一种海洋小型反应堆及其安全系统、安全控制方法与流程

本发明属于核电领域，具体涉及一种海洋小型反应堆及其安全系统、安全控制方法。

背景技术：

1、随着海洋开发的不断深入，海上钻井平台、远洋货轮、海岛等场景下的能源需求日益增长，在海上通过化学燃料发电成本高，而风能、太阳能灯发电设备对气象条件的依赖程度高、容易在恶劣天气中损毁。因此，发电成本低、稳定性好、一次添加燃料后能够长期工作的海洋小型反应堆成为海上应用场景最具潜力的能源供给方案之一。而且，海洋小型反应堆本身功率小、固有安全性高，比陆上核电设施具有更好的综合安全性。但是，目前成熟的核电安全系统多针对陆上的大型核反应堆设计，通常对外部动力或支持系统依赖程度较高，与海洋小型反应堆的特点不相适应，不能充分满足海洋小型反应堆对安全系统的需求。因此，提供一种针对海洋小型反应堆的安全系统，对于提高海洋小型反应堆的安全性能具有很高的实用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种海洋小型反应堆安全系统，提高海洋小型反应堆的耐事故能力。本发明还提供一种海洋小型反应堆和海洋小型反应堆安全控制方法。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种海洋小型反应堆安全系统，包括压力容器与安全壳，其中，所述压力容器配置为一体化压力容器，所述一体化压力容器包括压力容器壳体、稳压器、一二次侧换热器，其中所述压力容器壳体内部形成反应堆容纳腔以容纳反应堆堆芯，所述稳压器和一二次侧换热器设置在所述反应堆容纳腔内；所述安全壳包括内安全壳和外安全壳，所述内安全壳配置为承压导热壳体，所述外安全壳与内安全壳之间配置为换热腔，所述安全壳至少部分设置在海平面以下，所述换热腔内注有海水，所述内安全壳外侧设置有多个非能动余热排出换热器，所述非能动余热排出换热器的位置低于海平面。

3、通过将反应堆一次侧主要设备集成在反应堆压力容器内，能够有效提高压力容器对放射性物质的包容性，降低事故发生后发射线污染物外泄的风险；将安全壳设置为双层结构，包容性的内安全壳至少部分浸没在海水中能够将海洋环境作为外部热阱，能够有效提高反应堆余热排出的能力。

4、进一步地，在部分实施例中，所述稳压器设置在所述压力容器壳体的顶部，所述稳压器上部的壁体与所述压力容器壳体的上封头成一体结构，所述稳压器下部的壁体形成所述反应堆容纳腔的至少部分顶壁，所述稳压器顶部设置有泄压管路。一体式稳压器消除了常规设计下稳压器与反应堆压力容器之间的连接管道(即稳压器波动管)，消除了该连接管道破裂导致事故的风险；通过稳压器能够控制压力容器壳体内的压强稳定。

5、进一步地，在部分实施例中，所述稳压器下部的壁体配置为隔热板，所述隔热板上设置有波动孔用于容纳压力波动。

6、进一步地，在部分实施例中，所述内安全壳内设置有抑压池，所述抑压池配置为容纳有冷却剂和空气的封闭罐体，所述泄压管路接通至所述抑压池内所述冷却剂的液面以下。抑压池能够对泄压管路排入的高压蒸汽进行冷凝液化，降低内安全壳的压力。

7、进一步地，在部分实施例中，所述抑压池还设置有入口管道，所述入口管道一端与所述内安全壳的内部空间相连通，另一端设置在所述抑压池内所述冷却剂的液面以下；所述泄压管路与所述入口管道在所述冷却剂的液面以下的端口设置有抑压鼓泡器。在事故状态下，当内安全壳中出现高压蒸汽，可以通过入口管道通入抑压池冷凝以降低内安全壳中的压力。

