防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置及保护方法与流程

1.本发明属于高温气冷堆技术领域，具体涉及一种防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置及保护方法。


背景技术：

2.目前，高温气冷堆主氦风机冷却水的作用和正常运行方式为：高温气冷堆的堆芯热量通过主氦风机驱动氦气流动冷却，氦气带走堆芯热量，传递给蒸汽发生器二回路的水。主氦风机额定功率为4.5mw，工作环境为7mpa的高压氦气，温度低于50℃，工作温度由设备冷却水供水的冷却器保证。冷却器的进出水管通过一回路压力边界的机械贯穿件进出主氦风机电机腔室，冷却器布置在主氦风机电机的上方，对象包括主氦风机电机绕组、径向轴承、推力轴承。主氦风机的叶轮布置在一回路氛围中，用于驱动氦气循环，工作温度为7mpa，温度为250℃。一回路氛围与主氦风机电机腔室边界通过密封连通。通过主氦风机辅助叶轮的流动和主氦风机冷却水的冷却，保证主氦风机的电气设备维持在正常工作范围。
3.其中，发生非主氦风机冷却水管路破口引发的一回路隔离时，高温气冷堆主氦风机冷却水的运行方式为：高温气冷堆的一回路边界系统包括了燃料装卸系统、氦净化系统、吸收球系统、主氦风机冷却水系统等等，为了防止以上系统破口导致的一回路泄露，反应堆保护系统设计了一回路隔离的功能，将以上所有边界系统与一回路连接的第一道隔离阀和第二道隔离阀关闭。一回路边界系统，设计压力通常按照一回路设计压力8.1mpa设计。这样，当发生非主氦风机冷却水管路破口引发的一回路隔离时，堆芯内氦气压力负变化率升高，触发反应堆保护系统的一回路隔离动作，联锁关闭主氦风机冷却水管进出口隔离阀，氦风机冷却水管路隔离后形成水实体。
4.针对上述非主氦风机冷却水管路破口引发的一回路隔离时，主氦风机冷却水管路进出口阀关闭。此时，因为冷却水管路并未发生破口，进出口阀之间的冷却水管路形成水实体，主氦风机余热及一回路氛围氦气通过密封泄漏传导热量导致冷却水管水实体温度升温。由于水实体压力对于温度升高极其敏感，存在冷却水管路超过设计值的风险。
5.另外，发生主氦风机冷却水破口的一回路隔离时，高温气冷堆主氦风机冷却水的运行方式为：主氦风机腔室内部的冷却水管破口时，7mpa的高压氦气就会进入到冷却水管路中，触发氦风机冷却水管一回路隔离动作，联锁将主氦风机的冷却水管进出隔离阀关闭，防止一回路边界中的氦气通过冷却水管破口继续外泄。此时，主氦风机冷却水与主氦风机腔室的氦气通过冷却水管路破口相互连通。
6.针对上述发生氦风机冷却水管路破口导致一回路氦压负变化率高触发反应堆一回路隔离时，此时，冷却水管路与主氦风机电机腔室氦气连通。当发生冷却水管路中水被加热时，管路中的水受热膨胀，部分水会溢出管路进入到电机腔室。另外，在后续的主氦风机冷却水管路破口泄压维修时，需要堆芯降压以及拆卸氦风机电机腔室，冷却水管路破口处压力的下降，存在冷却水进一步进入电机腔室的可能性，会进一步对主氦风机电机和电磁
轴承的绝缘产生影响。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置及保护方法。
8.本发明的一方面，提供一种防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置，所述保护装置包括：第一泄压管、第二泄压管以及泄压容器；其中，
9.所述第一泄压管的一端与冷却水进水管连接，另一端与泄压容器第一入口连接；
10.所述第二泄压管的一端与冷却水回水管连接，另一端与泄压容器第二入口连接，以在非主氦风机冷却水管破口或主氦风机冷却水破口引发的一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经所述第一泄压管、所述第二泄压管排出至所述泄压容器。
11.可选地，所述第一泄压管上设置有第一泄压阀，所述第二泄压管上设置有第二泄压阀。
12.可选地，所述第一泄压管上还设置有第一阀门，所述第一阀门位于所述第一泄压阀背离所述泄压容器的一侧；
13.所述第二泄压管上设置有第二阀门，所述第二阀门位于所述第二泄压阀背离所述泄压容器的一侧。
14.可选地，所述泄压容器的出口连接有排水管。
15.可选地，所述排水管上设置有排水阀。
16.可选地，所述泄压容器上设置有液位计。
17.可选地，所述泄压容器上设置有压力表。
18.可选地，所述泄压容器为圆柱形，其容积小于所述第一泄压管或所述第二泄压管的容积。
19.本发明的另一方面，提出一种如前文记载的所述防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置的保护方法，所述保护方法包括：
20.在非主氦风机冷却水管路破口引发一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器，以防止系统超压；
