一种熔盐实验反应堆厂房及其布置方法

文档序号:719785 发布日期:2021-04-16 浏览:38次 >En<

阅读说明:本技术 一种熔盐实验反应堆厂房及其布置方法 (Molten salt experiment reactor factory building and arrangement method thereof ) 是由 贝晨 贾小攀 王振中 薛静 吴巧英 谷振杰 褚松良 赵晓山 苏锦成 樊彦芳 于 2020-11-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种熔盐实验反应堆厂房的布置方法,包括:设置控制区和监督区,在控制区内设置堆芯区、热室、辅助区、以及熔盐制备区,在监督区设置电气区和水系统区,且以堆芯区为中心,将热室沿堆芯区的纵向方向与堆芯区相邻设置,将辅助区和电气区沿堆芯区的横向方向分别设置在堆芯区的两侧。本发明还公开了一种熔盐实验反应堆厂房。本发明布置科学合理,在满足熔盐堆的系统设计需求前提下,还可以提高空间利用率和安全性。(The invention discloses an arrangement method of a molten salt experiment reactor plant, which comprises the following steps: the method comprises the steps of arranging a control area and a supervision area, arranging a core area, a hot chamber, an auxiliary area and a molten salt preparation area in the control area, arranging an electric area and a water system area in the supervision area, arranging the hot chamber adjacent to the core area along the longitudinal direction of the core area by taking the core area as the center, and arranging the auxiliary area and the electric area on two sides of the core area along the transverse direction of the core area respectively. The invention also discloses a molten salt experiment reactor plant. The invention has scientific and reasonable arrangement, and can improve the space utilization rate and the safety on the premise of meeting the system design requirement of the molten salt reactor.)

一种熔盐实验反应堆厂房及其布置方法

技术领域

本发明属于核工程领域,具体涉及一种熔盐实验反应堆厂房及其布置方法。

背景技术

在全球核电领域,越来越关注第四代核能系统的发展,已有多个国家加入“第四代国际核能论坛”,共同参与第四代核能系统的研发。第四代核能系统在燃料和堆芯等方面都将有重大技术突破,具有可持续性、高安全性和可靠性、经济性和防核扩散等特点。

熔盐堆(Molten Salt Reactor,MSR)作为第四代核能系统的候选堆型,也是目前唯一的液态燃料反应堆,其特点是将燃料盐直接溶于氟盐冷却剂中,其中,液态氟化盐既用作冷却剂,也作为核燃料的载体,且熔盐堆采用钍基核燃料,即采用钍-232作为核燃料,相比于目前已建成的核电站大多采用铀作为堆芯燃料,钍基燃料具备转换率高、资源更丰富、产生的具有长期放射性毒性的超铀核素更少、允许运行的温度更高等多方面优势,发展前景乐观。

目前,国内关于熔盐堆的研究主要还停留在安全性研究、反应性研究、钍铀的增殖研究、等理论及数据模拟阶段,还没有针对此种熔盐堆布置方法的研究,尚处于空白状态,还不具备熔盐堆在运行情况下的实验研究,以及运行产生的乏燃料的研究的条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足,提供一种熔盐实验反应堆厂房及其布置方法,在满足熔盐堆的系统设计需求前提下,还可以提高空间利用率和安全性。

根据本发明的一个方面,提供一种熔盐实验反应堆厂房的布置方法,其技术方案为:

一种熔盐实验反应堆厂房的布置方法,包括:设置控制区和监督区,在控制区内设置堆芯区、热室、辅助区、以及熔盐制备区,在监督区设置电气区和水系统区,

且以堆芯区为中心,将热室沿堆芯区的纵向方向与堆芯区相邻设置,将辅助区和电气区沿堆芯区的横向方向分别设置在堆芯区的两侧。

优选的是,芯区包括主反应区和堆大厅,将主反应区设置在地面以下位置,将堆大厅设置在地面上,

将热室沿堆芯区的纵向方向设置在堆芯区的两侧中的其中一侧,且使热室与堆大厅相邻;

