CN111916234A - 非能动与能动相结合的核电厂安全注射***及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非能动与能动相结合的核电厂安全注射***及其使用方法，本发明包括设置在安全壳内的高压安全注射水箱、中压安全注射水箱和低压安全注射***；高压安全注射水箱充满水，通过平衡管线和注入管线与反应堆冷却剂***相连通；中压安全注射水箱中充有一定的压缩氮气，且所述中压安全注射水箱设置位置高于堆芯，通过注入管线与反应堆冷却剂***连接；所述低压安全注射***采用低压安全注射泵从堆坑蓄水池中取水，注入反应堆冷却剂***。本发明可以实现高、中、低压等不同压力范围需求的全面覆盖，实现安全注射功能的多样性与可靠性，实现***结构的简化设置，提升核电厂的安全性与经济性。

Description

非能动与能动相结合的核电厂安全注射***及其使用方法
技术领域
本发明涉及核电厂安全设计技术领域，具体涉及一种非能动与能动相结合的核电厂安全注射***及其使用方法。
背景技术
压水堆核电厂发生反应堆冷却剂管道破口事故工况(LOCA)后，反应堆冷却剂从压力容器内流失，导致反应堆堆芯燃料元件丧失冷却剂而发生烧毁，进一步威胁反应堆的安全性能。因此，有必要针对LOCA事故设置一套安全注射***，以应对LOCA事故过程中的冷却剂丧失问题，维持反应堆的冷却剂装量，保障堆芯燃料元件的可冷却性，保障反应堆的安全性。
发明内容
为了应对LOCA事故过程中的冷却剂丧失问题，保障反应堆的安全性，本发明提供了一种非能动与能动相结合的核电厂安全注射***。
本发明通过下述技术方案实现：
一种非能动与能动相结合的核电厂安全注射***，包括设置在安全壳内的高压安全注射水箱、中压安全注射水箱和低压安全注射***；
所述高压安全注射水箱充满水，其通过平衡管线和注入管线与反应堆冷却剂***相连通，且所述高压安全注射水箱设置位置高于堆芯，基于高度差和密度差将水箱中的水注入堆芯；
所述中压安全注射水箱中充有一定的压缩氮气，且所述中压安全注射水箱设置位置高于堆芯，通过注入管线与反应堆冷却剂***连接，基于压缩氮气与高度差将水箱中的水注入堆芯；
所述低压安全注射***采用低压安全注射泵从堆坑蓄水池中取水，注入反应堆冷却剂***。
本发明采用非能动与能动相结合的设计，充分发挥非能动安全注射***在反应堆冷却剂***高温高压下的高密度差，高驱动头的特点，消除了对高压安全注射泵的需求；充分发挥能动安全注射***在低压工况下的稳定可控的特点，避免了非能动***在低温低压时驱动力不足的问题。
优选的，本发明的低压安全注射***采用泵驱动方式来提供驱动力。本发明的低压安全注射***包括低压安全注射泵和堆坑蓄水池；
所述低压安全注射泵用于提供低压安全注射的动力驱动，泵吸入口设置在堆坑蓄水池底部，泵出口通过注入管线与反应堆冷却剂***连接；
所述堆坑蓄水池为低压安全注射提供水源，其设置在堆坑底部。
优选的，本发明通过在高、中、低压安全注入管线上设置冗余隔离阀，提高安全注射***的可控性。本发明还包括平衡管线隔离阀、高压注入管线隔离阀、中压注入管线隔离阀和低压注入管线隔离阀；
所述平衡管线隔离阀设置在平衡管线上；
所述高压注入管线隔离阀设置在高压安全注射水箱与反应堆冷却剂***的注入管线上；
所述中压注入管线隔离阀设置在中压安全注射水箱与反应堆冷却剂***的注入管线上；
所述低压注入管线隔离阀设置在泵出口与反应堆冷却剂***的注入管线上。
优选的，本发明的平衡管线隔离阀在正常运行时为常开电动阀，用于启、停堆过程中的高压安全注射水箱与反应堆冷却剂***隔离；
所述高压注入管线隔离阀、中压注入管线隔离阀和低压注入管线隔离阀在正常运行时为常关电动闸阀，保障反应堆正常运行时安全注射***不投入，在安全注射信号触发后启动。
优选的，本发明的高压安全注射水箱顶部与反应堆冷管段相连；
所述高压安全注射水箱底部注入管线与中压安全注射水箱底部注入管线并管后与压力容器相连；
所述低压安全注射***采用安全注射泵从堆坑蓄水池中取水，注入反应堆冷管段。
优选的，本发明的堆坑蓄水池还能够用于失水事故后的冷却剂回收。
优选的，本发明还包括热交换器；
