用。安全殼內(nèi)安注系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)泵吸入口處的過濾器，是核電廠安全系統(tǒng)的重要設(shè)備。核電站安全系統(tǒng)泵吸入口過濾器是一種過濾雜質(zhì)的機械類設(shè)備，它安裝于泵吸入口處，能夠過濾帶有大量碎渣的水，并能承受碎渣積聚而帶來的負荷。它的工作原理是，過濾器下游安裝有安全系統(tǒng)泵，泵的運行產(chǎn)生吸水的作用，導(dǎo)致IRWST水（或地坑水）通過過濾器，由于過濾器的阻擋，碎渣滯留在過濾器上游，從而使進入過濾器下游的水的水質(zhì)滿足系統(tǒng)運行要求，避免過量碎渣進入下游管道和堆芯，影響設(shè)備的運行或者堆積在堆芯內(nèi)影響堆芯余熱導(dǎo)出。

截至2012年12月，傳統(tǒng)過濾器直接安裝在安全注入系統(tǒng)或安全殼噴淋系統(tǒng)泵吸入口，采用濾網(wǎng)過濾碎渣，見圖1，圖中1為傳統(tǒng)過濾器，2為安全注入系統(tǒng)或安全殼噴淋系統(tǒng)泵，3為反應(yīng)堆堆芯。

為了防止產(chǎn)生流量不足、汽蝕等問題，傳統(tǒng)過濾器需要具有較大的過濾面積，保證過濾器整體壓降在限值內(nèi)。因此傳統(tǒng)過濾器的布置需要占據(jù)相當大空間，以二代壓水堆核電廠為例，地坑過濾器布置占據(jù)了一半的環(huán)廊面積。同時由于流通面積過大，還導(dǎo)致通過濾網(wǎng)的微粒和纖維較多，可能影響反應(yīng)堆堆芯的熱量導(dǎo)出。

圖1為相關(guān)技術(shù)中地坑過濾器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》的碎渣攔污柵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》的碎渣滯留籃結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》的泵吸入口過濾器的一個過濾模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

2021年6月24日，《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。

《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》通過將傳統(tǒng)的過濾器單級過濾改為三級過濾，在內(nèi)置換料水箱（IRWST）處設(shè)置了三級過濾器，在事故工況下攔截碎渣，對IRWST收集到的水進行精細過濾，以確保進入安全殼噴淋系統(tǒng)（CSP）及安全注入系統(tǒng)（RSI）的水不會引起CSP系統(tǒng)噴淋環(huán)管上的噴嘴的堵塞以及在RSI系統(tǒng)再循環(huán)階段對燃料棒支撐隔柵的堵塞。

如圖2所示，《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》提供的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，包括設(shè)置在內(nèi)置換料水箱上層樓板的孔洞7上方的碎渣攔污柵4，在所述上層樓板的孔洞7下方的內(nèi)置換料水箱內(nèi)設(shè)置碎渣滯留籃5，碎渣滯留籃5上部開口高度高于內(nèi)置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內(nèi)置換料水箱的上層樓板孔洞7；在內(nèi)置換料水箱內(nèi)，碎渣滯留籃5與泵吸入口過濾器6獨立設(shè)置，或者將碎渣滯留籃5與泵吸入口過濾器6采用固定裝置連接；碎渣攔污柵4、碎渣滯留籃5、泵吸入口過濾器6形成三級過濾系統(tǒng)。

為了增大碎渣攔污柵4的攔截面積，《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》將碎渣攔污柵設(shè)計為波浪式曲面結(jié)構(gòu)，如圖3所示。為了增大碎渣攔污柵的結(jié)構(gòu)強度，在碎渣攔污柵4的底部設(shè)計中增加加強筋，同時可防止攔污柵脫落至內(nèi)置換料水箱中。碎渣攔污柵的具體介紹可以參照申請人同期申請的專利《內(nèi)置換料水箱的大碎渣攔污柵》。

碎渣滯留籃5固定設(shè)置在內(nèi)置換料水箱內(nèi)，碎渣滯留籃5的高度高于內(nèi)置換料水箱中液體的最高液面，碎渣滯留籃5的開口對準內(nèi)置換料水箱的上層樓板孔洞3，如圖2所示。內(nèi)置換料水箱的上層樓板具有若干孔洞7，在孔洞7的下方設(shè)置滯留籃5。碎渣滯留籃5的結(jié)構(gòu)如圖4所示，碎渣滯留籃5應(yīng)具有能夠接受來自上游的所有水流及碎渣的開口面積；為防止碎渣遺漏在碎渣滯留籃外，必要時可以在碎渣滯留籃5的開口處周圍設(shè)置碎渣收集板；碎渣滯留籃5還包括起承重作用的加強筋，保證碎渣滯留籃1具有足夠的強度在貯存碎渣的同時承受水流的沖擊。碎渣滯留籃的具體介紹可以參照申請人同期申請的專利《一種用于攔截并貯存碎渣的裝置》。