21.在主氦风机冷却水管路破口引发一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器，以防止工质外泄。
22.可选地，所述保护方法还包括：
23.在所述泄压容器内的工质达到预设值时，将所述泄压容器内的工质排出。
24.本发明提出一种防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护装置及保护方法，装置包括：第一泄压管、第二泄压管以及泄压容器；其中，第一泄压管的一端与冷却水进水管连接，另一端与泄压容器第一入口连接；第二泄压管的一端与冷却水回水管连接，另一端与泄压容器第二入口连接，以在非主氦风机冷却水管破口或主氦风机冷却水破口引发的一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经所述第一泄压管、所述第二泄压管排出至所述泄压容器。通过增加上述保护装置，可以防止系统由于水实体被加热导致系统的超压问题，以及防止冷却水管中剩余水因为被加热膨胀溢出。
附图说明
25.图1为本发明一实施例的防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护装置的结构示意图；
26.图2为本发明另一实施例的防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护方法的流程框图。
具体实施方式
27.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
28.如图1所示，一回路系统包括有一回路压力容器5、设置在压力容器5中的主氦风机6以及主氦风机冷却水换热器4，以及设备冷却水进水管、设备冷却水回水管，该冷却器的进出水管通过一回路压力边界的机械贯穿件3与主氦风机冷却水换热器4连接，并且，在设备冷却水进水管上设置有两个主氦风机冷却水入口隔离阀，分别为第一入口隔离阀1和第二入口隔离阀2；在设备冷却水回水管上设置有两个主氦风机冷却水出口隔离阀，分别为第一出口隔离阀7和第二出口隔离阀8。
29.针对该一回路系统，在发生非主氦风机冷却水管路破口引发的一回路隔离时，与一回路系统连接的入口隔离阀和出口隔离阀关闭，主氦风机余热及一回路氛围氦气通过密封泄漏传导热量导致冷却水管水实体温度升温，在冷却水管路超过设计值的风险；以及，在主氦风机腔室内部的冷却水管破口时，7mpa的高压氦气就会进入到冷却水管路中，触发氦风机冷却水管一回路隔离动作，管路中的水受热膨胀，部分水会溢出管路进入到电机腔室。针对此，本发明提出一种防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护装置与保护方法，下面将详细给出保护装置的结构与保护方法的具体过程。
30.本发明的一方面，提出一种防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护装置，该保护装置包括：第一泄压管17、第二泄压管18以及泄压容器13；其中，第一泄压管17的一端与冷却水进水管连接，另一端与泄压容器13第一入口连接；第二泄压管18的一端与冷却水回水管连接，另一端与泄压容器13第二入口连接，以在非主氦风机冷却水管破口或主氦风机冷却水破口引发的一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管17、第二泄压管18排出至泄压容器13。
31.在本实施方式中，通过第一泄压管将冷却水进水管的工质排出至泄压容器，通过第二泄压管将冷却水回水管的工质排出至泄压容器，以防止非主氦风机冷却水管路破口引发的一回路隔离时，冷却水管路发生超压，以及，还可防止氦风机冷却水管路破口导致一回路氦压负变化率高触发反应堆一回路隔离时，冷却水管路中的水受热膨胀，部分水会溢出管路进入到电机腔室。也就是说，通过在冷却水管路上连接泄压管路与泄压容器，主动提供一个用于接收工质(例如，实体的水)的空间，其起到保护作用。
32.需要说明的是，泄压容器可以为圆柱形泄压罐，其容积无需设计成隔离的管道容积，其容积可以小于第一泄压管或所述第二泄压管的容积，例如，约为管道容积的五分之一，这样设计的泄压罐子体积较小，在收集管路存水时和排水时，始终能保持一个高液位，
方便存水收集和排放的控制。
33.进一步需要说明的是，第一泄压管布置在冷却水进水管路上，其一端不高于进水管路最高点，第二泄压管布置在冷却水回水管路上，其一端不高于回水管路最高点，以使系统充水排气时，通过原系统的排气阀即可保证系统的正常排气。
34.仍需要说明的是，第一泄压管的另一端与第二泄压管的另一端还需要布置在泄压容器的高液位以上，保证泄压至泄压容器的通畅性。
35.具体地，为了控制第一泄压管与第二泄压管的通断，如图1所示，在本实施方式中，第一泄压管17上设置有第一泄压阀10，以进一步控制主氦风机冷却水进水管路中水的泄出，第二泄压管18上设置有第二泄压阀12，以进一步控制主氦风机冷却水回水管路中水的泄出。