所述热交换器设置在堆坑蓄水池中，将堆坑中的能量持续的导出安全壳，维持低压再循环阶段安全注射的流体温度，保障堆芯的持续冷却。
优选的，本发明还包括稳压器安全阀；
所述稳压器安全阀用于对反应堆冷却剂***进行卸压，与低压安全注射配合使用，实现堆芯长期再循环的充排，维持堆芯的持续冷却。
优选的，本发明还包括为低压安全注射泵提供动力的动力装置。
另一方面，本发明还提出了上述核电厂安全注射***的使用方法，该方法包括以下步骤：
A、当监测到稳压器压力下降至稳压器第一低压整定值或监测到稳压器水位下降至第一稳压器水位低整定值时，启动非能动高压安全注射，高压安全注入管线隔离阀开启，基于高度差与密度差实现非能动高压安全注射；
B、高压安全注射水箱中的水持续注入堆芯，高压安全注射水箱水位下降，当高压安全注射水箱中水位达到高压安全注射水箱水位低整定值时，触发稳压器安全阀开启信号，对反应堆冷却剂***进行卸压；
C、当监测到稳压器压力下降至稳压器第二低压整定值时，启动中压安全注射，中压安全注入管线隔离阀开启，基于压缩氮气与高度差实现非能动中压安全注射；
D、当监测到稳压器压力下降至稳压器第三低压整定值时，启动低压安全注射，低压安全注入管线隔离阀开启，低压安全注射泵启动，堆坑蓄水池热交换器启动，实现长期的低压安全注射再循环，保障堆芯淹没，维持堆芯余热的持续导出，保证反应堆的安全。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提出的非能动与能动相结合的安全注射***可以实现高、中、低压等不同压力范围需求的全面覆盖，实现安全注射功能的多样性与可靠性，实现***结构的简化设置，提升核电厂的安全性与经济性。
2、本发明采用非能动与能动相结合的设计，可以充分发挥非能动安全注射***在冷却剂***高温高压下的高密度差，高驱动头的特点，消除了对于高压安全注射泵的需求；充分发挥能动安全注射***在低压工况下的稳定可控的特点，避免了非能动***在低温低压时候驱动力不足的问题。非能动与能动相结合的安全注射***可全面应对反应堆冷却剂***大、中、小破口，覆盖高、中、低压各种可能的工况。
3、本发明的非能动高压安全注射水箱与中压安全注射水箱考虑整体设计，实现水箱功能分区，且考虑注射管线并管，简化了***的管线与水箱制作的成本。
4、本发明具有国际先进的技术水平，可应用于压水堆核电厂的安全注射***的设计，将提高压水堆核电厂的安全性和经济性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的安全注射***的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-压力容器，2-堆芯，3-稳压器，4-高压安全注射水箱，5-中压安全注射水箱，6-平衡管线隔离阀，7-高压注入管线隔离阀，8-中压注入管线隔离阀，9-低压注入管线隔离阀，10-低压安全注射泵，11-堆坑蓄水池，12-热交换器，13-稳压器安全阀，14-安全壳。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例提出了一种非能动与能动相结合的核电厂安全注射***。
本实施例的安全注射***的设计原理为：
压水堆核动力厂在发生LOCA事故后，反应堆冷却剂从破口处向外喷放。反应堆冷却剂装量丧失导致稳压器水位下降和稳压器压力下降，由稳压器压力下降或稳压器水位下降判断堆芯需要补水措施，由稳压器第一低压信号或稳压器水位低信号自动触发非能动高压安全注射***对堆芯进行补水。当LOCA事故不能及时被终止，反应堆冷却剂***的压力持续下降，则由稳压器第二低压信号自动触发非能动中压安全注射***对堆芯进行补水。非能动高压安全注射的驱动力源自高压安注水箱与堆芯的高度差与密度差，非能动中压安全注射的驱动力源自中压安注箱压缩气体在注射阶段的膨胀做功推动中压安注箱的水注入堆芯。中压安全注射阶段LOCA事故依然不能被终止，则反应堆冷却剂***压力继续下降，稳压器第三低压信号自动触发能动式低压安全注射***对堆芯进行补水。低压安全注射驱动力依赖于安注注射泵的方式向堆芯补水，低压安全注射水源位于堆坑底部具有热交换器和LOCA事故后的水源收集功能，保障低压安全注射***可以保障较低温度的再循环注入，维持反应堆的水装量和余热导出，保障反应堆的安全性。
