一种提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器及方法与流程

本发明涉及反应堆压力容器，具体涉及一种提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器及方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、当核反应堆发生严重事故从而导致堆芯熔化时，若堆芯熔融物掉落到下封头，压力容器将承受熔融物向压力容器壁面传热产生的温度场、内部高压(若主回路没有卸压)、压力容器自身重量及熔融物重量、堆芯熔融物热-化学冲击等载荷，从而导致压力容器下封头超出强度极限而整体失效或受到局部热-化学载荷冲击而局部失效。

3、此外，当熔融物在下封头形成熔融池后，由于各材料不相溶而产生分层，使得金属层位于氧化层上部，由于金属层较薄，热流密度在压力容器与金属层的接触位置集中，此区域的热流密度与金属层的厚度成反比，产生“聚焦效应”。“聚焦效应”会导致与金属层接触的反应堆压力容器侧壁承受较高的热流密度，增加压力容器失效风险。

4、因此，如何实现通过缓解“聚焦效应”，减小堆芯熔融物对压力容器壁面传热的热流密度，降低压力容器失效概率，提高熔融物堆内滞留(ivr)有效性，是目前亟需要解决的一项重要技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器及方法，通过在反应堆压力容器内安装隔板作为牺牲材料，降低熔融物金属层向压力容器壁面传热的热流密度，减小压力容器失效概率。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器，包括反应堆压力容器，所述反应堆压力容器的下封头设置隔板，所述隔板通过多个支撑柱固定在下封头的内壁上，最高处的支撑柱轴线与压力容器轴线的夹角小于等于90°；所述隔板上设置多个通孔。

4、在本发明的一些实施方式中，所述隔板的形状为u型或与压力容器下封头形状相同，并伸入压力容器下封头，隔板的壁厚不小于压力容器的壁厚。

5、在本发明的一些实施方式中，所述隔板和支撑柱均使用钢。

6、在本发明的一些实施方式中，所述通孔为圆形或者多边形。

7、在本发明的一些实施方式中，所述隔板与反应堆压力容器的下封头的内壁之间的距离在100mm～600mm之间。

8、在本发明的第二方面，提供了一种提高堆芯熔融物滞留有效性的方法，当发生反应堆发生严重事故导致堆芯熔化时，利用隔板在熔化过程中吸收金属层中的热量和隔板熔化后增加金属层的厚度，缓解聚焦效应。

9、在本发明的一些实施方式中，堆芯开始熔化时，堆芯熔融物首先掉落进入隔板中，从隔板的通孔流入压力容器下封头，熔融物达到隔板下表面的高度并将隔板底部浸泡，浸泡在熔融物中的部分隔板和支撑柱受热熔化。

10、在本发明的一些实施方式中，所述隔板用于阻碍堆芯熔融物与反应堆压力容器下封头的直接接触，进而阻碍熔融物对下封头的直接冲击。

11、在本发明的一些实施方式中，所述隔板上的通孔对堆芯熔融物进行分散流入下封头，在熔融物掉落初期对熔融物起到搅混作用，阻碍熔融物分层，缓解聚焦效应；熔融物经过通孔分流后增加与下封头内冷却剂的接触面积，增强换热，减少压力容器壁面的热负荷。

12、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

13、(1)本发明的反应堆压力容器，反应堆发生严重事故导致堆芯熔化后，当堆芯熔融物开始向下封头迁移时，首先掉落进入隔板，阻碍了堆芯熔融物与反应堆压力容器下封头的直接接触，阻碍了熔融物对下封头的直接冲击。

14、(2)本发明的反应堆压力容器，堆芯熔融物掉落进入u型隔板后，会从隔板上的通孔处分散流入下封头，在熔融物掉落初期对熔融物起到搅混作用，阻碍熔融物分层，缓解“聚焦效应”。此外，熔融物通过隔板上的通孔分散流出可以增大其与下封头内冷却剂的接触面积，增强换热，减少压力容器壁面的热负荷。