36.在一些优选实施例中，上述第一泄压阀与第二泄压阀均可选用电动阀，提高控制过程的自动化。
37.具体地，在非主氦风机冷却水管路破口引发的一回路隔离动作实施完成后，触发两道泄压阀开启，将工质与泄压容器连通，保证系统非水实体空间，防止系统压力超过设计压力。以及，在发生主氦风机冷却水破口引发的一回路隔离动作实施完成后，触发两道泄压阀开启，将工质与卸压容器连通，防止水实体因为加热体积膨胀溢出。
38.进一步地，如图1所示，第一泄压管17上还设置有第一阀门9，该第一阀门9位于第一泄压阀10背离泄压容器13的一侧；第二泄压管18上设置有第二阀门11，该第二阀门11位于第二泄压阀12背离泄压容器13的一侧。也就是说，上述阀门均设置在泄压阀的左侧，泄压容器设置在泄压阀的右侧，以在主氦风机停运，泄压系统隔离检修时，将上述第一阀门和第二阀门打开进行检修即可，不需要额外将冷却水管路中的水排空。
39.在一些优选实施例中，上述第一阀门与第二阀门均可选用手动阀，便于人工操作，当然，也可以选用电动阀，对此不作具体限定。
40.更进一步地，如图1所示，在泄压容器13内的水装满时，需要将其排出，因此，泄压容器13除了具有第一入口、第二入口外，还具有出口，该出口连接有排水管19。也就是说，该排水管的一端与泄压容器的出口连接，另一端可以与液体废物处理系统连接。
41.更进一步地，如图1所示，排水管19上设置有排水阀16，用于控制排水管19的通断。
42.应当理解的是，在工质为实体水时，泄压容器内的实体水达到高液位或者压力平衡时，不便于将水排出，因此，在本实施方式中，在泄压容器上还设置有液位计，用于实时检测泄压容器内的液面高度。
43.具体地，如图1所示，泄压容器12上设置有液位计15，通过该液位计15检测泄压容器13内的实时液面高度，水位太高时，可通过排水管将水排出，降低压力。
44.在本实施方式中，通过监视泄压容器液位和操作泄压容器排水阀、泄压阀，可以实现破口冷却水管路有步骤的排水，为后续的维修创造条件。
45.需要说明的是，液位计的选择需要考虑方便存水收集和排放的控制，结合实际需要，在本实施方式中，液位计的量程可以选择为0-600mm，当然，还可以根据实际需要选择其他量程的液位计。
46.进一步需要说明的是，在泄压容器上设置有液位计，泄压管路与泄压容器连接时，可将泄压管选择在液位计的高液位以上，即将泄压管连接在泄压容器的较高位置处，保证
泄压至泄压罐的通畅。
47.更进一步地，如图1所示，在一些优选实施例中，泄压容器13上还设置有压力表14，以用于检测泄压容器13内的压力值，防止压力过高。
48.需要说明的是，压力表的选择需要考虑冷却水管路的压力设计，例如，可选择压力为8.1mpa，量程为0-10mpa的压力计。
49.本发明的保护装置主动提供一个空间用于接收和收集水实体的水，在发生主氦风机冷却水破口，一回路隔离触发时，可防止水实体因为被加热导致超压，以及还可防止冷却水管中剩余水因为被加热膨胀溢出；并且还可以通过此套保护装置的具体使用，实现破口管路中冷却水的回收，为后续维修工作创造条件。
50.如图2所示，本发明的另一方面，提出一种前文记载的防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护装置的保护方法s100，包括步骤s110～s120：
51.s110、在非主氦风机冷却水管路破口引发一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器，以防止系统超压。
52.s120、在主氦风机冷却水管路破口引发一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器，以防止工质外泄。
53.具体地，一并结合图1所示，在系统运行时，主氦风机冷却水管路检修第一阀门9、第二阀门11保持常开，主氦风机冷却水管路第一泄压阀10、第二泄压阀12关闭，泄压容器13中无水，压力表14显示常压，液位计15显示为0mm或者保持一个低液位，排水阀16关闭。当主氦风机冷却水隔离时，反应堆保护系统联锁主氦风机冷却水管第一入口隔离阀1、第二入口隔离阀2和主氦风机冷却水第一出口隔离阀7、第二出口隔离阀8关闭，当关闭到位后，联锁打开主氦风机冷却水管路第一泄压阀10、第二泄压阀12，冷却水隔离形成的水实体与泄压容器13连通。减少水实体因为温度不断升高导致的压力超过设计值或者减少冷却水通过破口外溢至主氦风机电机腔。当主氦风机腔室内温度开始下降时，可以关闭与主氦风机冷却水进回水管路连接的第一泄压阀10、第二泄压阀12。
54.进一步地，在泄压容器内的水处于高液位时，还可将泄压容器内的水排出。
55.需要说明的是，在实际排水过程中，可选择先将其中一个泄压管路打开，在排水完成后，再打开另一个泄压管路进行排水。
