CN117690609A - 优化的能动与非能动安全***及其核电厂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于大型压水堆核电厂技术领域，具体涉及优化的能动与非能动安全***及其核电厂。包括非能动安全***及能动安全***。所述的非能动安全***包括非能动应急堆芯冷却***，非能动余热排出***，非能动安全壳热量导出***，非能动堆腔冷却***和非能动消氢***，非能动应急堆芯冷却***连接反应堆压力容器，非能动余热排出***连接蒸汽发生器和最终热阱，所述的非能动余热排出***采用非能动方式由二次侧或一次侧排出余热，非能动安全壳热量导出***连接安全壳和最终热阱，非能动堆腔冷却***反应堆压力容器，非能动消氢***安装在安全壳内侧。有益效果在于：本发明能够最大程度发挥非能动及能动技术的潜力，使二者的组合优势最大化。
Description
技术领域
本发明属于大型压水堆核电厂技术领域，具体涉及优化的能动与非能动安全***及其核电厂。
背景技术
二十世纪六七十年代开始，核电技术发展的历程就是不断根据新认识的事故现象和新的安全要求增加安全设施的过程。进入二十世纪九十年代，美国核电界认识到，这样发展下去势必会造成核电设计日趋复杂，因此，在先进轻水堆计划中将“简化”作为其下一代核电技术(即第三代核电技术)的首要目标。在此背景下，美国西屋公司AP1000及其前身AP600首先提出并普遍应用非能动核电厂技术，其主要安全***，如余热排出***、堆芯冷却***、安全壳热量导出***，均采用非能动技术，利用重力、密度差等自然力实现安全功能，无需安全相关交流电源、安全级支持***及抗震厂房就能长期保持核电厂安全，大幅减少了设备和部件的数量，实现了设计的简化。
非能动技术的应用为核电厂安全***设计带来了变革。非能动技术最主要的优点是简化，采用非能动技术的安全***取消了能动设备，因此，一般不需要复杂(冗余和多样化的)的控制***和外部电源，能够很大程度上实现***设计的简化，进而实现电厂的建造、运行和维护过程的简化。除此之外，非能动技术还能够显著提升电厂的安全性，例如，非能动***能够降低对操纵员干预的依赖，提供更充裕的响应时间，减少人因失误对电厂的危害。与此同时，非能动***还能够消除与能动设备故障、动力源丧失相关的事故场景。因此，非能动技术提供了在无需过多增加成本的前提下进一步提高安全性的解决方案。
正当非能动技术逐渐被认为是实现核电更高安全性和经济性水平的技术手段而表现出光明前景的时候，AP1000的工程实践以及在英国等国核电招标技术审查中出现的诸多问题使非能动技术存在着的不足暴露出来，这些不足主要体现在：非能动技术依赖于对重要物理现象以及不同工况下***性能的深刻理解，需要开展大量的基础性研究工作；同时，非能动***性能还受到物理现象本身属性的制约，自然驱动力和阻力受到很多不确定因素的影响，物理过程的失效可能成为导致非能动***失效的重要因素；而且，由于自然循环现象的非线性属性，非能动***有可能存在内在且无法察觉的不稳定性。因此，业内逐渐认识到，完全依靠非能动技术来实现核电厂的安全存在较大的不确定性。
针对非能动技术的不足，我国启动自主三代机型研发之时，“华龙一号”研发团队创造性的提出“能动与非能动相结合”的设计理念，试图将成熟、可靠、高效的能动技术和简化、安全、不依赖外力的非能动技术两者的优势有机结合起来，实现安全性和成熟性的平衡。基于该设计理念，“华龙一号”给出了“能动+非能动”的核电厂设计方案，该方案设置有非能动二次侧余热排出和安全壳热量导出***，结合传统的能动专设安全设施，在不同防御层次上实现堆芯余热和安全壳热量的多样化导出。除此之外，“华龙一号”还设置有能动与非能动技术手段来实现严重事故下堆芯熔融物压力容器内滞留。该方案充分利用能动安全***成熟设计的基础上，引入非能动技术来有效应对动力源丧失的情况，使非能动安全***作为经过工程验证、稳定高效的能动安全***的补充，较好地实现的先进性和成熟性的平衡。
“华龙一号”提出的“能动与非能动相结合”的设计理念是一个创新，避免了过度地、片面地强化设计基准事故的防御能力，强调了纵深防御各层次的平衡，通过采用多样化的非能动措施，有效的避免了共因失效导致多列***故障。基于该设计理念提出的“华龙一号”安全***方案得到了成功实施，核电厂整体安全性得到了显著提升，受到业内广泛认可，“华龙一号”示范工程以及后续工程得到成功建造。在“华龙一号”得到成功建造的同时，设计人员在“华龙一号”工程实践中发现，虽然利用多样化的安全***提升了安全性，但是由于将能动***作为设计基准事故的应对手段，该方案不可避免的存在着***复杂、堆型整体经济性进一步提升困难等不足，这为“能动与非能动相结合”设计理念的进一步创新发展提出了新的要求。