将熔盐制备区和辅助区沿辅助区的纵向方向相邻设置,且熔盐制备区与热室相邻。

优选的是,将监督区设置在地面以上,且水系统区、电气区、以及堆芯区的堆大厅依次相邻设置。

优选的是,在与热室、电气区、水系统区以及熔盐制备区均相邻的位置设置卫生出入区。

优选的是,设置一条沿横向方向的第一贯通通道,所述第一贯通通道沿横向方向贯通监督区和控制区,

在电气区内部沿其纵向方向上设置第二贯通通道,在辅助区内部沿其纵向方向上设置第三贯通通道。

根据本发明的另一个方面,提供一种熔盐实验反应堆厂房,包括,

一种熔盐实验反应堆厂房,包括控制区和监督区,所述控制区包括堆芯区、热室、辅助区、以及熔盐制备区,所述监督区包括电气区、以及水系统区,

且以所述堆芯区为中心,所述热室沿堆芯区的纵向方向与堆芯区相邻设置,所述辅助区和所述电气区分别设于堆芯区的横向方向的两侧。

优选的是,所述堆芯区包括主反应区和堆大厅,所述主反应区设于地面以下位置,所述堆大厅设于地面上,

所述热室设于所述堆芯区的纵向方向的两侧中的其中一侧,且热室与所述堆大厅相邻;

所述熔盐制备区和所述辅助区沿辅助区的纵向方向相邻设置,且熔盐制备区与所述热室相邻。

优选的是,所述监督区设于地面以上,所述水系统区、所述电气区、所述堆芯区依次相邻设置。

优选的是,还包括卫生出入区,所述卫生出入区设于与所述热室、所述电气区、所述水系统区以及所述熔盐制备区均相邻的位置。

优选的是,所述监督区、所述控制区内设有第一贯通通道,所述第一贯通通道沿横向方向贯通监督区和控制区;

所述电气区内部设有第二贯通通道,所述第二贯通通道沿纵向方向设置;

所述辅助区内部设有第三贯通通道,所述第三贯通通道沿纵向方向设置。

本发明的熔盐实验反应堆厂房的布置方法,通过对厂房内部结构进行合理布置,将厂房内部结构分割为控制区和监督区,将堆芯区、热室等高放区与电气区、水系统区等低放区进行分隔,形成控制区和监督区,可大大减少工作人员的辐照风险,提高厂房的安全性,并且,将热室布置在堆大厅周围,使热室的检修区与堆大厅共用空间,不仅可大大节约热室及厂房的占用面积,提高空间利用率,还可以将堆大厅的吊车等设备共享到检修区,可减少设备成本,提高整个厂房的经济性。

本发明的熔盐实验反应堆厂房,结构简单,布局科学合理,不仅可节省厂房占地面积,提高空间利用率和经济性,还可以提高安全性,减少工作人员的辐照风险,并且,堆芯区结构采用为剪力墙形式,可单独建造施工或模块化建造,土建施工更方便。

附图说明

图1为本发明实施例中熔盐实验反应堆厂房的结构示意图;

图2为图1中C-C剖面图;

图3为图1的俯视图;

图4为本发明实施例中四条贯通通道的结构示意图。

图中:1-堆芯区;11-上堆仓坑;12-下堆仓坑;13-反应堆冷却剂系统;14-二回路系统设备;15-堆大厅;2-热室;3-辅助区;31-排风机房;32-中子能谱测量区;33-尾气处理间;34-地面排水储存间;35-低放废液间;36-泵间;37-暂存间;38-转运间;4-熔盐制备区;5-电气区;51-蓄电池间;52-变配电间;53-仪控间;54-主控室;55-气衣置放间;56-辐射监测办公室;57-电气空调机组;58-走廊;6-水系统区;7-卫生出入区;8-仓通道管;