8、进一步地，所述抑压池还设置有注水管线，所述注水管线连通至所述反应堆容纳腔，以容许所述抑压池内的所述冷却剂注入所述反应堆容纳腔。

9、进一步地，所述一二次侧换热器配置为至少两组，所述一二次侧换热器之间成等间距排布。多组一二次侧换热器能够提高换热能力、提高故障冗余能力、提高布置紧凑性。

10、进一步地，在部分实施例中，所述内安全壳内设置有多个非能动冷却剂加注装置。

11、进一步地，在部分实施例中，所述非能动冷却剂加注装置通过主管路与旁通管线与所述压力容器相接通，所述主管路设置有安注隔离阀；其中，所述旁通管线与所述主管路并联设置，所述旁通管路的流动阻力不小于所述安注隔离阀开启时所述主管路流动阻力的两倍。通过关闭安注管线隔离阀，能够对非能动冷却剂加注装置的加注路径由主管路切换至旁通管路，从而改变冷却剂加注的流量，这样在事故不同阶段能够对冷却剂的加注流量进行控制，达到延长非能动冷却剂加注装置有效加注时间的效果。

12、进一步地，在部分实施例中，所述非能动余热排出换热器中心高度不低于反应堆堆芯的顶部高度。非能动余热排出换热器不低于堆芯高度能够充分利用冷却剂密度差引发的自然循环流动，提高余热排出效率。

13、进一步地，在部分实施例中，所述外安全壳设置有连通孔以使所述换热腔与海洋相接通，所述连通孔包括上连通孔与下连通孔。上连通孔与下连通孔之间能够形成对流，提高内安全壳的散热效率。

14、本发明另一个方面的实施例提供一种海洋小型反应堆，包括反应堆堆芯与安全系统，其中所述安全系统采用前述任一实施例所提供的海洋小型反应堆安全系统。

15、本发明又一个方面的实施例提供一种海洋小型反应堆安全控制方法，其中所述海洋小型反应堆配置为前述实施例所提供的海洋小型反应堆，该方法包括以下步骤：

16、在发生非loca事故状态下，在所述一二次侧换热器与所述非能动余热排出换热器之间建立闭合的循环回路；在所述一二次侧换热器与所述非能动余热排出换热器之间建立强迫循环，将所述反应堆堆芯的热量带出；在所述反应堆堆芯衰变热降低至给定阈值后，将所述一二次侧换热器与所述非能动余热排出换热器之间的所述强迫循环切换为自然循环，以维持所述反应堆堆芯的温度；

17、在发生loca事故状态下，在所述一二次侧换热器与所述非能动余热排出换热器之间建立闭合的循环回路，通过所述非能动余热排出换热器将所述反应堆堆芯的热量带出；当所述压力容器壳体内的压力或水位降低至低于给定的限值后，对所述压力容器壳体泄压并向所述压力容器壳体内补充冷却剂。

18、进一步地，在部分实施例中，所述海洋小型反应堆安全系统中，所述稳压器顶部设置有泄压管路；所述内安全壳内设置有抑压池，所述抑压池配置为容纳有冷却剂和空气的封闭罐体，所述泄压管路接通至所述抑压池内所述冷却剂的液面以下；所述抑压池还设置有入口管道，所述入口管道一端与所述内安全壳的内部空间相连通，另一端设置在所述抑压池内所述冷却剂的液面以下；所述抑压池还设置有注水管线，所述注水管线连通至所述反应堆容纳腔，以容许所述抑压池内的所述冷却剂注入所述反应堆容纳腔；

19、在发生loca事故状态下，所述压力容器壳体内或所述内安全壳内的高压蒸汽输入所述抑压池内冷凝，所述抑压池内的至少部分冷却剂注入所述反应堆容纳腔以保持所述反应堆堆芯完全浸没在冷却剂中。

技术特征：

1.一种海洋小型反应堆安全系统，包括压力容器与安全壳，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述稳压器设置在所述压力容器壳体的顶部，所述稳压器上部的壁体与所述压力容器壳体的上封头成一体结构，所述稳压器下部的壁体形成所述反应堆容纳腔的至少部分顶壁，所述稳压器顶部设置有泄压管路。