15、(3)本发明的反应堆压力容器，通过在反应堆压力容器中安装一个伸入下封头的u型隔板，当反应堆发生严重事故导致堆芯熔化时，堆芯熔融物首先掉落进入u型隔板中，此后从隔板的通孔流入压力容器下封头，由于u型隔板伸入下封头，因此流入隔板与下封头间隙的熔融物很快就会达到隔板下表面的高度并将隔板底部浸泡，浸泡在熔融物中的部分隔板和支撑柱受热熔化，增加了熔融物中金属层的厚度。

16、(4)本发明的反应堆压力容器，当有较多的堆芯发生熔化，当熔融物在压力容器下封头内到达一定高度时，所有支撑柱被熔断，上部还未熔化的部分隔板掉落进入熔融物中，由于其密度小于熔融物中氧化物层的密度，因此大部分未熔化隔板会浮在金属层中。隔板掉落后，在熔化过程中会吸收一部分金属层中的热量，待完全熔化后，会熔入金属层中，使金属层体积增加，厚度增厚，增加其与压力容器侧壁的接触面积，减小金属层与压力容器侧壁传热的热流密度，缓解“聚焦效应”，降低压力容器失效概率，提高ivr有效性。

技术特征：

1.一种提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器，包括反应堆压力容器，其特征在于，所述反应堆压力容器的下封头设置隔板，所述隔板通过多个支撑柱固定在下封头的内壁上，最高处的支撑柱轴线与压力容器轴线的夹角小于等于90°；所述隔板上设置多个通孔。

2.如权利要求1所述的提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器，其特征在于，所述隔板的形状为u型或与压力容器下封头形状相同，并伸入压力容器下封头，隔板的壁厚不小于压力容器的壁厚。

3.如权利要求2述的提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器，其特征在于，所述隔板和支撑柱均使用钢。

4.如权利要求1的提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器，其特征在于，所述通孔为圆形或者多边形。

5.如权利要求1的提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器，其特征在于，所述隔板与反应堆压力容器的下封头的内壁之间的距离在100mm～600mm之间。

6.一种提高堆芯熔融物滞留有效性的方法，采用如权利要求1-5任一项所述的反应堆压力容器来实现，其特征在于，当发生反应堆发生严重事故导致堆芯熔化时，利用隔板在熔化过程中吸收金属层中的热量和隔板熔化后增加金属层的厚度，缓解聚焦效应。

7.如权利要求6所述的提高堆芯熔融物滞留有效性的方法，其特征在于，堆芯开始熔化时，堆芯熔融物首先掉落进入隔板中，从隔板的通孔流入压力容器下封头，熔融物达到隔板下表面的高度并将隔板底部浸泡，浸泡在熔融物中的部分隔板和支撑柱受热熔化。

8.如权利要求6所述的提高堆芯熔融物滞留有效性的方法，其特征在于，所述隔板用于阻碍堆芯熔融物与反应堆压力容器下封头的直接接触，进而阻碍熔融物对下封头的直接冲击。

9.如权利要求8所述的提高堆芯熔融物滞留有效性的方法，其特征在于，所述隔板上的通孔对堆芯熔融物进行分散流入下封头，在熔融物掉落初期对熔融物起到搅混作用，阻碍熔融物分层，缓解聚焦效应；熔融物经过通孔分流后增加与下封头内冷却剂的接触面积，增强换热，减少压力容器壁面的热负荷。

技术总结
本发明公开了一种提高堆芯熔融物滞留有效性的反应堆压力容器及方法，包括反应堆压力容器，所述反应堆压力容器的下封头设置隔板，所述隔板通过多个支撑柱焊接在下封头的内壁上，最高处的支撑柱轴线与压力容器轴线的夹角小于等于90°；所述隔板上设置多个通孔；本发明的隔板掉落后，在熔化过程中会吸收一部分金属层中的热量，待完全熔化后，会熔入金属层中，使金属层体积增大，厚度增厚，增加其与压力容器侧壁的接触面积，减小金属层与压力容器侧壁传热的热流密度，缓解“聚焦效应”，降低压力容器失效概率，提高IVR有效性。

技术研发人员：曹克美,田林,王征远,张梦威,黄高峰,苗富足,芦苇,严锦泉,金頔,郭宁,付廷造
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：2024/1/13