在现有发明中，对于能动与非能动技术的结合主要聚焦于将能动***作为设计基准事故的应对手段，非能动***作为设计扩展工况的应对手段，如申请号为CN201911414032.5的专利“一种核电厂能动与非能动相结合的安全***及其方法”及申请号为CN201410105700.7的专利“基于177堆芯的能动加非能动核蒸汽供应***及其核电站”，在以非能动安全***应对设计基准事故，能动***应对设计扩展工况上没有适当的解决方案。除此之外，现有发明也针对目前非能动单项技术存在的不足提供了一些解决方案，如申请号为CN202111320941.X的专利“一种全范围非能动安注***”及申请号为CN202110361911.7的专利“一种带导流结构的非能动安全壳热量导出***”，都着眼于提升动能特定***的性能和适用性，未从整体上给出能动***和非能动***的合理配合方式。
发明内容
为了解决现有堆型采用的能动或非能动安全***方案中存在着的安全性强化和经济性提升之间的矛盾，本发明目的是提供一种优化的能动与非能动安全***及其核电厂，采用一种与“华龙一号”堆型不同的非能动安全***与能动安全***的组合方式，在提升安全性的同时也能有效地提升机组整体经济性。
本发明的技术方案如下：优化的能动与非能动安全***，包括非能动安全***及能动安全***。
所述的非能动安全***包括非能动应急堆芯冷却***，非能动余热排出***，非能动安全壳热量导出***，非能动堆腔冷却***和非能动消氢***，非能动应急堆芯冷却***连接反应堆压力容器，非能动余热排出***连接蒸汽发生器和最终热阱，所述的非能动余热排出***采用非能动方式由二次侧或一次侧排出余热，非能动安全壳热量导出***连接安全壳和最终热阱，非能动堆腔冷却***反应堆压力容器，非能动消氢***安装在安全壳内侧。
所述的非能动应急堆芯冷却***能够确保事故工况下提供可靠的堆芯冷却，包括壳外承压水箱，全压补水箱HPMT，安注箱ACC、卸压阀及相应的阀门、管道和仪表组成，其中，壳外承压水箱出口端通过管道与反应堆压力容器相连，入口端与安全壳空间相通。
所述的非能动余热排出***提供导出停堆后堆芯余热，包括非能动二次侧余热排出***。
所述的非能动二次侧余热排出***包括PRS换热水箱、PRS换热器，PRS换热器位于安全壳上部侧壁外通过管道与蒸汽发生器的蒸汽出口连通，PRS换热器设置在PRS换热水箱内部。
所述的非能动安全壳热量导出***用于导出安全壳内热量确保安全壳完整性，包括功能有：设计基准事故后安全壳热量导出、设计扩展工况安全壳热量导出、安全壳冷却水箱水质保持、安全壳第三道屏障的完整性、为PRS***提供冷却水源。
所述的非能动安全壳热量导出***包括PCS换热水箱、PCS导热水箱、PCS换热器和汽水分离器，PCS导热水箱通过管路连接PCS换热水箱，PCS换热水箱内设置有汽水分离器，汽水分离器通过管道贯穿安全壳并连接PCS换热器的一端，PCS换热器的另一端通过管道贯穿安全壳并连接PCS换热水箱。
所述的非能动堆腔冷却***向堆腔注水确保事故下压力容器完整性实现堆芯熔融物堆内滞留IVR，包括壳外承压水箱，壳外承压水箱位置高于压力容器顶部，其出口端直接注入安全壳。
所述的非能动消氢***是在设计基准事故或在设计扩展工况下，避免由堆芯进入安全壳内或安全壳内部化学反应产生的氢气浓度超过限值，威胁安全壳完整性，非能动消氢***包括氢气复合器，通过复合器中安装的催化剂板来催化氢-氧反应的发生，并释放热量使复合器下部的气体密度降低，加强气体对流，保证高效的消氢功能。
所述的非能动安注***PSI包含两台全压补水箱HPMT，位于安全壳内高于主冷却剂管道的高度上，通过注入管线和一条连接冷段的入口压力平衡管线与反应堆主冷却剂***RCS连接，每个入口管线上设有一个常开的电动阀，压力平衡管线从一回路冷段的高点接出，然后竖直向上延伸到HPMT的顶部，注入管线从箱子的底部引出，分别连接到两个DVI管道上，DVI管道连接到反应堆压力容器的下降段，注入管线由两个常闭的并联的气动隔离阀与RCS隔离，这两个阀门在失去电源及气源时开启，当收到安注信号时，注入管线上的两个并联阀门打开，将HPMT与反应堆冷却剂***相连，注入管线上隔离阀的下游在PSI侧串联两台轴流式止回阀。
所述的非能动安注***包含两台安注箱ACC，通过安注箱内部储存的压缩氮气提供含硼水的快速注入，安注箱通过出口管线连接到DVI管线，注入管线上设有一台常开的电动隔离阀和两台串联止回阀，电站正常运行时，止回阀用于隔离安注箱和RCS。
