《安全壳内置换料水箱过滤器系统》涉及核电厂安全系统，具体涉及一种安全壳内置换料水箱过滤器系统。

核电厂安全壳内发生LOCA或主蒸汽管道断裂等事故时，安全壳内高能管线破裂，破口介质的喷放力将对周围的保温材料、土建结构及设备的涂漆以及其他物质等形成冲击破坏，从而导致大量各类碎渣的产生，如果碎渣传递至安全注入喷淋、安全喷淋系统入口处的水池（例如二代加压水堆机组中的地坑，三代压水堆机组中内置换料水箱IRWST）并沉积在其内部设置的过滤器上，滤网上的碎渣累积将会引起碎渣层压降的增加，进而有可能导致安全注入系统或安全壳喷淋系统及泵产生流量不足、汽蚀等问题，影响核电厂安全。

在事故工况下，安全壳喷淋系统、安全注入系统要投入使用，利用IRWST水（或地坑汇集的水）进行堆芯注入和安全壳喷淋，为了保证喷淋水质，有必要进行IRWST内（或地坑汇集的水）碎渣的过滤。安全系统泵吸入口过滤器即起到过滤杂质的作用。安全壳内安注系统和安全壳喷淋系统泵吸入口处的过滤器，是核电厂安全系统的重要设备。核电站安全系统泵吸入口过滤器是一种过滤杂质的机械类设备，它安装于泵吸入口处，能够过滤带有大量碎渣的水，并能承受碎渣积聚而带来的负荷。它的工作原理是，过滤器下游安装有安全系统泵，泵的运行产生吸水的作用，导致IRWST水（或地坑水）通过过滤器，由于过滤器的阻挡，碎渣滞留在过滤器上游，从而使进入过滤器下游的水的水质满足系统运行要求，避免过量碎渣进入下游管道和堆芯，影响设备的运行或者堆积在堆芯内影响堆芯余热导出。

截至2012年12月，传统过滤器直接安装在安全注入系统或安全壳喷淋系统泵吸入口，采用滤网过滤碎渣，见图1，图中1为传统过滤器，2为安全注入系统或安全壳喷淋系统泵，3为反应堆堆芯。

为了防止产生流量不足、汽蚀等问题，传统过滤器需要具有较大的过滤面积，保证过滤器整体压降在限值内。因此传统过滤器的布置需要占据相当大空间，以二代压水堆核电厂为例，地坑过滤器布置占据了一半的环廊面积。同时由于流通面积过大，还导致通过滤网的微粒和纤维较多，可能影响反应堆堆芯的热量导出。

图1为相关技术中地坑过滤器的安装结构示意图；

图2为《安全壳内置换料水箱过滤器系统》的安全壳内置换料水箱过滤器系统结构示意图；

图3为《安全壳内置换料水箱过滤器系统》的碎渣拦污栅结构示意图；

图4为《安全壳内置换料水箱过滤器系统》的碎渣滞留篮结构示意图；

图5为《安全壳内置换料水箱过滤器系统》的泵吸入口过滤器的一个过滤模块结构示意图。

2021年6月24日，《安全壳内置换料水箱过滤器系统》获得第二十二届中国专利优秀奖。

《安全壳内置换料水箱过滤器系统》通过将传统的过滤器单级过滤改为三级过滤，在内置换料水箱（IRWST）处设置了三级过滤器，在事故工况下拦截碎渣，对IRWST收集到的水进行精细过滤，以确保进入安全壳喷淋系统（CSP）及安全注入系统（RSI）的水不会引起CSP系统喷淋环管上的喷嘴的堵塞以及在RSI系统再循环阶段对燃料棒支撑隔栅的堵塞。

如图2所示，《安全壳内置换料水箱过滤器系统》提供的安全壳内置换料水箱过滤器系统，包括设置在内置换料水箱上层楼板的孔洞7上方的碎渣拦污栅4，在所述上层楼板的孔洞7下方的内置换料水箱内设置碎渣滞留篮5，碎渣滞留篮5上部开口高度高于内置换料水箱中液体的最高液面，开口对准内置换料水箱的上层楼板孔洞7；在内置换料水箱内，碎渣滞留篮5与泵吸入口过滤器6独立设置，或者将碎渣滞留篮5与泵吸入口过滤器6采用固定装置连接；碎渣拦污栅4、碎渣滞留篮5、泵吸入口过滤器6形成三级过滤系统。

为了增大碎渣拦污栅4的拦截面积，《安全壳内置换料水箱过滤器系统》将碎渣拦污栅设计为波浪式曲面结构，如图3所示。为了增大碎渣拦污栅的结构强度，在碎渣拦污栅4的底部设计中增加加强筋，同时可防止拦污栅脱落至内置换料水箱中。碎渣拦污栅的具体介绍可以参照申请人同期申请的专利《内置换料水箱的大碎渣拦污栅》。

