安全殼內置換料水箱過濾器系統

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》是中國核電工程有限公司於2012年12月17日申請的發明專利，該專利申請號為2012105480881，公布號為CN103028285A，公布日為2013年4月10日，發明人是張衛、荊春寧、王曉江、李軍、朱京梅、朱明華、龔釗、於鳳雲。

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》公開了一種安全殼內置換料水箱過濾器系統，包括設定在內置換料水箱上層樓板的孔洞上方的碎渣攔污柵，在所述上層樓板的孔洞下方的內置換料水箱內設定碎渣滯留籃，碎渣滯留籃上部開口高度高於內置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內置換料水箱的上層樓板孔洞；在內置換料水箱內，碎渣滯留籃與泵吸入口過濾器獨立設定，或者將碎渣滯留籃與泵吸入口過濾器採用固定裝置連線；碎渣攔污柵、碎渣滯留籃、泵吸入口過濾器形成三級過濾系統。該系統占地面積較小，布置更為靈活，不需要大面積空間，過濾效率高，同時適用於內置換料水箱這種水下環境。

2021年6月24日，《安全殼內置換料水箱過濾器系統》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《安全殼內置換料水箱過濾器系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：安全殼內置換料水箱過濾器系統
• 申請日：2012年12月17日
• 申請號：2012105480881
• 申請公布日：2013年4月10日
• 申請公布號：CN103028285A
• 申請人：中國核電工程有限公司
• 地址：北京市海淀區西三環北路117號
• 發明人：張衛、荊春寧、王曉江、李軍、朱京梅、朱明華、龔釗、於鳳雲
• 類別：發明專利
• Int. Cl.：B01D35/027(2006.01)I; B01D36/02(2006.01)I
• 專利代理機構：北京天悅專利代理事務所（普通合夥）
• 代理人：田明、任曉航

專利背景

核電廠安全殼內發生LOCA或主蒸汽管道斷裂等事故時，安全殼內高能管線破裂，破口介質的噴放力將對周圍的保溫材料、土建結構及設備的塗漆以及其他物質等形成衝擊破壞，從而導致大量各類碎渣的產生，如果碎渣傳遞至安全注入噴淋、安全噴淋系統入口處的水池（例如二代加壓水堆機組中的地坑，三代壓水堆機組中內置換料水箱IRWST）並沉積在其內部設定的過濾器上，濾網上的碎渣累積將會引起碎渣層壓降的增加，進而有可能導致安全注入系統或安全殼噴淋系統及泵產生流量不足、汽蝕等問題，影響核電廠安全。

在事故工況下，安全殼噴淋系統、安全注入系統要投入使用，利用IRWST水（或地坑匯集的水）進行堆芯注入和安全殼噴淋，為了保證噴淋水質，有必要進行IRWST內（或地坑匯集的水）碎渣的過濾。安全系統泵吸入口過濾器即起到過濾雜質的作用。安全殼內安注系統和安全殼噴淋系統泵吸入口處的過濾器，是核電廠安全系統的重要設備。核電站安全系統泵吸入口過濾器是一種過濾雜質的機械類設備，它安裝於泵吸入口處，能夠過濾帶有大量碎渣的水，並能承受碎渣積聚而帶來的負荷。它的工作原理是，過濾器下游安裝有安全系統泵，泵的運行產生吸水的作用，導致IRWST水（或地坑水）通過過濾器，由於過濾器的阻擋，碎渣滯留在過濾器上游，從而使進入過濾器下游的水的水質滿足系統運行要求，避免過量碎渣進入下游管道和堆芯，影響設備的運行或者堆積在堆芯內影響堆芯餘熱導出。

截至2012年12月，傳統過濾器直接安裝在安全注入系統或安全殼噴淋系統泵吸入口，採用濾網過濾碎渣，見圖1，圖中1為傳統過濾器，2為安全注入系統或安全殼噴淋系統泵，3為反應堆堆芯。

為了防止產生流量不足、汽蝕等問題，傳統過濾器需要具有較大的過濾面積，保證過濾器整體壓降在限值內。因此傳統過濾器的布置需要占據相當大空間，以二代壓水堆核電廠為例，地坑過濾器布置占據了一半的環廊面積。同時由於流通面積過大，還導致通過濾網的微粒和纖維較多，可能影響反應堆堆芯的熱量導出。

發明內容

專利目的

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》的目的是提供一種占地面積小、布置更為靈活，且過濾效率高的安全殼內置換料水箱過濾器系統。

技術方案

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》包括設定在內置換料水箱上層樓板的孔洞上方的碎渣攔污柵，在所述上層樓板的孔洞下方的內置換料水箱內設定碎渣滯留籃，碎渣滯留籃上部開口高度高於內置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內置換料水箱的上層樓板孔洞。在內置換料水箱內，碎渣滯留籃與泵吸入口過濾器獨立設定，如果受空間限值，可以將碎渣滯留籃與泵吸入口過濾器採用固定裝置連線；碎渣攔污柵、碎渣滯留籃、泵吸入口過濾器形成三級過濾系統。