所述的非能动安注***包含两台壳外承压水箱，每台壳外承压水箱包含三条注入接口，非能动低压安注注入管线；IVR注入管线；能动RHI泵注入管线，其中，非能动低压安注分别通过两条重力注入管线连接到两条DVI管道上，每条重力注入管线都包括一条用于壳外承压水箱向压力容器的注入管线，每条重力注入管线包括一个常开的手动隔离阀和2台并联的常闭电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部，重力注入管线上设置两台串联的止回阀，其中靠近安全壳侧的止回阀起到安全壳隔离阀作用，同时与下游第二道止回阀作为非能动安注***与一回路压力边界，两台水箱的IVR注入管线分别通过两条重力注入管线进入安全壳内，每条重力注入管线都包括两台并联常闭的电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部设置一台止回阀，起到安全壳隔离阀作用。
所述的非能动安注***设置有pH值调节篮，通过调节篮中的颗粒状磷酸三钠调节再循环水的pH值。
所述的二次侧非能动余热排出***PRS包含3个系列，分别对应三个环路中的三台蒸汽发生器；每个系列包括一个事故冷却水箱、一台应急补水箱、一台应急余热排出冷却器、连接冷却器的管道和阀门。
所述的非能动安全壳热量导出***PCS包含3个系列，每个系列包括2个换热回路，每个换热回路设置两台换热器、一台汽水分离器、两个常开串联的电动隔离阀、两个常开串联的电动阀，换热器布置在安全壳内的圆周上，换热水箱是带不锈钢衬里的钢筋混凝土结构，该水箱布置在燃料厂房房顶、电气厂房房顶和辅助厂房房顶。
所述的非能动安全壳热量导出***通过水蒸汽在换热器上的冷凝、混合气体与换热器之间的对流和辐射换热实现安全壳的冷却，通过换热器管内水的流动，连续不断地将安全壳内的热量带到安全壳外，在安全壳外设置换热水箱，利用水的温度差导致的密度差实现非能动安全壳热量排出。
所述的非能动安全壳热量导出***设置了循环水泵、电加热器和化学加药装置对安全壳外换热水箱进行净化、加热和加药。
所述的能动安全***包括能动堆芯冷却***，能动余热排出***，能动安全壳热量导出***和能动热阱***。
所述的能动堆芯冷却***作为余热排出/堆芯冷却***RHI，执行正常余热排出、能动注入，以及设计扩展工况下的堆芯冷却、事故后堆芯热量导出及安全壳喷淋降低安全壳压力和温度功能。
所述的能动堆芯冷却***包括RHI热交换器、余热排出泵。
所述的余热排出/能动注入***RHI包含2个系列，每个系列包括一台RHI热交换器、一台余热排出泵以及相关阀门、管道与仪表，余热排出/能动注入***从主冷却剂***两条环路热段引出，通过压力容器直接注入DVI管线返回注入压力容器。两台余热排出泵并联布置，泵的吸入口与一回路热管段、地坑再循环过滤器、壳外承压水箱相连接，RHI热交换器正常通过非安全级设冷水冷却，同时还可以通过备用冷链***进行冷却。
所述的能动余热排出***，由余热排出/能动注入***执行此功能。
所述的能动安全壳热量导出***，由余热排出/能动注入***执行此功能。
所述的能动热阱***为备用冷链***，包括备用设备冷却水子***和备用热阱***，在设计扩展工况时提供备用热阱，通过冷却余热排出/堆芯冷却***热交换器，导出安全壳内热量，通过备用厂用水***将热负荷传递至环境。
所述的备用冷链***包括备用设备冷却水泵，备用热阱冷却水泵、换热器，波动箱、机械冷却塔、DEC柴油机。
核电厂，采用所述的优化的能动与非能动安全***。
本发明的有益效果在于：本发明能够最大程度发挥非能动及能动技术的潜力，使二者的组合优势最大化，完全依靠非能动***作为应对设计基准事故的手段，设置非能动安全注入***(PSI)提供堆芯应急补水和硼化、安全注入以及堆芯长期安全停堆冷却等功能，二次侧非能动余热排出***(PRS)提供持续有效的堆芯热量导出功能，非能动安全壳热量导出***(PCS)提供安全壳热量导出功能，整体取消安全级冷链、交流电源等支持需求，以更加低的代价提高堆型整体安全性，实现***的简化，降低核电厂造价，提升经济性；与此同时，利用正常运行***降低非能动***的投入频率，针对非能动***失效的DEC-A工况，扩展余热排出***功能作为非能动***失效的纵深防御措施，提供备用的堆芯注入、堆芯余热排出和安全壳热量导出功能，增设备用冷链在设计扩展工况时，由备用设备冷却水***(WCE)和备用热阱***(WCU)将热负荷传递至环境，最小化的能动***以及独立冷链的设置进一步优化纵深防御层次，以最低的代价实现整体安全目标。
附图说明
图1为本发明所提供的优化的能动与非能动安全***示意图；
图2为本发明中的非能动安注***、非能动安全壳热量导出***、二次侧非能动热量导出***、余热排出/堆芯冷却***的示意图；
图3为本发明中的二次侧非能动热量导出***示意图；
图4为本发明中的非能动安全壳热量导出***示意图；
图5为本发明中的余热排出/堆芯冷却***示意图；
图6为本发明中的备用冷链***示意图。
