技术领域
[0001] 本
发明涉及压水核反应堆停堆技术领域，具体涉及压水核反应堆套管型备用停堆系统及方法。
背景技术
[0002] 根据最新颁布的《核动
力厂设计安全规定(HAF 102-2016)》对核动力厂系统设计的要求，对于反应堆停堆，系统设计上“必须至少由两个多样化的且独立的系统组成”且保证“即使在
堆芯处于
反应性最大的状态下，必须至少有一个系统能够独立地以足够的深度和高可靠性使反应堆保持次
临界状态”。
[0003] 按照上述要求，现行压水核反应堆都配备两套反应堆停堆系统，其中第一套停堆系统多是利用
控制棒系统控制堆芯反应性，具备反应性控制速度快的特点，可满足快速安全停堆的要求。控制棒系统主要由控制棒(
中子吸收材料)和控制棒驱动机构组成，两者通过机械连接起来，控制棒系统是利用电磁驱动的原理通过控制棒驱动机构操纵控制棒(中子吸收材料)在堆芯预留孔道内进出，达到控制反应性，实现停堆的目的。
[0004] 第二套停堆系统，即备用停堆系统的设计目前尚无统一的标准，目前多采用一回路注入液态浓
硼酸的方式实现停堆功能，此外，还有利用
加速弹簧驱动控制棒快速插入堆芯实现快速停堆功能的设计等。下面对国际上压水堆备用停堆技术进行简述。
[0005] 俄罗斯VVER-1000型机组、法国EPR类型电厂以及自主化三代核电华龙一号均设置了应急注硼系统，用于在发生未能正常停堆的预计响应瞬态(ATWS)时，向
反应堆冷却剂系统注入浓硼
酸溶液(液态中子吸收体)，将堆芯带入次临界状态。系统由浓硼箱、快开
阀(无须用电)及相关管路组成。通过主
泵惰转驱动、高压气体驱动或自身重力驱动的方式将浓硼酸溶液注入反应堆
冷却剂回路，并与一回路冷却剂掺混，一同进入堆芯，实现停堆功能。
[0006] 美国ESBWR反应堆采用备用液体控制系统(SLCS)提供停堆的备用方法，向反应堆注入液态中子吸收体。该系统在探测到一回路破口事故(LOCA)或ATWS事故后自动触发，通过加压安注箱，以非能动的方式快速且直接注入堆芯旁路区，实现停堆功能。与此系统原理类似，加拿大先进重水堆ACR1000的备用停堆系统以及阿根廷CAREM反应堆也是采用预加压氦气箱的方式将液体中子吸收体注入一回路系统内以实现停堆功能。
[0007] 小型堆方面，美国西屋的模
块式小堆SMR的反应性控制在正常情况通过控制棒，当极端情况下控制棒无法落入堆芯或在停堆工况下发生了事故，将通过多样化停堆系统进行保护，具体是通过将CMT中的浓硼水通过重力注入堆芯，该浓硼水也用来对电厂进行长期的反应性控制。
[0008] 由美国发起，联合国际先进核能国家开发的一个非能动安全一体化小堆IRIS同样设计了全压应急注硼箱，可在瞬态情况下通过直接注入管线向反应堆注入硼水。
[0009] 国内200MW低温供热堆采用了重力注硼系统，采用虹吸管式重力注硼方案，它具有安全、可靠、经济、系统简单等优点。当需要注硼时，依次打开压力壳与注硼罐之间管路上的阀
门，待注硼罐内压力与压力壳压力达到平衡后，利用注硼罐与压力壳内的液位差作为动力将硼液注入压力壳。进入压力壳的硼水随一回路水一起循环流经堆芯，使反应堆停闭。
[0010] 综上所述，我国核安全相关规定要求核动力厂系统必须配备备用停堆系统，且工作原理需与第一套停堆系统不同；
压水反应堆第一套停堆系统主要采用电磁驱动固体中子吸收材料的方式实现反应性控制及停堆功能实现。业界所采用的反应堆备用停堆系统多采用一回路直接注入液态中子吸收剂的方式实现停堆功能，因此，现有的备用停堆系统导致液态中子吸收剂与一回路冷却剂发生掺混。
发明内容
[0011] 本发明的目的在于提供压水核反应堆套管型备用停堆系统，解决现有的备用停堆系统导致液态中子吸收剂与一回路冷却剂发生掺混的问题。
[0012] 此外，本发明还请提供基于上述停堆系统的停堆方法。
[0013] 本发明通过下述技术方案实现：