進一步，所述的碎渣攔污柵整體為波浪式曲面結構；碎渣攔污柵的底部設定加強筋。

進一步，所述碎渣滯留籃具有能夠接受來自上游的所有水流及碎渣的開口面積；所述碎渣滯留籃的開口處周圍設定碎渣收集板；所述碎渣滯留籃的表面為不鏽鋼制多孔濾網。

進一步，所述的泵吸入口過濾器包括若干個沿安全殼內置換料水箱環形區布置的過濾模組，在安全系統泵吸入口的四邊設定基座，所述過濾模組固定在基座上，每個過濾模組包括設定在安全系統泵吸入口地坑上方的匯流箱，匯流箱沿環形區的兩側連線匯流筒道，匯流筒道上設有過濾組件，過濾組件採用板片狀或柱狀結構，在板片上或柱面上設有用於過濾碎渣的過濾孔。

更進一步，當所述過濾組件為板片狀結構時，過濾組件的過濾板採用波浪狀打孔板，以增加過濾面積；過濾組件的過濾孔直徑或邊長小於2.1毫米（或要求的孔徑）。

有益效果

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》採用三級過濾，碎渣攔污柵可以攔截大碎渣，防止外來衝擊，提高了過濾器應對事故的能力，提高系統的安全性；碎渣滯留籃採用與泵吸入口過濾器類似或相同的濾網表面，可以攔截並儲存大部分碎渣，從而極大減少到達最後一級過濾器碎渣量，並且可以保證IRWST內的水質，由於到達泵吸入口過濾器的碎渣量大大減少，從而可以在減少最後一級過濾器的過濾面積的同時仍然保持較低的壓降，而且通過過濾器的微小顆粒和纖維的總量減少，降低下游發生堵塞的可能性，提高反應堆安全性；而且三級過濾器，占地面積較小，布置更為靈活，不需要大面積空間，同時適用於內置換料水箱這種水下環境。

附圖說明

圖1為相關技術中地坑過濾器的安裝結構示意圖；

圖2為《安全殼內置換料水箱過濾器系統》的安全殼內置換料水箱過濾器系統結構示意圖；

圖3為《安全殼內置換料水箱過濾器系統》的碎渣攔污柵結構示意圖；

圖4為《安全殼內置換料水箱過濾器系統》的碎渣滯留籃結構示意圖；

圖5為《安全殼內置換料水箱過濾器系統》的泵吸入口過濾器的一個過濾模組結構示意圖。

技術領域

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》涉及核電廠安全系統，具體涉及一種安全殼內置換料水箱過濾器系統。

權利要求

1.一種安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：包括設定在內置換料水箱上層樓板的孔洞（7）上方的碎渣攔污柵（4），在所述上層樓板的孔洞（7）下方的內置換料水箱內設定碎渣滯留籃（5），碎渣滯留籃（5）上部開口高度高於內置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內置換料水箱的上層樓板孔洞（7）；在內置換料水箱內，碎渣滯留籃（5）與泵吸入口過濾器（6）獨立設定，或者將碎渣滯留籃（5）與泵吸入口過濾器（6）採用固定裝置連線；碎渣攔污柵（4）、碎渣滯留籃（5）、泵吸入口過濾器（6）形成三級過濾系統。

2.如權利要求1所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：所述的碎渣攔污柵（4）整體為波浪式曲面結構。

3.如權利要求2所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：所述的碎渣攔污柵（4）的底部設定加強筋。

4.如權利要求1所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：所述碎渣滯留籃（5）具有能夠接受來自上游的所有水流及碎渣的開口面積。

5.如權利要求4所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：所述碎渣滯留籃（5）的開口處周圍設定碎渣收集板。

6.如權利要求4或5所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：所述碎渣滯留籃（5）的表面為不鏽鋼制多孔濾網。

7.如權利要求1所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：所述的泵吸入口過濾器（6）包括若干個沿安全殼內置換料水箱環形區（10）布置的過濾模組（9），在安全系統泵吸入口的四邊設定基座，所述過濾模組固定在基座上，每個過濾模組包括設定在安全系統泵吸入口地坑（8）上方的匯流箱（11），匯流箱（11）沿環形區的兩側連線匯流筒道（12），匯流筒道（12）上設有過濾組件（13），過濾組件（13）採用板片狀或柱狀結構，在板片上或柱面上設有用於過濾碎渣的過濾孔。

8.如權利要求7所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：當所述過濾組件（13）為板片狀結構時，過濾組件（13）的過濾板採用波浪狀打孔板，以增加過濾面積。