图中：1反应堆，2管道，3蒸汽发生器，4安全壳，5非能动堆芯冷却***，6非能动余热排出***，7非能动安全壳热量导出***，8非能动堆腔注水***，9非能动消氢***，10能动堆芯冷却***，11能动余热排出***，12能动安全壳热量导出***，13能动热阱***，14最终热阱，15壳外承压水箱，16全压补水箱HPMT，17安注箱ACC，18卸压阀，19PRS换热水箱，20PRS换热器，21PCS换热水箱，22PCS导热水箱，23PCS换热器，24汽水分离器，25RHI热交换器，26余热排出泵，27备用设备冷却水泵，28备用厂用水泵，29换热器，30波动箱，31机械冷却塔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的优化的能动与非能动安全***可根据不同的纵深防御层次，能动或非能动的开启对应的安全***功能，非能动安全***主要承担在纵深防御第3a层次的***功能，承担应急堆芯冷却、堆芯余热排出及安全壳热量导出的安全功能。能动安全***主要承担在纵深防御第3b层次非能动失效DEC-A工况和纵深防御第4层次的DEC-B工况下的安全功能，提供备用的堆芯注入、堆芯余热排出和安全壳热量导出的功能。
具体的，本发明所提供的优化的能动与非能动安全***，包括非能动安全***及能动安全***。
如图1所示，非能动安全***包括非能动应急堆芯冷却***5，非能动余热排出***6，非能动安全壳热量导出***7，非能动堆腔冷却***8和非能动消氢***9，其中，非能动应急堆芯冷却***5通过管道2连接反应堆压力容器，管道2可以是主冷却管道或者是直接注入管道，非能动余热排出***6通过管道连接蒸汽发生器3和最终热阱14，所述的非能动余热排出***6包括非能动二次侧余热排出***和非能动一次侧余热排出***，非能动安全壳热量导出***7通过管道连接安全壳和最终热阱14，非能动堆腔冷却***8通过管道连接反应堆压力容器的底部，非能动消氢***9安装在安全壳内侧的上部。
非能动应急堆芯冷却***5的功能是确保事故工况下提供可靠的堆芯冷却，现有技术中采用安注箱与能动安注泵相结合的高、中、低压安全注射方案，该方案存在***复杂、支持***要求高等不足，因此，本发明中的非能动应急堆芯冷却***5所承担的功能具体包括：安全注入、反应堆冷却剂***RCS应急补水及硼化、应急衰变热排出、安全壳pH值控制、堆腔快速淹没及安全壳隔离。如图2所示，具体包括壳外承压水箱15，全压补水箱HPMT16，安注箱ACC17、卸压阀18及相应的阀门、管道和仪表组成，其中，壳外承压水箱15顶部与安全壳与安全壳空间相通，全压补水箱HPMT16顶部与反应堆冷却剂***RCV冷管段连接，壳外承压水箱15出口、全压补水箱HPMT16出口与安注箱17出口合并后通过一根母管与压力容器连接，卸压阀18入口与反应堆冷却剂***RCS稳压器连接，出口排入卸压水箱。
非能动余热排出***6的功能是导出停堆后堆芯余热，此前非能动电厂普遍采用一次侧热量导出方案，将堆芯热量导出至安全壳内，该方案会导致安全壳温度和压力的升高，不利于事故后电厂恢复；本发明中的非能动余热排出***6采用非能动二次侧余热排出***(PRS)，该***事故工况下导出堆芯余热及反应堆冷却剂***各设备的储热，降低一回路的温度和压力。
如图3所示，非能动二次侧余热排出***(PRS)包括PRS换热水箱19、PRS换热器20及相关阀门、管道与仪表组成，其一侧位于安全壳内PRS换热器20位于安全壳上部侧壁外通过管道与蒸汽发生器的蒸汽出口连通，PRS换热器20设置在PRS换热水箱19内部。
非能动安全壳热量导出***7功能是导出安全壳内热量确保安全壳完整性，能动电厂设计方案普遍采用安全壳喷淋***技术方案来降低安全壳温度和压力，而非能动电厂普遍采用钢制安全壳来实现热量导出，前者需要安全级的支持***来确保功能实现，后者限制了安全壳的型式，因此，本发明中的非能动安全壳热量导出***7将事故后安全壳压力和温度降低至可接受水平，保持安全壳完整性，主要功能包括：设计基准事故后安全壳热量导出、设计扩展工况(包括严重事故)安全壳热量导出、安全壳冷却水箱水质保持、安全壳第三道屏障的完整性、为PRS***提供冷却水源。
如图4所示，非能动安全壳热量导出***7包括PCS换热水箱21、PCS导热水箱22、PCS换热器23、汽水分离器24及相关的阀门、管道与仪表组成，PCS导热水箱22通过管路连接PCS换热水箱21，PCS换热水箱21内设置有汽水分离器24，汽水分离器24通过管道贯穿安全壳4并连接PCS换热器23的一端，PCS换热器23的另一端通过管道贯穿安全壳4并连接PCS换热水箱21。
