背景

本發(fā)明總體涉及一種從核電站中的反應(yīng)堆冷卻劑中去除溶解的氣體的方法，以及更具體地涉及一種用于通過使冷卻劑通過隔膜并通過施加真空提取氣體而從反應(yīng)堆冷卻劑中去除溶解的氫和裂變氣體的設(shè)備。

背景技術(shù)：

在壓水反應(yīng)堆裝置停機期間，通常的做法是將反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排放到反應(yīng)堆容器凸緣以下至反應(yīng)堆容器冷卻劑出口噴嘴的中平面的高度。該中平面與引到蒸汽發(fā)生器的“熱腿”連接管道的中平面重合。這種排放允許在停機期間對泵、蒸汽發(fā)生器、支撐結(jié)構(gòu)和其他主要系統(tǒng)部件進(jìn)行檢查、測試和維護(hù)。

在反應(yīng)堆操作期間，通過在核燃料中發(fā)生的裂變反應(yīng)產(chǎn)生的一些裂變氣體(例如氙氣和氪氣)可能進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)并且溶解在反應(yīng)堆冷卻劑中。停機之后但在補給燃料和維護(hù)操作開始之前，必須減小放射性氣體和氫氣的濃度，以避免設(shè)備維護(hù)檢查人員過度暴露于輻射中，以及減少在安全殼環(huán)境中由于潛在的火花點燃由空氣和氫氣組成的可燃混合物而引起爆炸的可能性。

以前已經(jīng)使用與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)連接的容積控制罐對反應(yīng)堆冷卻劑進(jìn)行脫氣。通常，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主要包括這些核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)部件，諸如反應(yīng)堆容器、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆冷卻劑泵和連接管道。體積控制罐是稱為化學(xué)體積控制系統(tǒng)的系統(tǒng)的一部分，其以脫氣模式通過將溶解的氫氣和放射性氣體從反應(yīng)堆冷卻劑中閃蒸出來并進(jìn)入容積控制罐的蒸氣空間而運行?？梢栽诿绹鴮＠鹵s4,647,425中找到這種系統(tǒng)的一個例子。

典型地，被稱為泄放流的相對小量的反應(yīng)堆冷卻劑流從反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和通過化學(xué)體積控制系統(tǒng)而轉(zhuǎn)移。該流首先被冷卻，然后在混合床脫鹽劑中被純化，被過濾以去除溶解的離子或懸浮的顆粒物質(zhì)，并且通入體積控制罐。

美國專利us4,647,425提出了對該化學(xué)體積控制系統(tǒng)程序的改進(jìn)，并且縮短了使反應(yīng)堆冷卻劑有效脫氣所需的時間。該專利提出的方法提供了對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)進(jìn)行真空脫氣。該方法包括在排水操作期間將反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排放到接近熱腿的中點并且將反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)維持在未通氣的狀態(tài)。然后，使得位于蒸汽發(fā)生器的初級側(cè)的任何已閃蒸的反應(yīng)堆冷卻劑回流。如上述專利中所使用的，已閃蒸的反應(yīng)堆冷卻劑是指由于較低的環(huán)境壓力而閃蒸進(jìn)入蒸汽相的液體冷卻劑。回流是指被冷凝和被冷卻。大量反應(yīng)堆冷卻劑以及回流的反應(yīng)堆冷卻劑通循環(huán)過殘余除熱系統(tǒng)以冷卻反應(yīng)堆冷卻劑。對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)抽真空以抽出從反應(yīng)堆冷卻劑中汽提的任何氣體。優(yōu)選地，對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行排放的步驟在排放過程中在未通氣的反應(yīng)堆容器和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中建立部分真空。該部分真空足以使反應(yīng)堆冷卻劑在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中的主要溫度下沸騰，從而在排放步驟期間進(jìn)行脫氣。