10-第一贯通通道;20-第二贯通通道;30-第三贯通通道;40-第四贯通通道。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中,需要理解的是,方向性术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示,本实施例公开一种熔盐实验反应堆厂房的布置方法,包括:在厂房内设置控制区和监督区,在控制区内设置堆芯区1、热室2、辅助区3、以及熔盐制备区4,在监督区设置电气区5和水系统6,其中,以堆芯区1为中心来布置控制区和监督区,将热室沿堆芯区的纵向方向与堆芯区相邻设置,将辅助区和电气区沿堆芯区的横向方向分别设置在堆芯区的两侧。

在一些实施方式中,如图2所示,堆芯区1包括主反应区和堆大厅15,将主反应区设于地面以下位置,将堆大厅15设于地面上。

具体来说,主反应区位于堆芯区的下部,在主反应区内布置堆本体部分、反应堆冷却剂系统13、以及二回路系统设备14。将堆本体部分设置在主反应区的中心位置,将堆本体部分设置为上堆仓坑11和下堆仓坑12,将反应堆冷却剂系统13设置在下堆仓坑12的外围,将二回路系统14设备设置在上堆仓坑11的相邻位置。堆本体部分作为反应堆一回路承压边界的重要组成部分,既可用于防止放射性物质向外释放,提高厂房安全性,又可为冷却剂提供合理的流道,以顺利地导出堆芯裂变反应产生的热量,维持反应堆的正常运行,还可用于为各种测量、监测系统提供合理的通道及支撑、定位。反应堆冷却剂系统13可在熔岩实验反应堆正常运行阶段驱动燃料盐介质在堆本体部分的主回路中进行循环,将反应堆堆芯处产生的热量,有效传递至二回路系统,并推动涡轮机进行做功。本实施例中,将堆芯区1内的反应堆冷却剂系统13布置在-14m层(即地面以下-14m处,下同),将二回路系统设备14布置在-8m层。堆大厅位于堆芯区的上部,在堆大厅5内可布置若干台吊车,如50t/50T的双轨吊车,用于吊运堆芯设备。

在一些实施方式中,将热室2沿堆芯区1的纵向方向(如图1中纵向轴线B所示)设置在堆芯区1的两侧中的其中一侧,且使热室与堆大厅相邻设置。

具体来说,在热室2设置检修区、以及用于开展强放射性操作的试验平台,其中:可将检修区和堆芯区的堆大厅共享,即将热室的检修区布置在堆大厅15内,堆大厅15内的吊车等设备可以在堆大厅15和检修区共用,堆仓坑内辐照后的燃料盐可直接通过吊运的方式从堆仓坑输送至到热室2中进行分析,既方便又可无需额外为上述燃料盐设置专用的地下运输通道,并且,两者的人员出入口也可以进行合并,从而可以节省热室2及整个厂房的面积,提高空间利用率;将开展强放射性操作的试验平台设置为若干个分区,比如,可设置为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个分区,Ⅰ分区用于样品接收和处理,总氧分析,电化学分析等;Ⅱ分区用于对分析样品进行预处理,Ⅲ的分区用于进行化学分析。通过将热室2设置在堆芯区1的相邻位置,可以将堆芯区1中堆舱内辐照后的燃料盐直接通过吊运的方式从堆舱运输至热室2,相比于传统厂房的布置方法,可省去地下运输通道的设置。

在一些实施方式中,将辅助区3和电气区5沿堆芯区1的横向方向(如图1中横向轴线A所示)分别设置在堆芯区1的两侧。

具体来说,如图2所示,将辅助区3包括上部和下部,将辅助区3的上部设置在与堆芯区1的上部的相邻位置,并与堆大厅15相连,将辅助区3的下部与堆芯区1的下部相连。在辅助区3布置监测间、尾气处理间33、清洗间、检修间、中子能谱测量区32、排风机房31、地面排水储存间34、低放废液间35、泵间36以及用于暂存和转运固体废物的暂存间37和转运间38等分区,其中,暂存间37设置在与堆本体部分相邻的位置,转运间38设置在辅助区3的靠近厂房室外的区域,以便将固体固废转运至周边的废除厂房,辅助区3内的其它的各分区的具体位置可根据实际情况按需求进行设置,在辅助区3内的各分区之间设置可连通各分区的走廊39,以便于人员出入。

