CN204229847U - 抽气卸压型安全壳排放*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及核设备安全技术领域，具体公开了一种抽气卸压型安全壳排放***，包括依次连接的安全壳、安全壳过滤排放***、卸压管线；卸压管线包括两条并联管线；两条并联管线的上游均连接在安全壳，下游与安全壳过滤排放***的入口相连；其中一条管线上设置有控制阀B，另一条管线上依次设置有第一流量调节阀、抽气风机、控制阀C，抽气风机位于第一流量调节阀和控制阀C之间。在严重事故下安全壳发生结构失效向环境释放时，或者严重事故下裂变产物严重泄漏时，本实用新型主动利用安全壳过滤排放***进行过滤排放，能够有效缓解裂变产物的释放，减少排放气体的放射性。

Description

抽气卸压型安全壳排放***

技术领域

本实用新型涉及核技术安全设备技术领域，具体地，涉及一种抽气卸压型安全壳排放***。

背景技术

根据纵深防御、多道屏障的核电安全理念，安全壳是防止放射性裂变产物释放的最后一道屏障。核电厂发生严重事故意味着堆芯损坏，严重事故后放射性裂变产物释放至安全壳内，安全壳的失效或泄漏将导致裂变产物向环境释放。

核电厂正常运行时，通常维持大型干式安全壳微小的负压，如低于外界大气压200Pa。正常运行时可能存在少量的燃料破损，安全壳大气中存在放射性，微小负压可以避免安全壳大气直接泄漏至安全壳外，安全壳的通风***将安全壳大气过滤后经烟囱排放至大气。

事故工况下安全壳的压力可能超过大气压，通常认为完整的安全壳结构允许微小的正常泄漏（小于每天0.1~0.3%安全壳自由容积），在事故分析中，通常假设安全壳压力超过设计压力时，安全壳正常泄漏将增大至十倍。例如，某电厂正常泄漏允许值为0.2%/天，设计压力0.5MPa，事故后安全壳压力超过0.5MPa时，假设发生每天2%安全壳容积的泄漏。

针对严重事故，国内很多压水堆核电厂为缓解大型干式安全壳的裂变产物释放设置了安全壳过滤排放***（Containment Filtration and Exhaust System，英文缩写CFES），CFES可以有效过滤挥发性裂变产物和气溶胶，通常过滤效率达到99%以上，但是对于不可凝气体裂变产物如惰性气体，没有过滤效果。

CFES的设计理念是利用非能动设备缓解安全壳超压对安全壳完整性的威胁：通过主动排放进行卸压的同时，设置文丘里水洗器（或沙堆过滤器）和金属纤维过滤器对安全壳主动排放进行过滤，减少裂变产物对环境的释放。

目前在电厂的严重事故管理中，应用过滤排放***进行安全壳主动排放的目的仅限于缓解超压和氢气对安全壳完整性的威胁。原因在于电厂严重事故管理导则（SAMG）的技术路线普遍参考了西屋业主集团的通用导则，而西屋电厂普遍没有过滤排放***的相关设计，在其通用导则中，仅利用安全壳主动排放对策缓解超压和氢气的威胁，实施没有过滤的主动排放。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效减少裂变产物释放的抽气卸压型安全壳排放***。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

抽气卸压型安全壳排放***，包括安全壳、安全壳过滤排放***；所述安全壳过滤排放***连接到安全壳的管线上设置有第一隔离阀；还包括卸压管线，所述卸压管线包括两条并联管线；两条并联管线的上游均连接在第一隔离阀下游，下游与安全壳过滤排放***的入口相连；其中一条管线上设置有控制阀B，另一条管线上依次设置有第一流量调节阀、抽气风机、控制阀C，抽气风机位于第一流量调节阀和控制阀C之间。本方案中，卸压管线构成了安全壳的补充屏障***，安全壳失效或泄漏时，采用抽气风机对安全壳内放射性气体主动抽气并送至安全壳过滤排放***，利用安全壳过滤排放***的过滤排放减少裂变产物释放，最终利用抽气风机维持安全壳微小负压，避免严重事故后放射性气体直接向环境释放。

进一步，所述卸压管线还包括最小流量管线，该最小流量管线上游连接在第一流量调节阀后，最小流量管线上设置有流量控制阀门，防止抽气风机损坏。

进一步，所述抽气卸压型安全壳排放***还包括对空排放机构，所述安全壳过滤排放***连接到对空排放机构的管线上设置有第二隔离阀；所述安全壳过滤排放***包括依次连接的文丘里水洗器、金属过滤器、过滤排放阀门，所述过滤排放阀门与第二隔离阀42连接，所述文丘里水洗器上还连接有补水管线，补水管线上设置有控制阀G，本方案中设置补水管线可以有效解决文丘里水洗器容量不够的问题，可以进行补水和补充药剂。