非能动堆腔冷却***8向堆腔注水确保事故下压力容器完整性实现堆芯熔融物堆内滞留IVR，该***由非能动安注***执行其功能，如图2所示，非能动堆腔冷却***8包括壳外承压水箱15及相应的管道、阀门组成，壳外承压水箱15位置高于压力容器顶部，其出口端直接注入安全壳。
非能动消氢***9是在设计基准事故或在设计扩展工况下，避免由堆芯进入安全壳内或安全壳内部化学反应产生的氢气浓度超过限值，威胁安全壳完整性。非能动消氢***9包括氢气复合器，通过复合器中安装的催化剂板来催化氢-氧反应的发生，并释放热量使复合器下部的气体密度降低，加强气体对流，保证高效的消氢功能。具体的本发明中的非能动消氢***包含33台氢气复合器，事故工况下，当环境温度达到触发条件时，通过复合器中安装的催化剂板来催化氢-氧反应的发生，并释放热量使复合器下部的气体密度降低，加强气体对流，保证高效的消氢功能。
如图2所示，非能动安注***PSI包含两台全压补水箱HPMT16，位于安全壳内略高于主冷却剂管道的高度上，通过注入管线和一条连接冷段的入口压力平衡管线与反应堆主冷却剂***RCS连接。每个入口管线上设有一个常开的，直流电源驱动的电动阀。压力平衡管线从一回路冷段的高点接出，然后竖直向上延伸到HPMT的顶部。注入管线从箱子的底部引出，分别连接到两个DVI管道上，DVI管道连接到反应堆压力容器的下降段，注入管线由两个常闭的，并联的气动隔离阀与RCS隔离，这两个阀门在失去电源及气源时开启，当收到安注信号时，注入管线上的两个并联阀门打开，将HPMT与反应堆冷却剂***相连。注入管线上隔离阀的下游在PSI侧串联两台轴流式止回阀，即使没有流体通过，阀门也是常开的。止回阀用于防止在冷段大LOCA或HPMT平衡管线破裂事故时安注箱注入时流体逆向旁通至HPMT。
非能动安注***包含两台安注箱ACC，通过安注箱内部储存的压缩氮气提供含硼水的快速注入。安注箱通过出口管线连接到DVI管线。注入管线上设有一台常开的电动隔离阀和两台串联止回阀，电站正常运行时，止回阀用于隔离安注箱和RCS。
非能动安注***包含两台壳外承压水箱(ORWST)，每台壳外承压水箱包含三条注入接口，非能动低压安注注入管线；IVR注入管线；能动RHI泵注入管线。其中，非能动低压安注分别通过两条重力注入管线连接到两条DVI管道上，每条重力注入管线都包括一条用于壳外承压水箱向压力容器的注入管线。每条重力注入管线包括一个常开的手动隔离阀和2台并联的常闭电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部，重力注入管线上设置两台串联的止回阀，其中靠近安全壳侧的止回阀起到安全壳隔离阀作用，同时与下游第二道止回阀作为非能动安注***与一回路压力边界。两台水箱的IVR注入管线分别通过两条重力注入管线进入安全壳内，每条重力注入管线都包括两台并联常闭的电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部设置一台止回阀，起到安全壳隔离阀作用。两台壳外承压水箱注入完成后，注入水将淹没至反应堆冷却剂***冷管段上沿，通过设置再循环过滤器及对应的再循环注入管线，依靠淹没水位与堆芯之间的高差进行非能动注入，从而形成堆芯长期再循环冷却。每条再循环注入管线上设置有两台并联的电动隔离阀及止回阀，止回阀后连接到壳外承压水箱的重力注入管线上。在DEC事故工况下，能动地坑再循环注入通过RHI泵经再循环过滤器吸水后，注入到DVI管线中，形成能动地坑再循环。
非能动安注***设置有pH值调节篮，通过调节篮中的颗粒状磷酸三钠调节再循环水的pH值，降低严重事故下厂外剂量，防止事故时安全壳内不锈钢的应力腐蚀破坏。
如图3所示，二次侧非能动余热排出***PRS包含3个系列，三个相互独立的组成列，每列配置相同，分别对应三个环路中的三台蒸汽发生器。每个系列包括一个事故冷却水箱、一台应急补水箱、一台应急余热排出冷却器、连接冷却器的管道和阀门。应急余热排出冷却器上封头接管嘴通过蒸汽管线与蒸汽发生器主蒸汽管道相连，应急余热排出冷却器下封头引出凝水管与蒸汽发生器主给水管道相连。凝水管道上设置两台并联的常关隔离阀，下游设置一台止回阀。应急补水箱上部通过一个隔离阀与本***的蒸汽管道相连，下部通过两个并联布置的隔离阀和一台止回阀与PRS***的凝水管道相连。在***投运时，补水箱注入管线上的隔离阀按信号开启，应急补水箱中的水注入蒸汽发生器二次侧，以补偿蒸汽发生器二次侧蒸汽的丧失和水体积的收缩。
二次侧非能动余热排出***PRS事故工况下投入运行，应急余热排出冷却器中充满的冷凝水在重力作用下注入蒸汽发生器二次侧，并在其中吸收堆芯余热后变成蒸汽，蒸汽进入应急余热排出冷却器与事故冷却水箱里的冷却水进行热量交换，蒸汽将热量传递给冷却水后被冷凝为水，冷凝水依靠应急余热排出冷却器与蒸汽发生器水位之差，在重力的作用下返回蒸汽发生器二次侧，从而完成蒸汽-冷凝水回路的自然循环，使反应堆降温降压并最终进入安全状态。