具体来说,将电气区5设置在与堆芯区1的上部相邻的位置,用于工艺系统设备的供配电及电气系统的保护和控制。电气区5设于地面以上,在电气区5内设置UPS间(UPS,即不间断电源)、蓄电池间51、变配电间52、仪控间53、主控室54、保护系统房间、气衣置放间55、辐射监测办公室56、以及电气空调机组57等分区,其中,将气衣置放间55设置在与堆芯区1相邻的位置,电气区5内的其它的各分区的具体位置可根据实际情况按需求进行设置,在电气区5内的各分区之间设置可连通各分区的走廊58,以便于人员出入。

在一些实施方式中,将熔盐制备区4和辅助区3沿辅助区的纵向方向相邻设置,且使熔盐制备区4与热室2相邻设置。

具体来说,将熔盐制备区4设置在与热室2和辅助区3相邻的位置,主要用于制备反应堆燃料的添加盐LiF-UF4以及对其进行储存。并且,将熔盐制备区设置在靠近熔盐堆反应厂房的外侧的位置,以便于熔盐原料的运输。在熔盐制备区4设置添加盐主反应间、储存间、加料间和控制室等分区,其中,储存间设置在靠近厂房室外的区域,以便熔岩原料运输。

在一些实施方式中,将监督区设置在地面以上,水系统区6、电气区5、以及堆芯区1的堆大厅依次相邻设置。

具体来说,将水系统区6设于地面以上,水系统区6与电气区5相邻,且与堆芯区1上部的堆大厅1的位置相对,使两者分别处于电气区5的两侧。在水系统区6设置除盐水制备及分配系统、厂房工艺冷却水系统、以及厂房空调冷冻水系统等分区,以提供厂房内所需的除盐水、冷却水、以及冷冻水等用水。

在一些实施方式中,在与热室2、电气区5、水系统区6以及熔盐制备4区均相邻的位置设置卫生出入区7。

如图1所示,将卫生出入区7设置在与热室2、电气区5、水系统区6以及熔盐制备区4均相邻的位置,并靠近厂房室外的区域,以便在反应堆正常运行和停堆检修期间用于作为控制人员进出放射性控制区,防止放射性物质泄漏。

在一些实施方式中,如图3所示,还可以在卫生出入区7内靠近热室2和熔盐制备区4的位置设置用于参观活动的参观通道8。

在一些实施方式中,还可以设置一条第一贯通通道10,第一贯通通道10沿横向方向贯通监督区和控制区;在电气区5内部沿其纵向方向上设置第二贯通通道20;在辅助区3内部沿其纵向方向上设置第三贯通通道30。

具体来说,如图4所示,将第一贯通通道10沿监督区、控制区内的横向方向设置,第一贯通通道10连通控制区、监督区内的热室2、辅助区3等各个区域,且将热室2、辅助区3、熔盐制备区4、电气区5、以及水系统区6分别设置在第一贯通通道10的两侧;将第二贯通通道20沿电气区5的纵向方向设置,将电气区5内的蓄电池间51、变配电间52、以及仪控室53等分区域设置在第二贯通通道20的两侧;将第三贯通通道30沿辅助区3的纵向方向设置,将辅助区5内的排风机房31、中子能谱测量区32、转运间38等分区域设置在第三贯通通道30的两侧;以及,还可以在辅助区3和堆大厅15之间设置沿辅助区的横向方向的第四贯通通道40,以连通辅助区3和堆大厅15。通过设置上述四条贯通通道,可在满足人流和物流的需求的前提下,有利于节省厂房面积,提高空间利用率,提高厂房经济性。

