[發(fā)明專利]一種防止反應(yīng)堆堆內(nèi)熔融物熔損壓力容器的方法以及用于實施這種方法的系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210165433.3
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN103426484A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙瑞昌;劉志弢
• 申請（專利權(quán)）人: 國家核電技術(shù)有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C15/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃念;楊思捷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核安全技術(shù)領(lǐng)域，更特別地涉及在核電站發(fā)生重大事故時防止反應(yīng)堆堆芯熔融物熔損反應(yīng)堆壓力容器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在核電站設(shè)計中，核安全是需考慮的首要問題。1979年美國三哩島核電站事故和1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故發(fā)生后，嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解成為核電站設(shè)計必須考慮的因素。2011年日本福島事故后，核電站嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解更受到各國公眾、政府和安全監(jiān)管當(dāng)局的重視。核電站風(fēng)險主要來自潛在的堆芯熔化事故及造成的放射性物質(zhì)的對環(huán)境的大規(guī)模釋放。如何降低嚴(yán)重事故的發(fā)生頻率，緩解嚴(yán)重事故的后果，提高核電站的安全水平，已成為各國核工業(yè)界和核安全監(jiān)管當(dāng)局關(guān)注的重點之一。中國國家核安全局早在2004年4月18日發(fā)布了《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》(HAF102)，對新建核動力廠設(shè)計時必須考慮嚴(yán)重事故已提出明確要求，可見進(jìn)行嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施設(shè)計的重要性。

壓水堆核電站發(fā)生嚴(yán)重事故時，堆芯由于失去冷卻水使堆芯裸露并開始升溫、過熱，燃料元件由于冷卻不足而發(fā)生熔化，堆芯熔融物落入壓力容器下腔室，對壓力容器的完整性形成威脅。一旦壓力容器熔穿，熔融物流入堆腔室后，將可能發(fā)生堆外蒸汽爆炸、熔融物與混凝土反應(yīng)等現(xiàn)象，致使安全殼內(nèi)升溫升壓，對安全殼的完整性構(gòu)成威脅。因此，如何對熔融物進(jìn)行有效的冷卻是緩解核電站嚴(yán)重事故的關(guān)鍵。

為緩解嚴(yán)重事故后果，根據(jù)嚴(yán)重事故發(fā)展過程特點，已提出多種應(yīng)對嚴(yán)重事故的策略。熔融物堆內(nèi)滯留(In-Vessel?Retention，IVR)策略是重要的嚴(yán)重事故緩解方案之一。該策略在假定嚴(yán)重事故工況下，通過從壓力容器外部對熔融物進(jìn)行充分有效的冷卻，將堆芯熔融物滯留在壓力容器內(nèi)，從而避免壓力容器熔穿，保證壓力容器的完整性，進(jìn)而防止多數(shù)可能威脅安全殼完整性的堆外現(xiàn)象的發(fā)生。

作為緩解事故后果的關(guān)鍵措施的一種，IVR策略近年來在核工業(yè)界獲得了實際應(yīng)用。各種非能動乃至能動型反應(yīng)堆，如西屋AP600/AP1000、芬蘭IVO改進(jìn)Loviisa?VVER440、三菱MS600設(shè)計(非能動型)，俄羅斯VVER640設(shè)計(能動型)以及韓國APR1400等，紛紛采用IVR方案；我國出口巴基斯坦的C2核電站設(shè)計、中廣核的CPR1000核電站最新設(shè)計也分別采取這一方案，并進(jìn)行了評價。其他運行核電站如Zion?PWR、BWR和CANDU核電站也在進(jìn)行應(yīng)用IVR的研究。

對于較低功率核電站AP600，經(jīng)過Theofanous等的分析研究，AP600?IVR的評價結(jié)論是：只要保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)卸壓，并且確保壓力容器淹沒于水中的深度至少高于熔融池，壓力容器安全裕度較大，即熔融物作用于壓力容器的熱流密度小于對應(yīng)位置臨界熱流密度，AP600不會發(fā)生壓力容器熱熔穿失效。

AP1000核電站以AP600核電站為基礎(chǔ)升級開發(fā)，也采用IVR事故緩解措施。并完成了相應(yīng)的工程驗證試驗。使AP1000設(shè)計獲得通過。

雖然IVR策略在AP600、AP1000中的應(yīng)用獲得了美國核管會的認(rèn)可，但是對于其在超大型先進(jìn)壓水堆中的應(yīng)用，卻仍存在著很多不確定性。

US7117158采用反應(yīng)堆壓力容器外冷卻(ERVC)?)作為實施IVR策略的手段。主要是利用換料水箱的水和失水事故(LOCA)時破口流出的水淹沒壓力容器外的堆腔室，其水位直至超過堆內(nèi)下腔室熔融物的高度，從反應(yīng)堆壓力容器外提供冷卻，避免下封頭的過熱熔損。這種方法存在一定的局限性，當(dāng)反應(yīng)堆堆芯功率較高時，由于受堆外冷卻的傳熱效率的限制，反應(yīng)堆外的水冷不足以帶出堆內(nèi)的熱量，所以不能避免熔融物熔損壓力容器。

CN201689688U提出在上述反應(yīng)堆壓力容器外冷卻的基礎(chǔ)上的反應(yīng)堆容器內(nèi)注入(IRVR)的方法。這種方法能夠增強系統(tǒng)冷卻能力，提高了成功實施IVR策略的有效性。但是，該專利中所提出的方法仍然存在一定的局限性。IRVR通過主冷卻管注入，這種方法存在一定的風(fēng)險，如果主冷卻管發(fā)生破損，就會導(dǎo)致IRVR注入失敗。冷卻水注入沒有流量控制，這樣如果注入太慢，會導(dǎo)致冷卻效果不明顯，如果注入太快，則可能會導(dǎo)致短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的氫氣和水蒸汽。另外，該方法是在反應(yīng)堆發(fā)生事故時，即在堆芯發(fā)生熔化之前，就開始進(jìn)行實施堆內(nèi)注水冷卻，因此這種堆內(nèi)注入可能會不必要地人為損害反應(yīng)堆的堆芯。這些局限，限制了其在工程中的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容