如图1所示，本实施例的安全注射***包括设置在安全壳14内的高压安全注射水箱4、中压安全注射水箱5和低压安全注射***。
其中，非能动高压安全注射水箱4顶部与反应堆冷管段相连，高压安全注射水箱4底部注入管线与中压安全注射水箱5底部注入管线并管后与压力容器相连接。
本实施例的非能动高压安全注射水箱4充满水，且与反应堆冷却***通过平衡管线和注射管线相连通，其设置位置要高于堆芯，依赖于高度差和密度差将水箱中的水注入堆芯。
本实施例的非能动中压安全注射水箱5充有水和一定的压缩氮气，且水箱位置高于堆芯，注射管线直接与压力容器相连，依赖于压缩氮气与高度差将水箱中的水注入堆芯。
低压安全注射***采用安全注射泵从堆坑底部的水箱中取水，注入反应堆冷管段。高、中、低压安全注射管线上均设置有冗余的隔离阀。
具体的，本实施例的低压安全注射***包括低压安全注射泵10和堆坑蓄水池11。
其中，本实施例的低压安全注射泵10用于提供低压安全注射的动力驱动，泵吸入口设置在堆坑蓄水池11底部，泵出口通过注入管线与反应堆冷却剂***连接。
本实施例的堆坑蓄水池11为低压安全注射提供水源，其设置在堆坑底部，可用于失水事故后的冷却剂回收。
本实施例在平衡管线上设置平衡管线隔离阀6。
本实施例的平衡管线隔离阀6在正常运行时为常开电动阀，其主要作用在于启、停堆过程中的高压安注水箱与反应堆冷却剂***隔离。
本实施例在高压安全注射水箱4底部注入管线与中压安全注射水箱5底部注入管线并管管线上分别设置有高压注入管线隔离阀7和中压注入管线隔离阀8。
本实施例在泵出口与反应堆冷却剂***的注入管线上设置低压注入管线隔离阀9。
本实施例注射管线上的隔离阀为常关电动闸阀，保障反应堆正常运行时安全注射***不投入，在安全注射信号触发后，启动隔离阀，启动安全注射***。
通过反应堆保护***测量稳压器的压力和水位，并将测量数据经过控制逻辑处理形成安全注射***启动信号，即当稳压器压力或水位信号达到安全注射***触发条件时，启动相应安全注射***的泵、隔离阀等设备实现安全注射。
本实施例的安全注射***还包括热交换器12、稳压器安全阀13和动力设备(电源)。
本实施例的热交换器12设置于冷却堆坑蓄水池11，将堆坑中的能量持续的导出安全壳14，维持低压再循环阶段安全注射的流体温度，保障堆芯的持续冷却。
本实施例的稳压器安全阀13用于反应堆冷却剂***卸压，可与低压安全注射配合使用，实现堆芯长期再循环的充-排，维持堆芯的持续冷却。
本实施例的动力设备用于给低压安全注射泵提供可靠电源，保障动力供应。
本实施例的非能动与能动相结合的安全注射***为自动动作，相关***和设备在触发和动作过程中，不需要操纵员执行任何操作，从而避免人因的影响。以不可隔离的反应堆冷却剂***破口为例，具体运行流程如下：
A、反应堆冷却剂***破口后，稳压器的压力和水位下降；
B、当监测到稳压器压力下降至稳压器第一低压整定值或监测到稳压器水位下降至第一稳压器水位低整定值时，启动非能动高压安全注射，高压安全注入管线隔离阀开启，基于高度差与密度差实现非能动高压安全注射；
C、高压安全注射水箱中的水持续注入堆芯，高压安全注射水箱水位下降，当高压安全注射水箱中水位达到高压安全注射水箱水位低整定值时，触发稳压器安全阀开启信号，对反应堆冷却剂***进行卸压；
D、当监测到稳压器压力下降至稳压器第二低压整定值时，启动中压安全注射，中压安全注入管线隔离阀开启，基于压缩氮气与高度差实现非能动中压安全注射；
E、当监测到稳压器压力下降至稳压器第三低压整定值时，启动低压安全注射，低压安全注入管线隔离阀开启，低压安全注射泵启动，堆坑蓄水池热交换器启动，实现长期的低压安全注射再循环，保障堆芯淹没，维持堆芯余热的持续导出，保证反应堆的安全。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.非能动与能动相结合的核电厂安全注射***，其特征在于，包括设置在安全壳内的高压安全注射水箱、中压安全注射水箱和低压安全注射***；
所述高压安全注射水箱充满水，其通过平衡管线和注入管线与反应堆冷却剂***相连通，且所述高压安全注射水箱设置位置高于堆芯，基于高度差和密度差将水箱中的水注入堆芯；