3.根据权利要求2所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述稳压器下部的壁体配置为隔热板，所述隔热板上设置有波动孔用于容纳压力波动。

4.根据权利要求2或3所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述内安全壳内设置有抑压池，所述抑压池配置为容纳有冷却剂和空气的封闭罐体，所述泄压管路接通至所述抑压池内所述冷却剂的液面以下。

5.根据权利要求4所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述抑压池还设置有入口管道，所述入口管道一端与所述内安全壳的内部空间相连通，另一端设置在所述抑压池内所述冷却剂的液面以下；所述泄压管路与所述入口管道在所述冷却剂的液面以下的端口设置有抑压鼓泡器。

6.根据权利要求4所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述抑压池还设置有注水管线，所述注水管线连通至所述反应堆容纳腔，以容许所述抑压池内的所述冷却剂注入所述反应堆容纳腔。

7.根据权利要求1至3中任一所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述一二次侧换热器配置为至少两组，所述一二次侧换热器之间成等间距排布。

8.根据权利要求1至3中任一所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述内安全壳内设置有多个非能动冷却剂加注装置。

9.根据权利要求8所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述非能动冷却剂加注装置通过主管路与旁通管线与所述压力容器相接通，所述主管路设置有安注隔离阀；其中，所述旁通管线与所述主管路并联设置，所述旁通管路的流动阻力不小于所述安注隔离阀开启时所述主管路流动阻力的两倍。

10.根据权利要求1至3中任一所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述非能动余热排出换热器的中心高度不低于反应堆堆芯的顶部高度。

11.根据权利要求1至3中任一所述的海洋小型反应堆安全系统，其特征在于，所述外安全壳设置有连通孔以使所述换热腔与海洋相接通，所述连通孔包括上连通孔与下连通孔。

12.一种海洋小型反应堆，包括反应堆堆芯与安全系统，其特征在于，所述安全系统采用权利要求1至11中任一所述的海洋小型反应堆安全系统。

13.一种海洋小型反应堆安全控制方法，其特征在于，所述海洋小型反应堆配置为如权利要求12所述的海洋小型反应堆，所述海洋小型反应堆安全控制方法包括以下步骤：

14.根据权利要求13所述的海洋小型反应堆安全控制方法，其特征在于，所述海洋小型反应堆安全系统中，所述稳压器顶部设置有泄压管路；所述内安全壳内设置有抑压池，所述抑压池配置为容纳有冷却剂和空气的封闭罐体，所述泄压管路接通至所述抑压池内所述冷却剂的液面以下；所述抑压池还设置有入口管道，所述入口管道一端与所述内安全壳的内部空间相连通，另一端设置在所述抑压池内所述冷却剂的液面以下；所述抑压池还设置有注水管线，所述注水管线连通至所述反应堆容纳腔，以容许所述抑压池内的所述冷却剂注入所述反应堆容纳腔；

技术总结一种海洋小型反应堆安全系统，包括一体化压力容器和包括内安全壳、外安全壳的双层安全壳。其中，一体化压力容器包括压力容器壳体，反应堆堆芯设置在压力容器壳体内，稳压器、一二次侧换热器集成在压力容器壳体内部；内安全壳配置为承压导热壳体，内安全壳与外安全壳之间配置为注有海水的换热腔，安全壳至少部分设置在海平面以下，内安全壳外表面设置有多个非能动余热排出换热器。该安全系统能够有效提高海洋小型反应堆对非LOCA和LOCA事故的耐受能力，改善海洋小型反应堆的安全性。本发明还提供一种海洋小型反应堆及其安全控制方法。技术研发人员：戚展飞,杨子江,刘镝,樊普,曹克美,王海涛,王国栋,吴燕华,胡楠,李睿,任文星,唐珂受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5