圖1示出了目前正在使用的真空脫氣系統(tǒng)10的一個現(xiàn)有技術(shù)實施例。泄放流在入口12處進(jìn)入系統(tǒng)，并被引導(dǎo)到脫氣塔容器16的入口14，在入口14處，其通過噴射頭18進(jìn)入容器的內(nèi)部。利用脫氣器真空泵36通過管道20對容器抽真空。未蒸發(fā)的過多反應(yīng)堆冷卻劑通過排放泵22從容器中抽出，其中采用脈沖阻尼器24來平滑由隔膜排放泵22產(chǎn)生的脈沖。通過排放泵22抽出的冷卻劑被排出到儲存罐26以返回到系統(tǒng)或處理掉。在脫氣塔16中與冷卻劑分離開的水蒸氣和不可冷凝氣體行進(jìn)通過除霧器28以去除任何所夾帶的冷卻劑并且被輸送到蒸氣冷凝器30，在蒸氣冷凝器30中其與冷凍水成熱交換關(guān)系，該冷凍水通過入口32和出口34進(jìn)出蒸汽冷凝器。然后，將放射性氣體和氫氣通過真空泵36抽出到脫氣器分離器38。然后通過脫氣分離器泵40將分離后的冷卻劑抽出并且排放到儲存罐26。放射性氣體和氫氣從脫氣器分離器38的蒸氣空間排出到反應(yīng)堆裝置放射性廢氣系統(tǒng)42。在維護(hù)之前提供氮氣吹掃管線44以清除任何殘留的氫氣和放射性氣體。

這種傳統(tǒng)方法需要大量能量來操作大型真空泵、多個部件(例如脫氣塔、輸送泵、分離器容器、互連管道、閥和儀器)，并且需要相當(dāng)大的建筑空間和支持系統(tǒng)(例如冷卻水/冷凍水)。因此，雖然這些系統(tǒng)具有長期的記錄，但是需要進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，這將簡化設(shè)計，減小操作系統(tǒng)所需的能量，減小容納系統(tǒng)所需的建筑空間的量，以及降低系統(tǒng)的資本和維護(hù)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

這些和其他目的通過用于從反應(yīng)堆冷卻劑中去除放射性氣體和氫氣的核反應(yīng)堆電站子系統(tǒng)來實現(xiàn)。該子系統(tǒng)包括容納隔膜的接觸器，隔膜將接觸器殼體的內(nèi)部分成入口室和出口室，其中隔膜具有孔，該孔使放射性氣體和氫氣從入口室通向出口室，但是防止反應(yīng)堆冷卻劑通到出口室。真空發(fā)生器連接到出口室，用于對出口室抽真空。液體出口導(dǎo)管連接到位于入口室上的出口噴嘴，用于將反應(yīng)堆冷卻劑的已脫氣部分輸送到期望位置。類似地，氣體出口導(dǎo)管連接到位于出口室上的出口噴嘴，用于將放射性氣體和氫氣輸送到核反應(yīng)堆電站的廢氣系統(tǒng)。

在一個實施例中，“吹掃”氣體系統(tǒng)連接到出口室，用于在出口室中提供相對小量的惰性氣體吹掃流，優(yōu)選地，惰性氣體是氮氣。吹掃氣體與真空的應(yīng)用相結(jié)合提高了隔膜對溶解氣體去除的效率，從而使所需的接觸器數(shù)量最小化。在另一個實施例中，接觸器殼體包括并聯(lián)連接的多個接觸器殼體。可替代地，接觸器殼體可以串聯(lián)連接。在又一個實施例中，接觸器殼體包括多個接觸器殼體，其中所述多個接觸器殼體中的至少一些并聯(lián)連接并且并聯(lián)連接的接觸器殼體中一些與所述多個接觸器殼體中的至少另一個串聯(lián)連接。在再一個實施例中，接觸器可以在沒有吹掃氣體的情況下操作，但是可能需要串聯(lián)和/或并聯(lián)的附加接觸器。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明時，可以從以下對優(yōu)選實施例的描述中獲得對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的真空脫氣系統(tǒng)的示意性布局；

圖2是本發(fā)明的各部件的一個實施例的示意性布局，所述各部件代替圖1的位于虛線內(nèi)的系統(tǒng)部分；和

圖3是圖2系統(tǒng)的示意性布局，其中附加接觸器殼體與接觸器殼體的兩個并聯(lián)的裝置串聯(lián)設(shè)置以進(jìn)一步改善輸出質(zhì)量。