如图4所示，非能动安全壳热量导出***PCS包含3个系列，三个相互独立的组成列，每列配置相同，每个系列包括2个换热回路，每个换热回路设置两台换热器、一台汽水分离器、两个常开串联的电动隔离阀(上升段)、两个常开串联的电动阀(下降段)。换热器布置在安全壳内的圆周上。换热水箱是带不锈钢衬里的钢筋混凝土结构，该水箱布置在燃料厂房房顶、电气厂房房顶和辅助厂房房顶。
非能动安全壳热量导出***通过水蒸汽在换热器上的冷凝、混合气体与换热器之间的对流和辐射换热实现安全壳的冷却，通过换热器管内水的流动，连续不断地将安全壳内的热量带到安全壳外，在安全壳外设置换热水箱，利用水的温度差导致的密度差实现非能动安全壳热量排出。
非能动安全壳热量导出***设置了循环水泵、电加热器和化学加药装置对安全壳外换热水箱进行净化、加热和加药。
能动安全***包括能动堆芯冷却***10，能动余热排出***11，能动安全壳热量导出***12，能动热阱***13，
能动堆芯冷却***10作为余热排出/堆芯冷却***RHI，主要执行正常余热排出、能动注入(作为非能动低压安注的纵深防御措施)，以及设计扩展工况下的堆芯冷却、事故后堆芯热量导出及安全壳喷淋降低安全壳压力和温度功能，该***主要由RHI热交换器25、余热排出泵26及相关阀门、管道与仪表组成。
如图5所示，余热排出/能动注入***RHI包含2个系列，每个系列包括一台RHI热交换器、一台余热排出泵以及相关阀门、管道与仪表组成。余热排出/能动注入***从主冷却剂***两条环路热段引出，通过压力容器直接注入DVI管线返回注入压力容器。两台余热排出泵并联布置，泵的吸入口与一回路热管段、地坑再循环过滤器、壳外承压水箱相连接。RHI热交换器正常通过非安全级设冷水冷却，同时还可以通过备用冷链***进行冷却。
余热排出/能动注入***RHI主要执行正常余热排出、能动注入(作为非能动低压安注的纵深防御措施)，以及设计扩展工况下的堆芯冷却、事故后堆芯热量导出及安全壳排热功能。
能动余热排出***11，由余热排出/能动注入***执行此功能。
能动安全壳热量导出***12，由余热排出/能动注入***执行此功能。
能动热阱***13为备用冷链***，该***由备用设备冷却水子***(WCE)和备用热阱***(WCU)组成，在设计扩展工况时提供备用热阱，通过冷却余热排出/堆芯冷却***热交换器，导出安全壳内热量，通过备用厂用水***将热负荷传递至环境。备用冷链***由备用设备冷却水泵27，备用热阱冷却水泵28、换热器29，波动箱30、机械冷却塔31、DEC柴油机及相关的阀门、管道及仪表组成。
如图6所示，备用冷链***(DEC冷链***)，该***由1列备用设备冷却水回路和1列备用热阱回路组成，其中，备用设备冷却水回路包含一台备用设备冷却水泵、一台波动箱及相应的管道和阀门，备用热阱回路包含一台备用热阱冷却水泵、一台补水箱、一台机械冷却塔及相应的管道和阀门，两条回路通过一台板式热交换器连接，备用设备冷却水回路通过管道与余热排出/能动注入***热交换器相连。
DEC工况下，在正常冷却手段无法恢复的情况下，利用备用设备冷却水泵将余热排出热交换器中的热量带出，通过板式热交换器再将热量传递给备用热阱回路，在备用热阱回路中，备用热阱冷却水泵从进水流道吸水，冷却水进入板式热交换器，换热后通过机械通风冷却塔配水管路进入机械通风冷却塔冷却单元，将热负荷传递至环境大气。冷却水通过机械通风冷却塔集水池汇集后进入进水流道，再次被备用热阱冷却水泵提升，如此形成二次循环冷却回路。进水流道上设有1道格栅和1道平板滤网，用于过滤机械通风冷却塔集水池存水中的杂质。备用热阱冷却水泵进出水管路以及DEC冷链热交换器WCU侧进出水管路设有常开的手动检修隔离阀；备用热阱冷却水泵出水管路设有止回阀。WCU设有补水池，***补水通过补水管进入机械通风冷却塔集水池。补水管路设有电动补水阀，集水池设有补水液位，通过液位计自动联锁电动补水阀进行补水。补水池和机械通风冷却塔集水池在***停运期间存于***运行72小时所需补水量和***初次充水量。补水池供水水源为生活饮用水***。补水池供水管设有电动进水阀，补水池设有进水液位，通过液位计自动联锁电动进水阀启闭进行供水。
本发明还提供一种核电站，所述的核电站采用优化的能动与非能动安全***。
Claims (26)
1.优化的能动与非能动安全***，其特征在于：包括非能动安全***及能动安全***。
2.如权利要求1所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安全***包括非能动应急堆芯冷却***，非能动余热排出***，非能动安全壳热量导出***，非能动堆腔冷却***和非能动消氢***，非能动应急堆芯冷却***连接反应堆压力容器，非能动余热排出***连接蒸汽发生器和最终热阱，所述的非能动余热排出***采用非能动方式由二次侧或一次侧排出余热，非能动安全壳热量导出***连接安全壳和最终热阱，非能动堆腔冷却***反应堆压力容器，非能动消氢***安装在安全壳内侧。