碎渣滞留篮5固定设置在内置换料水箱内，碎渣滞留篮5的高度高于内置换料水箱中液体的最高液面，碎渣滞留篮5的开口对准内置换料水箱的上层楼板孔洞3，如图2所示。内置换料水箱的上层楼板具有若干孔洞7，在孔洞7的下方设置滞留篮5。碎渣滞留篮5的结构如图4所示，碎渣滞留篮5应具有能够接受来自上游的所有水流及碎渣的开口面积；为防止碎渣遗漏在碎渣滞留篮外，必要时可以在碎渣滞留篮5的开口处周围设置碎渣收集板；碎渣滞留篮5还包括起承重作用的加强筋，保证碎渣滞留篮1具有足够的强度在贮存碎渣的同时承受水流的冲击。碎渣滞留篮的具体介绍可以参照申请人同期申请的专利《一种用于拦截并贮存碎渣的装置》。

泵吸入口过滤器包括若干个沿安全壳内置换料水箱环形区布置的过滤模块，在安全系统泵吸入口的四边设置基座，过滤模块固定在基座上。泵吸入口过滤器设置使用模块化设计，每个过滤器组件由数十组过滤模块连接而成。根据上游分析碎渣量导致的过滤器压降需确保吸入口下游系统泵的净正吸入压头要求。过滤器将长期淹没于内置换料水箱水中，过滤器组件可灵活布置。

如图5所示，所述每个过滤模块9包括设置在安全系统泵吸入口地坑上方的汇流箱11，汇流箱11沿环形区10的两侧连接汇流筒道12，汇流筒道12上设有过滤组件13，过滤组件13采用板片状或柱状结构，在板片上或柱面上设有用于过滤碎渣的过滤孔。

为了避免过滤面积过大而受到布置空间及占地面积的限制，可通过同一系列的安注安喷系统共用某些过滤模块组件，以满足过滤面积的要求。

位于安全系统泵吸入口地坑8上方的汇流箱11是正方体或长方体结构，便于进行与地面或墙面的固定连接。与地面和墙面的固定连接要保证密封，避免大的碎渣及颗粒进入安全系统泵吸入口。汇流箱11沿环形区两侧连接汇流筒道12。汇流箱的组合面基本为实体钢板，必要时加排气孔或排气导管。

汇流筒道12为从地坑汇流箱向外延伸的流体汇集部件。汇流筒道12横截面可以为圆形、椭圆形、正方形、多边形或长方形等适用形状。汇流筒道12的基本组合面为实体钢板。对于需要安装过滤组件13的位置进行必要的开孔设计。汇流筒道12除与地面连接的区域外，均可以适当安装过滤组件13。过滤组件13与汇流筒道12的连接方式可以为上装式、上侧装式、三侧装式、环绕式等多种类似形式。

汇流筒道12、汇流箱11与过滤组件13的各零部件之间的连接采用螺栓连接形式，避免因为焊接连接而产生热变形，影响结构的稳定性和坚固性。

安全壳内置换料水箱过滤器系统专利目的

《安全壳内置换料水箱过滤器系统》的目的是提供一种占地面积小、布置更为灵活，且过滤效率高的安全壳内置换料水箱过滤器系统。

安全壳内置换料水箱过滤器系统技术方案

《安全壳内置换料水箱过滤器系统》包括设置在内置换料水箱上层楼板的孔洞上方的碎渣拦污栅，在所述上层楼板的孔洞下方的内置换料水箱内设置碎渣滞留篮，碎渣滞留篮上部开口高度高于内置换料水箱中液体的最高液面，开口对准内置换料水箱的上层楼板孔洞。在内置换料水箱内，碎渣滞留篮与泵吸入口过滤器独立设置，如果受空间限值，可以将碎渣滞留篮与泵吸入口过滤器采用固定装置连接；碎渣拦污栅、碎渣滞留篮、泵吸入口过滤器形成三级过滤系统。

进一步，所述的碎渣拦污栅整体为波浪式曲面结构；碎渣拦污栅的底部设置加强筋。

进一步，所述碎渣滞留篮具有能够接受来自上游的所有水流及碎渣的开口面积；所述碎渣滞留篮的开口处周围设置碎渣收集板；所述碎渣滞留篮的表面为不锈钢制多孔滤网。

进一步，所述的泵吸入口过滤器包括若干个沿安全壳内置换料水箱环形区布置的过滤模块，在安全系统泵吸入口的四边设置基座，所述过滤模块固定在基座上，每个过滤模块包括设置在安全系统泵吸入口地坑上方的汇流箱，汇流箱沿环形区的两侧连接汇流筒道，汇流筒道上设有过滤组件，过滤组件采用板片状或柱状结构，在板片上或柱面上设有用于过滤碎渣的过滤孔。