泵吸入口過濾器包括若干個沿安全殼內(nèi)置換料水箱環(huán)形區(qū)布置的過濾模塊，在安全系統(tǒng)泵吸入口的四邊設(shè)置基座，過濾模塊固定在基座上。泵吸入口過濾器設(shè)置使用模塊化設(shè)計，每個過濾器組件由數(shù)十組過濾模塊連接而成。根據(jù)上游分析碎渣量導(dǎo)致的過濾器壓降需確保吸入口下游系統(tǒng)泵的凈正吸入壓頭要求。過濾器將長期淹沒于內(nèi)置換料水箱水中，過濾器組件可靈活布置。

如圖5所示，所述每個過濾模塊9包括設(shè)置在安全系統(tǒng)泵吸入口地坑上方的匯流箱11，匯流箱11沿環(huán)形區(qū)10的兩側(cè)連接匯流筒道12，匯流筒道12上設(shè)有過濾組件13，過濾組件13采用板片狀或柱狀結(jié)構(gòu)，在板片上或柱面上設(shè)有用于過濾碎渣的過濾孔。

為了避免過濾面積過大而受到布置空間及占地面積的限制，可通過同一系列的安注安噴系統(tǒng)共用某些過濾模塊組件，以滿足過濾面積的要求。

位于安全系統(tǒng)泵吸入口地坑8上方的匯流箱11是正方體或長方體結(jié)構(gòu)，便于進行與地面或墻面的固定連接。與地面和墻面的固定連接要保證密封，避免大的碎渣及顆粒進入安全系統(tǒng)泵吸入口。匯流箱11沿環(huán)形區(qū)兩側(cè)連接匯流筒道12。匯流箱的組合面基本為實體鋼板，必要時加排氣孔或排氣導(dǎo)管。

匯流筒道12為從地坑匯流箱向外延伸的流體匯集部件。匯流筒道12橫截面可以為圓形、橢圓形、正方形、多邊形或長方形等適用形狀。匯流筒道12的基本組合面為實體鋼板。對于需要安裝過濾組件13的位置進行必要的開孔設(shè)計。匯流筒道12除與地面連接的區(qū)域外，均可以適當安裝過濾組件13。過濾組件13與匯流筒道12的連接方式可以為上裝式、上側(cè)裝式、三側(cè)裝式、環(huán)繞式等多種類似形式。

匯流筒道12、匯流箱11與過濾組件13的各零部件之間的連接采用螺栓連接形式，避免因為焊接連接而產(chǎn)生熱變形，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和堅固性。

安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)專利目的

《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》的目的是提供一種占地面積小、布置更為靈活，且過濾效率高的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)。

安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)技術(shù)方案

《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》包括設(shè)置在內(nèi)置換料水箱上層樓板的孔洞上方的碎渣攔污柵，在所述上層樓板的孔洞下方的內(nèi)置換料水箱內(nèi)設(shè)置碎渣滯留籃，碎渣滯留籃上部開口高度高于內(nèi)置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內(nèi)置換料水箱的上層樓板孔洞。在內(nèi)置換料水箱內(nèi)，碎渣滯留籃與泵吸入口過濾器獨立設(shè)置，如果受空間限值，可以將碎渣滯留籃與泵吸入口過濾器采用固定裝置連接；碎渣攔污柵、碎渣滯留籃、泵吸入口過濾器形成三級過濾系統(tǒng)。

進一步，所述的碎渣攔污柵整體為波浪式曲面結(jié)構(gòu)；碎渣攔污柵的底部設(shè)置加強筋。

進一步，所述碎渣滯留籃具有能夠接受來自上游的所有水流及碎渣的開口面積；所述碎渣滯留籃的開口處周圍設(shè)置碎渣收集板；所述碎渣滯留籃的表面為不銹鋼制多孔濾網(wǎng)。

進一步，所述的泵吸入口過濾器包括若干個沿安全殼內(nèi)置換料水箱環(huán)形區(qū)布置的過濾模塊，在安全系統(tǒng)泵吸入口的四邊設(shè)置基座，所述過濾模塊固定在基座上，每個過濾模塊包括設(shè)置在安全系統(tǒng)泵吸入口地坑上方的匯流箱，匯流箱沿環(huán)形區(qū)的兩側(cè)連接匯流筒道，匯流筒道上設(shè)有過濾組件，過濾組件采用板片狀或柱狀結(jié)構(gòu)，在板片上或柱面上設(shè)有用于過濾碎渣的過濾孔。

更進一步，當所述過濾組件為板片狀結(jié)構(gòu)時，過濾組件的過濾板采用波浪狀打孔板，以增加過濾面積；過濾組件的過濾孔直徑或邊長小于2.1毫米（或要求的孔徑）。