3.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动应急堆芯冷却***能够确保事故工况下提供可靠的堆芯冷却，包括壳外承压水箱，全压补水箱HPMT，安注箱ACC、卸压阀及相应的阀门、管道和仪表组成，其中，壳外承压水箱出口端通过管道与反应堆压力容器相连，入口端与安全壳空间相通。
4.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动余热排出***提供导出停堆后堆芯余热，包括非能动二次侧余热排出***。
5.如权利要求4所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动二次侧余热排出***包括PRS换热水箱、PRS换热器，PRS换热器位于安全壳上部侧壁外通过管道与蒸汽发生器的蒸汽出口连通，PRS换热器设置在PRS换热水箱内部。
6.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出***用于导出安全壳内热量确保安全壳完整性，包括功能有：设计基准事故后安全壳热量导出、设计扩展工况安全壳热量导出、安全壳冷却水箱水质保持、安全壳第三道屏障的完整性、为PRS***提供冷却水源。
7.如权利要求6所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出***包括PCS换热水箱、PCS导热水箱、PCS换热器和汽水分离器，PCS导热水箱通过管路连接PCS换热水箱，PCS换热水箱内设置有汽水分离器，汽水分离器通过管道贯穿安全壳并连接PCS换热器的一端，PCS换热器的另一端通过管道贯穿安全壳并连接PCS换热水箱。
8.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动堆腔冷却***向堆腔注水确保事故下压力容器完整性实现堆芯熔融物堆内滞留IVR，包括壳外承压水箱，壳外承压水箱位置高于压力容器顶部，其出口端直接注入安全壳。
9.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动消氢***是在设计基准事故或在设计扩展工况下，避免由堆芯进入安全壳内或安全壳内部化学反应产生的氢气浓度超过限值，威胁安全壳完整性，非能动消氢***包括氢气复合器，通过复合器中安装的催化剂板来催化氢-氧反应的发生，并释放热量使复合器下部的气体密度降低，加强气体对流，保证高效的消氢功能。
10.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安注***PSI包含两台全压补水箱HPMT，位于安全壳内高于主冷却剂管道的高度上，通过注入管线和一条连接冷段的入口压力平衡管线与反应堆主冷却剂***RCS连接，每个入口管线上设有一个常开的电动阀，压力平衡管线从一回路冷段的高点接出，然后竖直向上延伸到HPMT的顶部，注入管线从箱子的底部引出，分别连接到两个DVI管道上，DVI管道连接到反应堆压力容器的下降段，注入管线由两个常闭的并联的气动隔离阀与RCS隔离，这两个阀门在失去电源及气源时开启，当收到安注信号时，注入管线上的两个并联阀门打开，将HPMT与反应堆冷却剂***相连，注入管线上隔离阀的下游在PSI侧串联两台轴流式止回阀。
11.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安注***包含两台安注箱ACC，通过安注箱内部储存的压缩氮气提供含硼水的快速注入，安注箱通过出口管线连接到DVI管线，注入管线上设有一台常开的电动隔离阀和两台串联止回阀，电站正常运行时，止回阀用于隔离安注箱和RCS。
12.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安注***包含两台壳外承压水箱，每台壳外承压水箱包含三条注入接口，非能动低压安注注入管线；IVR注入管线；能动RHI泵注入管线，其中，非能动低压安注分别通过两条重力注入管线连接到两条DVI管道上，每条重力注入管线都包括一条用于壳外承压水箱向压力容器的注入管线，每条重力注入管线包括一个常开的手动隔离阀和2台并联的常闭电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部，重力注入管线上设置两台串联的止回阀，其中靠近安全壳侧的止回阀起到安全壳隔离阀作用，同时与下游第二道止回阀作为非能动安注***与一回路压力边界，两台水箱的IVR注入管线分别通过两条重力注入管线进入安全壳内，每条重力注入管线都包括两台并联常闭的电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部设置一台止回阀，起到安全壳隔离阀作用。