进一步，所述文丘里水洗器下游通过第四隔离阀连接金属过滤器，还通过旁通阀连接过滤排放阀门。

进一步，所述文丘里水洗器上还连接有废液流动管线，废液流动管线上依次设置有控制阀H、第二流量调节阀，第二流量调节阀后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀；所述废液回流管线设置废液回流控制阀，本方案中设置废液流动管线，条件允许时废液通过废液处理控制阀将废液输送至废液处理设施，否则通过废液回流控制阀回流至安全壳，提升安全性。

综上，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的抽气卸压型安全壳排放***中的卸压管线构成了安全壳的补充屏障***，安全壳失效或泄漏时，抽气风机对安全壳内放射性气体主动抽气并送至CFES***，利用CFES***的过滤排放减少裂变产物释放，最终利用抽气风机维持安全壳微小负压，避免严重事故后放射性气体直接向环境释放；

2、本实用新型在安全壳完好时能够进行主动排放卸压，进行可控的安全壳排放，缓解超压和氢气对安全壳完整性的威胁，防止安全壳失效；

3、本实用新型维持CFES原有的非能动设计，不减损原有的非能动特性，在电厂失去外电源后保证***可靠性；适当增加能动及非能动设备，有效减少裂变产物释放；

4、本实用新型解决了文丘里水洗器水量不够和废液处理的问题；

5、本实用新型构成了安全壳的辅助屏障，使用方便灵活、安全性高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是实施例3中文丘里水洗器周围管线的连接示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-安全壳； 2-安全壳过滤排放***；3-对空排放机构； 7-文丘里水洗器； 8-金属过滤器； 9-过滤排放阀门； 21-控制阀B； 22-第一流量调节阀； 23-抽气风机； 24-流量控制阀门； 25-控制阀C； 41-第一隔离阀； 42-第二隔离阀； 61-控制阀G； 62-第二流量调节阀； 63-废液处理控制阀； 64-废液回流控制阀； 65-控制阀H； 71-旁通阀； 72-第四隔离阀。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，抽气卸压型安全壳排放***，包括依次连接的安全壳1、安全壳过滤排放***（CFES）2、对空排放机构3和用于将安全壳1中的气体排放到安全壳过滤排放***2的卸压管线；所述安全壳过滤排放***2连接到安全壳1的管线上设置有第一隔离阀41，安全壳过滤排放***2连接到对空排放机构3的管线上设置有第二隔离阀42；所述安全壳过滤排放***2包括依次连接的文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9，所述过滤排放阀门9下游连接第二隔离阀42。

所述卸压管线包括两条并联管线，一条是能动卸压管线，另一条是非能动卸压管线；两条并联管线的上游均连接在第一隔离阀41下游，下游与安全壳过滤排放***2的入口相连；其中一条管线（非能动卸压管线）上设置有控制阀B21，另一条管线（能动卸压管线）上沿气体流动方向依次设置有第一流量调节阀22、抽气风机23、控制阀C25，抽气风机23位于第一流量调节阀22和控制阀C25之间。

抽气风机23所在的管线针对严重事故下安全壳大气中存在大量的放射性裂变产物的工况设计的，在正常运行工况或设计基准事故设计的安全壳通风***中，该管线处于停运甚至隔离状态。根据严重事故的定义，发生严重事故意味着堆芯损坏，裂变产物的第一道屏障燃料包壳已经失效，放射性气体释放到安全壳内。严重事故下安全壳1大气中存在大量的放射性裂变产物，针对正常运行工况或设计基准事故设计的安全壳通风***此时处于停运甚至隔离状态。CFES是专门针对严重事故设计的，安全壳1发生结构失效或者严重泄漏时，抽气风机23所在的管线运行，主动对安全壳1抽气并送风至CFES***经过CFES***过滤后排放，可以大大减少放射性裂变产物的释放。

抽气的主要目的包括：安全壳1结构失效或严重泄漏时，监测到安全壳1外大量放射性释放，为缓解裂变产物释放应首先对安全壳1进行快速卸压，终止无过滤的排放，安全壳1压力接近大气压时则维持安全壳1微小负压；若严重事故后发生较小的安全壳泄漏，则不用快速卸压而直接进入安全壳1微小负压维持状态。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例中，卸压管线还包括最小流量管线，该最小流量管线上游连接在第一流量调节阀22后，最小流量管线上设置有流量控制阀门24。