[0014] 压水核反应堆套管型备用停堆系统，包括设置在
压力容器内的套管式注入单元和设置在压力容器外部的停堆液循环系统，所述套管式注入单元插入堆芯内，所述套管式注入单元包括内套管和设置在内套管外侧的外套管，所述内套管的下端为开口结构，所述外套管为封闭式结构，所述内套管的下端与外套管底部之间具有一定的间隙，所述停堆液循环系统包括可溶性
中子毒物箱和去离子水箱，所述可溶性中子毒物箱和去离子水箱的排液端均通过管道与外套管连通，该管道上设置有
循环泵，所述可溶性中子毒物箱和去离子水箱的进液端均通过管道与内套管连通，所述可溶性中子毒物箱的排液端和进液端的管道上分别设置有出口阀R1和回流阀R2，所述去离子水箱的排液端和进液端的管道上分别设置有出口阀W1和回流阀W2。
[0015] 目前，国际上主要的压水核反应堆所采用的备用停堆系统设计中，多采用向一回路直接注入液态硼酸溶液作为中子吸收剂的方式实现在停堆功能，采用这种直接注入方式必然引起一回路冷却剂与液态中子吸收剂发生掺混，造成一回路冷却剂系统的污染。重新启堆之前，需采用去离子水对一回路系统冷却剂系统进行彻底清洗，这将耗费大量人力、物力。同时，为了维持硼酸溶液不发生结晶，需配备加热装置将硼酸溶液
温度维持在一定范围。为此，为了维持系统正常运行，需配置大量辅助设备，增加了系统运行与维护成本，也增加了系统所需空间。
[0016] 本发明所述停堆系统采用“非
接触式”(毒物在套管式注入单元内循环)毒物注入方式，将中子吸收毒物与一回路冷却剂隔开，彻底避免了路硼酸溶液直接注入方式对反应堆冷却剂系统一回路所造成的污染问题；采用“套管式”紧凑型结构设计以及常温条件下不发生结晶的可溶性溶液作为中子吸收剂，进一步简化了系统配置并降低了对设备布置的空间需求，特别适用于
安全壳内部空间有限、设备密集度高的一体化模块式反应堆。
[0017] 进一步地，内套管的上端凸出于外套管的顶部。
[0018] 便于内套管与管道连接实现液体回流。
[0019] 进一步地，外套管的
侧壁上设置有进水管。
[0020] 便于外套管管道连接实现液体流入外套管。
[0021] 进一步地，内套管的下端与外套管底部之间的间隙大于等于内套管的内径。
[0022] 有利于液体在套管式注入单元内循环。
[0023] 进一步地，套管式注入单元与控制棒平行设置。
[0024] 进一步地，套管式注入单元与控制棒采用同一套固定结构固定在反应堆内。
[0025] 进一步地，套管式注入单元的数量至少设置有2个。
[0026] 一种基于上述压水核反应堆套管型备用停堆系统的停堆方法，包括以下步骤：
[0027] 1)、紧急停堆过程：
[0028] 11)、关闭出口阀门W1和回流阀W2，确认循环泵处于停闭状态；
[0029] 12)、开启出口阀R1和回流阀R2，启动循环泵，将可溶性中子毒物箱内的可溶性中子吸收体注入外套管内，可溶性中子吸收体通过外套管注入、内套管回流实现循环，可溶性中子吸收剂非接触式进入堆芯，达到快速停堆，维持反应性的目的；
[0030] 2)、重新启堆过程：
[0031] 21)、关闭出口阀门R1、循环泵，保持回流阀门R2开启；
[0032] 22)、开启出口阀W1，同时保持回流阀W2关闭，启动循环泵将清水注入外套管内，将可溶性中子吸收体排出套管式注入单元并通过回流阀R2回流至可溶性毒物贮藏箱中；
[0033] 23)、待套管式注入单元中的可溶性中子吸收体全部回流至可溶性毒物贮藏箱后，关闭回流阀R2，开启回流阀W2，使得多余的清水回流至去离子水箱；
[0034] 24)、关闭循环泵，做好重新启堆前的准备。
[0035] 本发明与
现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0036] 1、本发明的中子吸收剂通过套管式注入单元与反应堆冷却剂隔离开，因此中子吸收剂不会与反应堆冷却剂发生接触，避免了常规化学注入停堆系统一旦启动即对冷却剂系统造成污染的问题。这一“非接触”特性可以节省反应堆后续启堆过程一回路清洗工作量，缩短反应堆重启间隔，提升反应堆经济型。