13.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安注***设置有pH值调节篮，通过调节篮中的颗粒状磷酸三钠调节再循环水的pH值。
14.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的二次侧非能动余热排出***PRS包含3个系列，分别对应三个环路中的三台蒸汽发生器；每个系列包括一个事故冷却水箱、一台应急补水箱、一台应急余热排出冷却器、连接冷却器的管道和阀门。
15.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出***PCS包含3个系列，每个系列包括2个换热回路，每个换热回路设置两台换热器、一台汽水分离器、两个常开串联的电动隔离阀、两个常开串联的电动阀，换热器布置在安全壳内的圆周上，换热水箱是带不锈钢衬里的钢筋混凝土结构，该水箱布置在燃料厂房房顶、电气厂房房顶和辅助厂房房顶。
16.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出***通过水蒸汽在换热器上的冷凝、混合气体与换热器之间的对流和辐射换热实现安全壳的冷却，通过换热器管内水的流动，连续不断地将安全壳内的热量带到安全壳外，在安全壳外设置换热水箱，利用水的温度差导致的密度差实现非能动安全壳热量排出。
17.如权利要求16所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出***设置了循环水泵、电加热器和化学加药装置对安全壳外换热水箱进行净化、加热和加药。
18.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的能动安全***包括能动堆芯冷却***，能动余热排出***，能动安全壳热量导出***和能动热阱***。
19.如权利要求18所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的能动堆芯冷却***作为余热排出/堆芯冷却***RHI，执行正常余热排出、能动注入，以及设计扩展工况下的堆芯冷却、事故后堆芯热量导出及安全壳喷淋降低安全壳压力和温度功能。
20.如权利要求19所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的能动堆芯冷却***包括RHI热交换器、余热排出泵。
21.如权利要求18所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的余热排出/能动注入***RHI包含2个系列，每个系列包括一台RHI热交换器、一台余热排出泵以及相关阀门、管道与仪表，余热排出/能动注入***从主冷却剂***两条环路热段引出，通过压力容器直接注入DVI管线返回注入压力容器。两台余热排出泵并联布置，泵的吸入口与一回路热管段、地坑再循环过滤器、壳外承压水箱相连接，RHI热交换器正常通过非安全级设冷水冷却，同时还可以通过备用冷链***进行冷却。
22.如权利要求18所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的能动余热排出***，由余热排出/能动注入***执行此功能。
23.如权利要求18所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的能动安全壳热量导出***，由余热排出/能动注入***执行此功能。
24.如权利要求18所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的能动热阱***为备用冷链***，包括备用设备冷却水子***和备用热阱***，在设计扩展工况时提供备用热阱，通过冷却余热排出/堆芯冷却***热交换器，导出安全壳内热量，通过备用厂用水***将热负荷传递至环境。
25.如权利要求24所述的优化的能动与非能动安全***，其特征在于：所述的备用冷链***包括备用设备冷却水泵，备用热阱冷却水泵、换热器，波动箱、机械冷却塔、DEC柴油机。
26.核电厂，其特征在于：采用如权利要求1-25任一所述的优化的能动与非能动安全***。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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