本实施例中增设最小流量管线，在严重事故后安全壳失效发生泄漏上述卸压管线卸压后维持微小负压时，开启最小流量管线避免抽气风机23损坏。而在快速卸压操作中需关闭最小流量管线。

卸压管线和最小流量管线的几种工作方式如下：

能动设备抽气风机23不可用时的非能动排放：抽气风机23不可用时，关闭第一流量调节阀22、控制阀C25，开启控制阀B21，安全壳1中的裂变产物通过控制阀B21及其所在管路进入安全壳过滤排放***2；

能动排放快速卸压：安全壳1严重泄漏时，应快速卸压，关闭控制阀B21，开启控制阀C25，开启第一流量调节阀22至最大，抽气风机23最大功率运行，关闭最小流量管线的流量控制阀24，抽气风机23最大功率运行，直至安全壳1压力接近大气压；

维持微小负压：关闭控制阀B21，开启控制阀C25，抽气风机23小功率运行，根据安全壳1压力调节第一流量调节阀22开度，控制抽气流量，维持安全壳1微小负压，开启最小流量管线的流量控制阀24保护抽气风机23。

严重事故后安全壳1失效而发生泄漏时，优先利用CFES缓解裂变产物释放，开启抽气风机23快速卸压，将裂变产物卸入CFES中，减少其向周围环境中的泄漏；当安全壳1压力接近大气压时，CFES的阻力不允许安全壳气体通过CFES释放，安全壳1持续泄漏，如果没有能动设备加压安全壳1将持续泄漏，因此采用抽气风机23和第一流量调节阀22抽气，维持安全壳1微小负压，终止直接泄漏的同时尽可能减小过滤排放的流量。

本***以堆芯损坏这一重大失败为前提，具体量化本***的效果时，可以应用概率安全分析（PSA）的方法，分析堆芯损坏后裂变产物释放的条件概率，按照***和设备的运行逻辑建立事件树和故障树并进行量化；分析CFES的过滤效果并计算放射性释放的剂量后果；最后计算期望值，即各种可能后果的概率乘以其后果的总和，对***的效果进行量化评价。另外，在事故管理层面，电厂增设严重事故下安全壳大气抽气设备后，应注意补充严重事故管理的相关对策。按照国内电厂严重事故管理导则（SAMG）的常见格式，导则《减少裂变产物释放SAG-5》和《缓解裂变产物释放SCG-1》中应补充主动抽气过滤的相关缓解对策。本***考虑主动抽气运行CFES***缓解裂变产物释放，增加事故缓解对策作为电厂严重事故管理导则（SAMG）的补充。执行运行流程前，核电厂依据严重事故管理导则（SAMG）做出安全壳主动排放的决策，所参考的主要整定值是安全壳压力。

本实施例中，增设能动设备抽气风机23，抽气风机23需要临时电源为其提供动力，无动力时需要隔离该卸压管线，按原有非能动设计运行。

在布置卸压管线时，对于已经完成CFES建造和安装的电厂，可以考虑将抽气风机23及其所在的管线设计成临时移动设备，在控制阀B21所在的管线上预留临时接口，对于风机功率的最低要求是能够克服CFES***的阻力，从而维持安全壳1大气微小负压。在应急指挥部宣布进入严重事故缓解阶段并由技术支持中心主要负责事故管理后，由技术支持中心指引维修组启动设备安装程序将抽气风机23所在管线接入，采用抽气风机23进行抽气和快速卸压。如果全场断电且无可用临时电源时隔离抽气旁路，按CFES***原有非能动设计运行。

第一流量调节阀22允许自动控制和手动控制两种运行模式，自动控制时需要直流电源，控制模块以安全壳1的即时压力和压力目标值为输入，经过比例积分（PID）运算后得出阀门开度并实施第一流量调节阀22的控制，通过阀门开度控制抽气流量。电厂应急响应人员给定压力目标值，安全壳1压力低于目标值时第一流量调节阀22关闭，最小流量管线的控制阀24开启，保护抽气风机23避免损坏。最小流量管线连通外界大气，可能导致意外的放射性释放，因此应谨慎使用。所述最小流量管线还可兼做吹扫进气管线，事故成功缓解后，电厂恢复至可控稳定状态，对后续CFES等进行吹扫。

本实施例保留原有非能动设计，安全壳1与CFES***之间的第一隔离阀41仍然是远距离传动阀门，阀门操作在屏蔽墙后，不需要电源。因此，本***尽可能维持CFES***原有的非能动设计理念，做到“只增不减”，也就是说，不减损原有的非能动特性，在电厂失去外电源后保证***可靠性；适当增加能动及非能动设备，有效减少裂变产物释放。