本实施例的熔盐实验反应堆厂房的布置方法,对厂房内部结构进行了合理布置,将堆芯区、热室等高放区与电气区、水系统区等低放区进行分隔,形成控制区和监督区,可大大减少工作人员的辐照风险,提高厂房的安全性,并且,将热室布置在堆大厅周围,使热室的检修区与堆大厅共用空间,不仅可大大节约热室及厂房的占用面积,提高空间利用率,还可以将堆大厅的吊车等设备共享到检修区,可减少设备成本,提高整个厂房的经济性。

实施例2

如图1所示,本实施例公开一种熔盐实验反应堆厂房,包括控制区和监督区,控制区包括堆芯区1、热室2、辅助区3、以及熔盐制备区4,监督区包括电气区5、以及水系统区6,其中,以堆芯区1为中心来布置控制区和监督区,热室2沿堆芯区1的纵向方向与堆芯区1相邻设置,辅助区3和电气区5分别设于堆芯区1的横向方向的两侧。

在一些实施方式中,如图2所示,堆芯区1包括主反应区和堆大厅15,主反应区设于地面以下位置,堆大厅15设于地面以上。

具体来说,主反应区处于堆芯区的下部,主反应区包括堆本体部分、反应堆冷却剂系统13、以及二回路系统设备14,其中:堆本体部分设于主反应区的中心位置,其包括上堆仓坑11和下堆仓坑12,反应堆冷却剂系统12设于下堆仓坑12的外围,二回路系统设备14设于上堆仓坑11的相邻位置。堆芯区1是反应堆一回路承压边界的重要组成部分,既用于防止放射性物质向外释放,提高厂房安全性,又用于布置反应堆冷却剂系统,为冷却剂提供合理的流道,以顺利地导出堆芯裂变反应产生的热量,维持反应堆的正常运行,还用于为各种测量、监测系统提供合理的通道及支撑、定位。本实施例中,堆芯区结构优选采用剪力墙形式,可对其单独建造施工或模块化建造。将堆芯区1内的反应堆冷却剂系统13布置在-14m层(即地面以下-14m处,下同),将二回路系统设备14布置在-8m层。堆芯区1的上部包括堆大厅15,堆大厅15内可设有若干台吊车,比如,设有一台50t/50T的双轨吊车,用于吊运堆芯设备。

在一些实施方式中,热室2设于堆芯区1的纵向方向(如图1中纵向轴线B所示)的两侧中的其中一侧,且热室2与堆大厅15相邻。

具体来说,热室2包括检修区、以及用于开展强放射性操作的试验平台,其中:检修间和堆芯区1中的堆大厅15共享,即将检修区可设于堆大厅15内,使得堆大厅15内的吊车等设备可以在堆大厅和检修区共用,避免检修区需要进行单独设置吊运等设备,从而可以节省热室的面积,提高空间利用率;试验平台包括若干个分区,比如,包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个分区,Ⅰ分区用于样品接收和处理,总氧分析,电化学分析等;Ⅱ分区用于对分析样品进行预处理,Ⅲ的分区用于进行化学分析。通过将热室2设于堆芯区1的相邻位置,可以将堆芯区1中堆舱内辐照后的燃料盐直接通过吊运的方式从堆舱运输至热室,相比于传统布置方法,可省去地下运输通道的设置。

在一些实施方式中,辅助区3和电气区5分别设于堆芯区1的横向方向(如图1中横向轴线A所示)的两侧。

具体来说,如图2所示,辅助区3包括上部和下部,辅助区3的上部设于与堆芯区1的上部相邻位置,并与堆大厅15相连,辅助区3的下部与堆芯区1的下部相连。辅助区3包括监测间、尾气处理间33、清洗间、检修间、中子能谱测量区32、排风机房31、地面排水储存间34、低放废液间35、泵间36以及用于暂存和转运固体废物的暂存间37和转运间38等分区,其中,暂存间37设于与堆本体部分相邻的位置,转运间38设于辅助区3中的靠近厂房室外的区域,以便将固体固废转运至周边的废除厂房,辅助区3内的其它的各分区的具体位置可根据实际情况按需求设于辅助区内的任意位置,辅助区3还包括走廊39,走廊39设于辅助区3中的各分区之间,以连通辅助区3内的各分区,以便于人员出入。