更进一步，当所述过滤组件为板片状结构时，过滤组件的过滤板采用波浪状打孔板，以增加过滤面积；过滤组件的过滤孔直径或边长小于2.1毫米（或要求的孔径）。

安全壳内置换料水箱过滤器系统有益效果

《安全壳内置换料水箱过滤器系统》采用三级过滤，碎渣拦污栅可以拦截大碎渣，防止外来冲击，提高了过滤器应对事故的能力，提高系统的安全性；碎渣滞留篮采用与泵吸入口过滤器类似或相同的滤网表面，可以拦截并储存大部分碎渣，从而极大减少到达最后一级过滤器碎渣量，并且可以保证IRWST内的水质，由于到达泵吸入口过滤器的碎渣量大大减少，从而可以在减少最后一级过滤器的过滤面积的同时仍然保持较低的压降，而且通过过滤器的微小颗粒和纤维的总量减少，降低下游发生堵塞的可能性，提高反应堆安全性；而且三级过滤器，占地面积较小，布置更为灵活，不需要大面积空间，同时适用于内置换料水箱这种水下环境。

1.一种安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：包括设置在内置换料水箱上层楼板的孔洞（7）上方的碎渣拦污栅（4），在所述上层楼板的孔洞（7）下方的内置换料水箱内设置碎渣滞留篮（5），碎渣滞留篮（5）上部开口高度高于内置换料水箱中液体的最高液面，开口对准内置换料水箱的上层楼板孔洞（7）；在内置换料水箱内，碎渣滞留篮（5）与泵吸入口过滤器（6）独立设置，或者将碎渣滞留篮（5）与泵吸入口过滤器（6）采用固定装置连接；碎渣拦污栅（4）、碎渣滞留篮（5）、泵吸入口过滤器（6）形成三级过滤系统。

2.如权利要求1所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：所述的碎渣拦污栅（4）整体为波浪式曲面结构。

3.如权利要求2所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：所述的碎渣拦污栅（4）的底部设置加强筋。

4.如权利要求1所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：所述碎渣滞留篮（5）具有能够接受来自上游的所有水流及碎渣的开口面积。

5.如权利要求4所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：所述碎渣滞留篮（5）的开口处周围设置碎渣收集板。

6.如权利要求4或5所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：所述碎渣滞留篮（5）的表面为不锈钢制多孔滤网。

7.如权利要求1所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：所述的泵吸入口过滤器（6）包括若干个沿安全壳内置换料水箱环形区（10）布置的过滤模块（9），在安全系统泵吸入口的四边设置基座，所述过滤模块固定在基座上，每个过滤模块包括设置在安全系统泵吸入口地坑（8）上方的汇流箱（11），汇流箱（11）沿环形区的两侧连接汇流筒道（12），汇流筒道（12）上设有过滤组件（13），过滤组件（13）采用板片状或柱状结构，在板片上或柱面上设有用于过滤碎渣的过滤孔。

8.如权利要求7所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：当所述过滤组件（13）为板片状结构时，过滤组件（13）的过滤板采用波浪状打孔板，以增加过滤面积。

9.如权利要求7或8所述的安全壳内置换料水箱过滤器系统，其特征在于：过滤组件（13）的过滤孔直径或边长小于2.1毫米。

安全壳内置换料水箱（IRWST）是 AP1000六大专设安全核设施之一的非能动堆芯冷却（PXS ）系统的一个重要组件，对对AP1000核电的安全运行起着非常重要的作用。

水箱内的液位就是水箱内的水位。

安全壳内置换料水箱是一个大体积并内衬不锈钢的水箱，放置在安全壳内运行平台的下面。IRWST为安全C级，抗震I类设备。该水箱作为安全壳内的一个整体结构建造，并且与钢制安全壳容器隔开。IRWST与正常的余热排出系统相连，这样换料水箱和RCS/换料腔室的水可以实现相互流动，通过乏燃料池冷却系统提供净化和取样，通过化容控制系统可以远距离地调节硼浓度。同时，正常的余热排出系统能够为IRWST 提供冷却。

IRWST 参数描述如下：

容量足以满足以下需求:

1）在正常换料期间淹没换料腔室;

2）LOCA事故后保证长期冷却模式下所需要的安全壳水位;

3）保证PRHR HX 的运行。

4）换料水箱的水装量考虑了安注期间DVI 管线破裂的保守泄漏量。