实施例3：

如图2所示， 在上述任一实施例基础上，本实施例的抽气卸压型安全壳排放***的安全壳过滤排放***2包括依次连接的文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9，文丘里水洗器7下游通过第四隔离阀72连接金属过滤器8，还通过旁通阀71连接过滤排放阀门9，金属过滤器8下游也连接过滤排放阀门9；所述过滤排放阀门9为安全壳过滤排放***2的出口，与第二隔离阀42连接。所述文丘里水洗器7上还连接有补水管线和废液流动管线：补水管线上设置有控制阀G61；废液流动管线上依次设置有控制阀H65、第二流量调节阀62，第二流量调节阀62后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀63；所述废液回流管线设置废液回流控制阀64，条件允许时废液通过废液处理控制阀63将废液输送至废液处理设施，否则通过废液回流控制阀64回流至安全壳1。

由于文丘里水洗器7普遍存在容量过小的问题，例如，安全壳1容积大约5万立方米，不考虑堆芯混凝土相互作用（MCCI）产生大量不可凝气体，5bar压力下水蒸汽100吨左右。而文丘里水洗器7只能存水7吨，7吨常温水（假设30℃）只能冷凝不到1吨水蒸汽。即便发生堆芯混凝土相互作用（MCCI），安全壳1内仍然存在大量水蒸汽，而且除水蒸汽的汽化潜热外，高温不可凝气体的加热作用也不容忽视。因此现有技术中，文丘里水洗器7的储水量远远不够。对于已经完成CFES建造和安装的电厂，不易实现文丘里容器的容量增大。CFES长期运行可以有效缓解气体裂变产物的释放，但同时必须处理CFES产生的废液，要考虑向文丘里水洗器7中补充药剂。本实施例中采用临时补水方案，增设补水管线，利用消防车或其它临时补水装置补水；或者综合使用临时补水接口与补充药剂的移动设备，一并解决补水和补充化学药剂问题。

通常电厂在不排放气体时将文丘里水洗器7的废液重力回流至安全壳1内，但裂变产物进入安全壳1后可能重新挥发，而且福岛事故表明，废液储存在安全壳1内同样存在风险。因此，本实施例在文丘里水洗器7废液流动管线，在安全壳1外利用核废液处理设备对文丘里废液进行污染处理。按照CFES的原设计，废液回流和过滤排放不能同时进行，若抽气过滤排放长期连续运行，废液回流或废液处理流量过大，水位下降过快会导致文丘里管裸露，失去过滤效果，因此本实施例中文丘里水洗器7下泄的废液流动管线上设置由第二流量调节阀62，以避免上述问题。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.抽气卸压型安全壳排放***，包括安全壳（1）、安全壳过滤排放***（2）；所述安全壳过滤排放***（2）连接到安全壳（1）的管线上设置有第一隔离阀（41）；其特征在于，还包括卸压管线，所述卸压管线包括两条并联管线；两条并联管线的上游均连接在第一隔离阀（41）下游，下游与安全壳过滤排放***（2）的入口相连；其中一条管线上设置有控制阀B（21），另一条管线上依次设置有第一流量调节阀（22）、抽气风机（23）、控制阀C（25），抽气风机（23）位于第一流量调节阀（22）和控制阀C（25）之间。

2.根据权利要求1所述的抽气卸压型安全壳排放***，其特征在于，所述卸压管线还包括最小流量管线，该最小流量管线上游连接在第一流量调节阀（22）后，最小流量管线上设置有流量控制阀门（24）。

3.根据权利要求1或2所述的抽气卸压型安全壳排放***，其特征在于，还包括对空排放机构（3），所述安全壳过滤排放***（2）连接到对空排放机构（3）的管线上设置有第二隔离阀（42）；所述安全壳过滤排放***（2）包括依次连接的文丘里水洗器（7）、金属过滤器（8）、过滤排放阀门（9），所述过滤排放阀门（9）与第二隔离阀（42）连接，所述文丘里水洗器（7）上还连接有补水管线，补水管线上设置有控制阀G（61）。

4.根据权利要求3所述的抽气卸压型安全壳排放***，其特征在于，所述文丘里水洗器（7）下游通过第四隔离阀（72）连接金属过滤器（8），还通过旁通阀（71）连接过滤排放阀门（9）。

5.根据权利要求3所述的抽气卸压型安全壳排放***，其特征在于，所述文丘里水洗器（7）上还连接有废液流动管线，废液流动管线上依次设置有控制阀H（65）、第二流量调节阀（62），第二流量调节阀（62）后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀（63）；所述废液回流管线设置废液回流控制阀（64）。