安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)有益效果

《安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)》采用三級過濾，碎渣攔污柵可以攔截大碎渣，防止外來沖擊，提高了過濾器應(yīng)對事故的能力，提高系統(tǒng)的安全性；碎渣滯留籃采用與泵吸入口過濾器類似或相同的濾網(wǎng)表面，可以攔截并儲存大部分碎渣，從而極大減少到達最后一級過濾器碎渣量，并且可以保證IRWST內(nèi)的水質(zhì)，由于到達泵吸入口過濾器的碎渣量大大減少，從而可以在減少最后一級過濾器的過濾面積的同時仍然保持較低的壓降，而且通過過濾器的微小顆粒和纖維的總量減少，降低下游發(fā)生堵塞的可能性，提高反應(yīng)堆安全性；而且三級過濾器，占地面積較小，布置更為靈活，不需要大面積空間，同時適用于內(nèi)置換料水箱這種水下環(huán)境。

1.一種安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：包括設(shè)置在內(nèi)置換料水箱上層樓板的孔洞（7）上方的碎渣攔污柵（4），在所述上層樓板的孔洞（7）下方的內(nèi)置換料水箱內(nèi)設(shè)置碎渣滯留籃（5），碎渣滯留籃（5）上部開口高度高于內(nèi)置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內(nèi)置換料水箱的上層樓板孔洞（7）；在內(nèi)置換料水箱內(nèi)，碎渣滯留籃（5）與泵吸入口過濾器（6）獨立設(shè)置，或者將碎渣滯留籃（5）與泵吸入口過濾器（6）采用固定裝置連接；碎渣攔污柵（4）、碎渣滯留籃（5）、泵吸入口過濾器（6）形成三級過濾系統(tǒng)。

2.如權(quán)利要求1所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：所述的碎渣攔污柵（4）整體為波浪式曲面結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求2所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：所述的碎渣攔污柵（4）的底部設(shè)置加強筋。

4.如權(quán)利要求1所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：所述碎渣滯留籃（5）具有能夠接受來自上游的所有水流及碎渣的開口面積。

5.如權(quán)利要求4所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：所述碎渣滯留籃（5）的開口處周圍設(shè)置碎渣收集板。

6.如權(quán)利要求4或5所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：所述碎渣滯留籃（5）的表面為不銹鋼制多孔濾網(wǎng)。

7.如權(quán)利要求1所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：所述的泵吸入口過濾器（6）包括若干個沿安全殼內(nèi)置換料水箱環(huán)形區(qū)（10）布置的過濾模塊（9），在安全系統(tǒng)泵吸入口的四邊設(shè)置基座，所述過濾模塊固定在基座上，每個過濾模塊包括設(shè)置在安全系統(tǒng)泵吸入口地坑（8）上方的匯流箱（11），匯流箱（11）沿環(huán)形區(qū)的兩側(cè)連接匯流筒道（12），匯流筒道（12）上設(shè)有過濾組件（13），過濾組件（13）采用板片狀或柱狀結(jié)構(gòu)，在板片上或柱面上設(shè)有用于過濾碎渣的過濾孔。

8.如權(quán)利要求7所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：當所述過濾組件（13）為板片狀結(jié)構(gòu)時，過濾組件（13）的過濾板采用波浪狀打孔板，以增加過濾面積。

9.如權(quán)利要求7或8所述的安全殼內(nèi)置換料水箱過濾器系統(tǒng)，其特征在于：過濾組件（13）的過濾孔直徑或邊長小于2.1毫米。

安全殼內(nèi)置換料水箱（IRWST）是 AP1000六大專設(shè)安全核設(shè)施之一的非能動堆芯冷卻（PXS ）系統(tǒng)的一個重要組件，對對AP1000核電的安全運行起著非常重要的作用。

水箱內(nèi)的液位就是水箱內(nèi)的水位。

安全殼內(nèi)置換料水箱是一個大體積并內(nèi)襯不銹鋼的水箱，放置在安全殼內(nèi)運行平臺的下面。IRWST為安全C級，抗震I類設(shè)備。該水箱作為安全殼內(nèi)的一個整體結(jié)構(gòu)建造，并且與鋼制安全殼容器隔開。IRWST與正常的余熱排出系統(tǒng)相連，這樣換料水箱和RCS/換料腔室的水可以實現(xiàn)相互流動，通過乏燃料池冷卻系統(tǒng)提供凈化和取樣，通過化容控制系統(tǒng)可以遠距離地調(diào)節(jié)硼濃度。同時，正常的余熱排出系統(tǒng)能夠為IRWST 提供冷卻。

IRWST 參數(shù)描述如下：

容量足以滿足以下需求:

1）在正常換料期間淹沒換料腔室;

2）LOCA事故后保證長期冷卻模式下所需要的安全殼水位;

3）保證PRHR HX 的運行。

4）換料水箱的水裝量考慮了安注期間DVI 管線破裂的保守泄漏量。