具体来说,电气区5设于与堆芯区1的上部相邻的位置,用于工艺系统设备的供配电及电气系统的保护和控制。电气区5设于地面以上,其包括UPS间、蓄电池间51、变配电间52、仪控间53、主控室54、保护系统房间、气衣置放间55、辐射监测办公室56、以及电气空调机组57等分区,其中,气衣置放间55设于与堆芯区1相邻的位置,电气区5内的其它的各分区的具体位置可根据实际情况设于电气区内的任意位置,电气区5还包括走廊58,走廊58设于电气区5中的各分区之间,以连通电气区5中的各分区,以便于人员出入。

在一些实施方式中,熔盐制备区4和辅助区3沿辅助区3纵向方向相邻设置,且熔盐制备区4与热室2相邻。

具体来说,熔盐制备区4设于与热室2和辅助区3相邻的位置,主要用于制备反应堆燃料的添加盐LiF-UF4以及对其进行储存,且熔盐制备区靠近熔盐堆反应厂房的外侧,以便于熔盐原料的运输。熔盐制备区4包括添加盐主反应间、储存间、加料间和控制室等分区,其中,储存间设置在靠近厂房室外的区域,以便熔岩原料运输,熔盐制备区4的其它各分区的具体位置可根据实际情况设于熔盐制备区4内的任意位置,本实施例中不再进一步限定。

在一些实施方式中,监督区设于地面以上,水系统区6、电气区5、以及堆芯区1的堆大厅15依次相邻设置。

具体来说,水系统区6设于地面以上,其与电气区2相邻,且与堆芯区1上部的堆大厅15的位置相对,两者分别处于电气区5的两侧。水系统区6包括除盐水制备及分配系统、厂房工艺冷却水系统、以及厂房空调冷冻水系统等分区,以提供厂房内所需的除盐水、冷却水、以及冷冻水等用水,水系统区的其它各分区的具体位置可根据实际情况设于水系统区内的任意位置。

在一些实施方式中,厂房还包括有卫生出入区7,卫生出入区7设于与热室2、电气区5、水系统区6以及熔盐制备区4均相邻的位置。

具体来说,如图1所示,卫生出入区7设于与热室2、电气区5、水系统区6以及熔盐制备区4均相邻的位置,并靠近厂房室外的的区域,以便在反应堆正常运行和停堆检修期间用于作为控制人员进出放射性控制区,防止放射性物质泄漏。

在一些实施方式中,如图3所示,卫生出入区7内可设有参观通道8,参观通道11可设于卫生出入区7内靠近热室2和熔盐制备区4的位置,以便于对热室2、熔盐制备区4等区域进行参观。

在一些实施方式中,如图4所示,监督区、控制区内设有第一贯通通道10,第一贯通通道10沿横向方向贯通监督区和控制区,热室2、辅助区3、熔盐制备区4、电气区5、以及水系统区6分设于第一贯通通道10的两侧。电气区内部设有第二贯通通道20,且第二贯通通道20沿纵向方向设置,电气区5内的蓄电池间51、变配电间52、以及仪控室53等分区域分设于第二贯通通道20的两侧。辅助区3内部设有第三贯通通道30,且第三贯通通道30沿纵向方向设置,辅助区5内的排风机房31、中子能谱测量区32、转运间38等分区域分设于第三贯通通道30的两侧。本实施例中,辅助区3内还设有第四贯通通道40,且第四贯通通道40沿横向方向,以连通辅助区3和堆大厅15。通过设置上述四条贯通通道,可在满足人流和物流的需求的前提下,有利于节省厂房面积,提高空间利用率,提高厂房经济性。

本实施例的熔盐实验反应堆厂房,结构简单,布局科学合理,不仅可节省厂房占地面积,提高空间利用率和经济性,还可以提高安全性,减少工作人员的辐照风险,并且,堆芯区结构采用为剪力墙形式,可单独建造施工或模块化建造,土建施工更方便。

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。

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