9.如權利要求7或8所述的安全殼內置換料水箱過濾器系統，其特徵在於：過濾組件（13）的過濾孔直徑或邊長小於2.1毫米。

實施方式

《安全殼內置換料水箱過濾器系統》通過將傳統的過濾器單級過濾改為三級過濾，在內置換料水箱（IRWST）處設定了三級過濾器，在事故工況下攔截碎渣，對IRWST收集到的水進行精細過濾，以確保進入安全殼噴淋系統（CSP）及安全注入系統（RSI）的水不會引起CSP系統噴淋環管上的噴嘴的堵塞以及在RSI系統再循環階段對燃料棒支撐隔柵的堵塞。

如圖2所示，《安全殼內置換料水箱過濾器系統》提供的安全殼內置換料水箱過濾器系統，包括設定在內置換料水箱上層樓板的孔洞7上方的碎渣攔污柵4，在所述上層樓板的孔洞7下方的內置換料水箱內設定碎渣滯留籃5，碎渣滯留籃5上部開口高度高於內置換料水箱中液體的最高液面，開口對準內置換料水箱的上層樓板孔洞7；在內置換料水箱內，碎渣滯留籃5與泵吸入口過濾器6獨立設定，或者將碎渣滯留籃5與泵吸入口過濾器6採用固定裝置連線；碎渣攔污柵4、碎渣滯留籃5、泵吸入口過濾器6形成三級過濾系統。

為了增大碎渣攔污柵4的攔截面積，《安全殼內置換料水箱過濾器系統》將碎渣攔污柵設計為波浪式曲面結構，如圖3所示。為了增大碎渣攔污柵的結構強度，在碎渣攔污柵4的底部設計中增加加強筋，同時可防止攔污柵脫落至內置換料水箱中。碎渣攔污柵的具體介紹可以參照申請人同期申請的專利《內置換料水箱的大碎渣攔污柵》。

碎渣滯留籃5固定設定在內置換料水箱內，碎渣滯留籃5的高度高於內置換料水箱中液體的最高液面，碎渣滯留籃5的開口對準內置換料水箱的上層樓板孔洞3，如圖2所示。內置換料水箱的上層樓板具有若干孔洞7，在孔洞7的下方設定滯留籃5。碎渣滯留籃5的結構如圖4所示，碎渣滯留籃5應具有能夠接受來自上游的所有水流及碎渣的開口面積；為防止碎渣遺漏在碎渣滯留籃外，必要時可以在碎渣滯留籃5的開口處周圍設定碎渣收集板；碎渣滯留籃5還包括起承重作用的加強筋，保證碎渣滯留籃1具有足夠的強度在貯存碎渣的同時承受水流的衝擊。碎渣滯留籃的具體介紹可以參照申請人同期申請的專利《一種用於攔截並貯存碎渣的裝置》。

泵吸入口過濾器包括若干個沿安全殼內置換料水箱環形區布置的過濾模組，在安全系統泵吸入口的四邊設定基座，過濾模組固定在基座上。泵吸入口過濾器設定使用模組化設計，每個過濾器組件由數十組過濾模組連線而成。根據上游分析碎渣量導致的過濾器壓降需確保吸入口下游系統泵的淨正吸入壓頭要求。過濾器將長期淹沒於內置換料水箱水中，過濾器組件可靈活布置。

如圖5所示，所述每個過濾模組9包括設定在安全系統泵吸入口地坑上方的匯流箱11，匯流箱11沿環形區10的兩側連線匯流筒道12，匯流筒道12上設有過濾組件13，過濾組件13採用板片狀或柱狀結構，在板片上或柱面上設有用於過濾碎渣的過濾孔。

為了避免過濾面積過大而受到布置空間及占地面積的限制，可通過同一系列的安注安噴系統共用某些過濾模組組件，以滿足過濾面積的要求。

位於安全系統泵吸入口地坑8上方的匯流箱11是正方體或長方體結構，便於進行與地面或牆面的固定連線。與地面和牆面的固定連線要保證密封，避免大的碎渣及顆粒進入安全系統泵吸入口。匯流箱11沿環形區兩側連線匯流筒道12。匯流箱的組合面基本為實體鋼板，必要時加排氣孔或排氣導管。

匯流筒道12為從地坑匯流箱向外延伸的流體匯集部件。匯流筒道12橫截面可以為圓形、橢圓形、正方形、多邊形或長方形等適用形狀。匯流筒道12的基本組合面為實體鋼板。對於需要安裝過濾組件13的位置進行必要的開孔設計。匯流筒道12除與地面連線的區域外，均可以適當安裝過濾組件13。過濾組件13與匯流筒道12的連線方式可以為上裝式、上側裝式、三側裝式、環繞式等多種類似形式。

匯流筒道12、匯流箱11與過濾組件13的各零部件之間的連線採用螺栓連線形式，避免因為焊接連線而產生熱變形，影響結構的穩定性和堅固性。

專利榮譽

2021年6月24日，《安全殼內置換料水箱過濾器系統》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。