[0037] 2、本发明采用“套管”可溶性毒物注入方式，使得该备用停堆系统整体上结构更加紧凑，无需配置复杂的支持系统，这对于安全壳内部空间有限，设备
饱和度高的小型模块式反应堆而言节省了系统布置空间。
附图说明
[0038] 此处所说明的附图用来提供对本发明
实施例的进一步理解，构成本
申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0039] 图1是停堆系统的结构示意图；
[0040] 图2是中子吸收剂在套管式注入单元内流动的示意图。
[0041] 附图中标记及对应的零部件名称：
[0042] 1-可溶性中子毒物箱，2-出口阀R1，3-出口阀W1，4-套管式注入单元，5-回流阀R2，6-回流阀W2，7-去离子水箱，8-循环泵，41-内套管，42-外套管，43-进水管。
具体实施方式
[0043] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0044] 实施例1：
[0045] 如图1、图2所示，压水核反应堆套管型备用停堆系统，包括设置在压力容器内的套管式注入单元4和设置在压力容器外部的停堆液循环系统，所述套管式注入单元4插入堆芯内，所述套管式注入单元4包括内套管41和设置在内套管41外侧的外套管42，所述内套管41的下端为开口结构，所述外套管42为封闭式结构，所述内套管41的下端与外套管42底部之间具有一定的间隙，具体地，所述内套管41的下端与外套管42底部之间的间隙为大于等于内套管41的内径，所述内套管41的上端凸出于外套管42的顶部，所述外套管42的侧壁上设置有进水管43，所述停堆液循环系统包括可溶性中子毒物箱1和去离子水箱7，所述可溶性中子毒物箱1和去离子水箱7的排液端均通过管道与外套管42连通，该管道上设置有循环泵8，所述可溶性中子毒物箱1和去离子水箱7的进液端均通过管道与内套管41连通，所述可溶性中子毒物箱1的排液端和进液端的管道上分别设置有出口阀R12和回流阀R25，所述去离子水箱7的排液端和进液端的管道上分别设置有出口阀W13和回流阀W26；所述套管式注入单元4与控制棒平行设置；所述套管式注入单元4与控制棒采用同一套固定结构固定在反应堆内，所述固定结构为压力容器自带结构，所述套管式注入单元4的数量至少设置有2个。
[0046] 一种基于实施例1所述压水核反应堆套管型备用停堆系统的停堆方法，包括以下步骤：
[0047] 1)、紧急停堆过程：
[0048] 11)、关闭出口阀门W13和回流阀W26，确认循环泵8处于停闭状态；
[0049] 12)、开启出口阀R12和回流阀R25，启动循环泵8，将可溶性中子毒物箱1内的可溶性中子吸收体注入外套管42内，可溶性中子吸收体通过外套管42注入、内套管41回流实现循环，可溶性中子吸收剂非接触式进入堆芯，达到快速停堆，维持反应性的目的；
[0050] 2)、重新启堆过程：
[0051] 21)、关闭出口阀门R12、循环泵8，保持回流阀门R25开启；
[0052] 22)、开启出口阀W13，同时保持回流阀W26关闭，启动循环泵8将清水注入外套管42内，将可溶性中子吸收体排出套管式注入单元4并通过回流阀R25回流至可溶性毒物贮藏箱1中；
[0053] 23)、待套管式注入单元4中的可溶性中子吸收体全部回流至可溶性毒物贮藏箱1后，关闭回流阀R25，开启回流阀W26，使得多余的清水回流至去离子水箱7；
[0054] 24)、关闭循环泵8，做好重新启堆前的准备。
[0055] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