所述中压安全注射水箱中充有一定的压缩氮气，且所述中压安全注射水箱设置位置高于堆芯，通过注入管线与反应堆冷却剂***连接，基于压缩氮气与高度差将水箱中的水注入堆芯；
所述低压安全注射***采用低压安全注射泵从堆坑蓄水池中取水，注入反应堆冷却剂***。
2.根据权利要求1所述的核电厂安全注射***，其特征在于，所述低压安全注射***包括低压安全注射泵和堆坑蓄水池；
所述低压安全注射泵用于提供低压安全注射的动力驱动，泵吸入口设置在堆坑蓄水池底部，泵出口通过注入管线与反应堆冷却剂***连接；
所述堆坑蓄水池为低压安全注射提供水源，其设置在堆坑底部。
3.根据权利要求2所述的核电厂安全注射***，其特征在于，还包括平衡管线隔离阀、高压注入管线隔离阀、中压注入管线隔离阀和低压注入管线隔离阀；
所述平衡管线隔离阀设置在平衡管线上；
所述高压注入管线隔离阀设置在高压安全注射水箱与反应堆冷却剂***的注入管线上；
所述中压注入管线隔离阀设置在中压安全注射水箱与反应堆冷却剂***的注入管线上；
所述低压注入管线隔离阀设置在泵出口与反应堆冷却剂***的注入管线上。
4.根据权利要求3所述的核电厂安全注射***，其特征在于，所述平衡管线隔离阀在正常运行时为常开电动阀，用于启、停堆过程中的高压安全注射水箱与反应堆冷却剂***隔离；
所述高压注入管线隔离阀、中压注入管线隔离阀和低压注入管线隔离阀在正常运行时为常关电动闸阀，保障反应堆正常运行时安全注射***不投入，在安全注射信号触发后启动。
5.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂安全注射***，其特征在于，所述高压安全注射水箱顶部与反应堆冷管段相连；
所述高压安全注射水箱底部注入管线与中压安全注射水箱底部注入管线并管后与压力容器相连；
所述低压安全注射***采用安全注射泵从堆坑蓄水池中取水，注入反应堆冷管段。
6.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂安全注射***，其特征在于，所述堆坑蓄水池还能够用于失水事故后的冷却剂回收。
7.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂安全注射***，其特征在于，还包括热交换器；
所述热交换器设置在堆坑蓄水池中，将堆坑中的能量持续的导出安全壳，维持低压再循环阶段安全注射的流体温度，保障堆芯的持续冷却。
8.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂安全注射***，其特征在于，还包括稳压器安全阀；
所述稳压器安全阀用于对反应堆冷却剂***进行卸压，与低压安全注射配合使用，实现堆芯长期再循环的充排，维持堆芯的持续冷却。
9.根据权利要求1-4任一项所述的核电厂安全注射***，其特征在于，还包括为低压安全注射泵提供动力的动力装置。
10.如权利要求1-9任一项所述的核电厂安全注射***的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、当监测到稳压器压力下降至稳压器第一低压整定值或监测到稳压器水位下降至第一稳压器水位低整定值时，启动非能动高压安全注射，高压安全注入管线隔离阀开启，基于高度差与密度差实现非能动高压安全注射；
B、高压安全注射水箱中的水持续注入堆芯，高压安全注射水箱水位下降，当高压安全注射水箱中水位达到高压安全注射水箱水位低整定值时，触发稳压器安全阀开启信号，对反应堆冷却剂***进行卸压；
C、当监测到稳压器压力下降至稳压器第二低压整定值时，启动中压安全注射，中压安全注入管线隔离阀开启，基于压缩氮气与高度差实现非能动中压安全注射；
D、当监测到稳压器压力下降至稳压器第三低压整定值时，启动低压安全注射，低压安全注入管线隔离阀开启，低压安全注射泵启动，堆坑蓄水池热交换器启动，实现长期的低压安全注射再循环，保障堆芯淹没，维持堆芯余热的持续导出，保证反应堆的安全。
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