56.具体地，在对冷却水管路排水时，需要保证泄压容器内的水处于一定液位，将可能存在放射性风险的氦气存留在泄压容器内，打开排水阀，将泄压容器内的水排放至核岛液体废物处理系统。通过关闭其中一个泄压阀的同时，打开另一个泄压阀，实现分段排水，进而确保管路中存水的有效排放。
57.具体步骤如下：通过排水阀开启将泄压容器内的水位降低，压力降低，然后关闭排水阀，打开其中一个泄压阀(例如，第一泄压阀)，观察泄压容器内的液位上升情况，达到高液位时或者压力平衡时，关闭第一泄压阀，打开排水阀。当泄压容器内液位不再上升时，则该冷却水进水管路的存水排放完成，然后进行另一管路的排水，即打开第二泄压阀，继续观察泄压容器内的液位上升情况，达到高液位时或者压力平衡时，关闭第二泄压阀，打开排水阀。当泄压容器内液位不再上升时，则该冷却水回水管路的存水排放完成。在冷却水进回水管路均排水完成后，即可准备主氦风机冷却水管道的维修。
58.本发明提出一种防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置及保护方
法，具有以下有益效果：本发明通过增加一个保护装置及其配套装置的设计，可以防止系统由于水实体被加热导致系统的超压问题。另外，通过泄压阀和排水阀的操作，可以实现破口管路冷却水的收集和有控制地排放，防止了冷却水进一步泄漏至主氦风机电机腔内。
59.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明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发明的保护范围。

技术特征：
1.一种防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括：第一泄压管、第二泄压管以及泄压容器；其中，所述第一泄压管的一端与冷却水进水管连接，另一端与所述泄压容器第一入口连接；所述第二泄压管的一端与冷却水回水管连接，另一端与所述泄压容器第二入口连接，以在非主氦风机冷却水管破口或主氦风机冷却水破口引发的一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经所述第一泄压管、所述第二泄压管排出至所述泄压容器。2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述第一泄压管上设置有第一泄压阀，所述第二泄压管上设置有第二泄压阀。3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述第一泄压管上还设置有第一阀门，所述第一阀门位于所述第一泄压阀背离所述泄压容器的一侧；所述第二泄压管上设置有第二阀门，所述第二阀门位于所述第二泄压阀背离所述泄压容器的一侧。4.根据权利要求1至3任一项所述的保护装置，其特征在于，所述泄压容器的出口连接有排水管。5.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述排水管上设置有排水阀。6.根据权利要求1至3任一项所述的保护装置，其特征在于，所述泄压容器上设置有液位计。7.根据权利要求1至3任一项所述的保护装置，其特征在于，所述泄压容器上设置有压力表。8.根据权利要求1至3任一项所述的保护装置，其特征在于，所述泄压容器为圆柱形，其容积小于所述第一泄压管或所述第二泄压管的容积。9.一种如权利要求1至8任一项所述的防止主氦风机冷却水管道超压和破口外泄的保护装置的保护方法，其特征在于，所述保护方法包括：在非主氦风机冷却水管路破口引发一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器，以防止系统超压；在主氦风机冷却水管路破口引发一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器，以防止工质外泄。10.根据权利要求9所述的保护方法，其特征在于，所述保护方法还包括：在所述泄压容器内的工质达到预设值时，将所述泄压容器内的工质排出。

技术总结
本发明提出一种防止主氦风机冷却水管道非预期超压和破口外泄的保护装置及保护方法，属于高温气冷堆技术领域。保护装置包括：第一泄压管、第二泄压管以及泄压容器；其中，第一泄压管的一端与冷却水进水管连接，另一端与泄压容器第一入口连接；第二泄压管的一端与冷却水回水管连接，另一端与泄压容器第二入口连接，以在非主氦风机冷却水管破口或主氦风机冷却水破口引发的一回路隔离后，将冷却水进水管、冷却水进出管中的工质分别经第一泄压管、第二泄压管排出至泄压容器。通过增加上述保护装置，可以防止系统由于水实体被加热导致系统的超压问题，以及防止冷却水管中剩余水因为被加热膨胀溢出。热膨胀溢出。热膨胀溢出。


技术研发人员：陈永荣 郑友军 朱丽
受保护的技术使用者：华能山东石岛湾核电有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/16