核反应堆启动加热和自然循环建立系统和方法与流程

本申请主要涉及核反应堆领域，尤其涉及一种核反应堆启动加热和自然循环建立系统和方法。

背景技术：

1、通常，民用核反应堆启动应采用热启动方案，即依靠外部热源加热到零功率温度附近、而非直接从冷态达临界启动，核反应堆堆芯在达到临界状态前，冷却剂温度必须升温、升压达到热备用状态。对于无主泵全自然循环的核反应堆，无法像传统核电厂一样依靠主泵做功实现升温，需要考虑采用其他的启动加热方案；同时，在启动达临界时也必须保证一定的流量，以保证安全。但由于没有主泵，系统只能依靠自然循环的流量。然而，自然循环的建立需要密度差，这需要通过冷却实现。因此，对于核反应堆来说，启动加热和自然循环建立是两个相反效应的过程。

2、一种已知的技术是利用插入堆芯的底部的注水管注入热水，在其他位置排出反应堆的冷水，通过介质交换实现反应堆的加热；与此同时，采用小于加热功率的冷却能力冷却反应堆，在加热的同时建立自然循环。然而，这样的方式升温速率不可控且存在安全风险。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是提供一种核反应堆启动加热和自然循环建立系统和方法，可以分阶段快速实现核反应堆升温和建立主回路自然循环。

2、为解决上述技术问题，本申请提供了一种核反应堆启动加热和自然循环建立系统，包括：a回路，连接至所述核反应堆的主换热器，所述a回路包括第一循环泵和ab回路热交换器，其中，所述第一循环泵适于在启动后推动所述a回路中的第一流体循环流动、并同时对所述第一流体做功以使所述第一流体升温，所述第一流体适于通过所述主换热器与所述核反应堆的主回路中的主回路流体进行热交换；独立于所述a回路之外的b回路，连接至所述ab回路热交换器，所述b回路包括第二循环泵和冷源，其中，所述冷源适于在启动后向所述b回路提供第二流体，所述第二循环泵适于在启动后推动所述第二流体在所述b回路中循环流动，所述第二流体适于通过所述ab回路换热器与所述a回路中的第一流体进行热交换，其中，所述b回路配置为在所述核反应堆的启动加热阶段晚于所述a回路运行后再启动运行，并在所述核反应堆的自然循环建立阶段保持与所述a回路同时运行。

3、可选地，所述a回路还包括辅助加热源，所述辅助加热源适于在启动后加热所述第一流体。

4、可选地，所述a回路和/或b回路还包括一个或多个阀门，所述阀门适于通过打开状态或关闭状态控制所述第一流体或所述第二流体分别在所述a回路和所述b回路中开始流动或停止流动。

5、可选地，所述第一循环泵的运行功率大于所述第二循环泵的运行功率。

6、可选地，系统还包括辅助输入热源，位于所述主回路中，所述辅助输入热源配置为在所述a回路和b回路同时运行后启动，以向所述主回路流体提供热量。

7、可选地，系统还包括多个温度测点，分布位于所述核反应堆的主回路中，所述系统适于根据所述多个温度测点反馈的温度信息控制所述a回路和b回路分别启动运行，以使所述核反应堆进入所述启动加热阶段或所述自然循环建立阶段。

8、为了实现上述技术效果，本申请的另一方面还提出了一种核反应堆启动加热和自然循环建立方法，适用于本申请任一实施例的核反应堆启动加热和自然循环建立系统，所述方法包括如下步骤：开启所述系统中的a回路，使所述a回路中的第一流体与所述核反应堆的主回路中的主回路流体进行热交换，以使所述主回路流体升温，从而使所述核反应堆进入启动加热阶段；在所述启动加热阶段中，当检测到所述主回路流体升温至满足第一温度要求后，启动运行所述系统中的b回路，通过使所述b回路中的第二流体与所述第一流体进行热交换，以使所述第一流体降温并最终使所述主回路流体降温，从而使所述核反应堆进入自然循环建立阶段。

9、可选地，所述第一温度要求包括所述核反应堆中的主换热器上方的温度达到第一温度阈值，所述方法还包括使所述核反应堆进入控温阶段，具体包括当启动运行所述系统中的b回路后，通过调节所述b回路中的流量参数和/或压力参数以使核反应堆中的主换热器上方的温度趋于稳定。