具體實施方式

本發(fā)明利用已知且已形成的氣體隔膜技術(shù)來從反應(yīng)堆冷卻劑中去除溶解的氣體。雖然這對于某些應(yīng)用來說是已知和成熟的技術(shù)，如在過去提出的可替代反應(yīng)堆脫氣系統(tǒng)所證實的和在美國專利us4,647,425的背景技術(shù)中提出的對現(xiàn)有技術(shù)的評估中已經(jīng)描述過的一樣，但是以前沒有采用該技術(shù)來處理如與核反應(yīng)堆系統(tǒng)的主要冷卻劑接口所存在的溫和的酸性和放射性的解決方案。

根據(jù)本發(fā)明，分別容納氣體隔膜的一個或多個可替代的“接觸器”串聯(lián)和/或并聯(lián)布置，按照需要處理期望的流和氣體去除程度。含有主要溶解的氫氣和放射性氣體(即氙氣和氪氣)的液體以相對低的壓力進(jìn)入接觸器并且被脫氣至期望水平而離開隔膜。在隔膜的氣體側(cè)施加真空，以將溶解的氣體從液體中拉過隔膜壁中的微小孔。此外，在真空側(cè)使用小量的惰性氣體吹掃氣體(例如氮氣)流以增強溶解氣體的去除。該氣體流使所需接觸器的數(shù)量最小化。入口和出口溶解氫分析儀監(jiān)測隔膜的性能。在圖2和圖3中示出了這種系統(tǒng)。圖2示出并聯(lián)的兩個接觸器46，但是應(yīng)當(dāng)意識到，根據(jù)需要可以并聯(lián)使用一個、三個或四個或更多個接觸器來處理所需的流量。圖3示出了如圖2所示并聯(lián)的兩個接觸器，其中第三接觸器與所述并聯(lián)的兩個接觸器的輸出部串聯(lián)，以進(jìn)一步減小可能保留在已脫氣冷卻劑流內(nèi)的氣體的量。

返回參考圖2，泄放流在入口12處進(jìn)入系統(tǒng)，并且通過入口管道48被分配到接觸器46的每個入口50。通過真空泵54在氣體出口52處對隔膜的氣體側(cè)施加真空，并且在氣體入口56處從氮氣源58引入小量的惰性氣體流(優(yōu)選氮氣)。“惰性氣體”是指當(dāng)排放到廢氣系統(tǒng)時不會與汽提氣體(即放射性氣體或氫氣)發(fā)生反應(yīng)而形成不期望的或有害的氣體混合物的氣體。例如，可以使用氦氣，而不能使用氧氣。接觸器46內(nèi)的隔膜具有孔，該孔足夠小以防止冷卻劑通過氣體出口52，但是足夠大以使氫氣和放射性氣體能夠通過隔膜。這種接觸器可商購，例如可從membranacorporation，charlotte，northcarolina獲得的liqui-cel。已脫氣的冷卻劑然后在出口60處離開接觸器46，并且由出口導(dǎo)管62輸送到儲存罐26，在儲存罐處可將其返回到反應(yīng)堆系統(tǒng)或處理掉。許多接觸器46可以根據(jù)需要并聯(lián)布置以處理需要再循環(huán)或處理掉的如此大量的含氣體的冷卻劑。然后，通過真空泵54將提取的氫氣和放射性氣體和氮氣吹掃氣體循環(huán)到工廠的放射性廢物系統(tǒng)42。氮源58還在氣體管線中提供流以凈化系統(tǒng)的氣體出口側(cè)以用于維護(hù)。清潔的軟化水44的源設(shè)置用于在維護(hù)之前沖洗接觸器的液體側(cè)和管道。

除了附加的接觸器46定位成與圖2所示的接觸器46并聯(lián)的裝置串聯(lián)并且提供了另一階段的脫氣以提高離開系統(tǒng)的冷卻劑的純度，圖3與圖2相同。在整個系統(tǒng)中提供傳感器以監(jiān)測該過程的功效。

雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以根據(jù)本公開的總體教導(dǎo)來開發(fā)對這些細(xì)節(jié)的各種修改和改變。因此，所公開的特定實施例僅僅是說明性的而不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍將被賦予所附權(quán)利要求及其任何和所有等同方案的全部范圍。