10、可选地，所述a回路包括辅助加热热源，使所述核反应堆进入控温阶段的步骤具体还包括在所述核反应堆中的主换热器上方的温度趋于稳定后，持续判断所述主回路流体是否达到第二温度要求，当判断结果为是时，关闭所述a回路的所述辅助加热热源，其中，所述第二温度要求包括所述主回路流体的温度在所述核反应堆中均匀分布。

11、还包括在所述核反应堆进入所述自然循环建立阶段后，返回所述控温阶段，并重复地在所述自然循环建立阶段和所述控温阶段之间循环一次或多次，直至所述核反应堆建立稳定的自然循环。

12、可选地，所述主回路还包括辅助输入热源，所述方法还包括在所述核反应堆进入所述自然循环建立阶段后，通过所述辅助输入热源向所述主回路提供热量。

13、与现有技术相比，本申请具有以下优点：本申请的核反应堆启动加热和自然循环建立系统和方法通过在核反应堆的主回路外设置相互独立的a、b回路，并通过控制a、b回路的接入系统的时机以此实现核反应堆分阶段实现启动加热和自然循环建立；在此过程中，首先启动与主回路直连的a回路从而利用a回路中第一流体的热量加热主回路流体，并在主回路流体局部加热后再启动b回路以对系统进行冷却，从而建立密度差以逐步实现自然循环。该方案相较于相关技术升温速率可控且升温速率快，主要理由是长期间维持自然循环且同时升温需要持续加热和连续导热，存在较大的能源浪费，分阶段实现升温和建立主回路自然循环，各阶段都可做到效率最高，因此有较大的可能更加节约能源和成本。

技术特征：

1.一种核反应堆启动加热和自然循环建立系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述a回路还包括辅助加热源，所述辅助加热源适于在启动后加热所述第一流体。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述a回路和/或b回路还包括一个或多个阀门，所述阀门适于通过打开状态或关闭状态控制所述第一流体或所述第二流体分别在所述a回路和所述b回路中开始流动或停止流动。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一循环泵的运行功率大于所述第二循环泵的运行功率。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括辅助输入热源，位于所述主回路中，所述辅助输入热源配置为在所述a回路和b回路同时运行后启动，以向所述主回路流体提供热量。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括多个温度测点，分布位于所述核反应堆的主回路中，所述系统适于根据所述多个温度测点反馈的温度信息控制所述a回路和b回路分别启动运行，以使所述核反应堆进入所述启动加热阶段或所述自然循环建立阶段。

7.一种核反应堆启动加热和自然循环建立方法，适用于如权利要求1～6任一项所述的核反应堆启动加热和自然循环建立系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一温度要求包括所述核反应堆中的主换热器上方的温度达到第一温度阈值，所述方法还包括使所述核反应堆进入控温阶段，具体包括当启动运行所述系统中的b回路后，通过调节所述b回路中的流量参数和/或压力参数以使核反应堆中的主换热器上方的温度趋于稳定。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述a回路包括辅助加热热源，使所述核反应堆进入控温阶段的步骤具体还包括在所述核反应堆中的主换热器上方的温度趋于稳定后，持续判断所述主回路流体是否达到第二温度要求，当判断结果为是时，关闭所述a回路的所述辅助加热热源，其中，所述第二温度要求包括所述主回路流体的温度在所述核反应堆中均匀分布。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括在所述核反应堆进入所述自然循环建立阶段后，返回所述控温阶段，并重复地在所述自然循环建立阶段和所述控温阶段之间循环一次或多次，直至所述核反应堆建立稳定的自然循环。

11.如权利要求7～9任一项所述的方法，其特征在于，所述主回路还包括辅助输入热源，所述方法还包括在所述核反应堆进入所述自然循环建立阶段后，通过所述辅助输入热源向所述主回路提供热量。

技术总结
本申请提供了一种核反应堆启动加热和自然循环建立系统和方法。系统包括：A回路，连接至核反应堆的主换热器，A回路包括第一循环泵和AB回路热交换器；独立于A回路之外的B回路，连接至AB回路热交换器，B回路包括第二循环泵和冷源；其中，B回路配置为在核反应堆的启动加热阶段晚于A回路运行后再启动运行，并在核反应堆的自然循环建立阶段保持与A回路同时运行。本申请的核反应堆启动加热和自然循环建立系统和方法可以分阶段快速实现核反应堆升温和建立主回路自然循环。

技术研发人员：沙正峰,王煦嘉,周彬,余建辉
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：2024/8/13