[發明專利]非能動蓄壓安注系統和非能動蓄壓安注方法

有效

• 申請號: 201410324693.X
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN105244062B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 李玉全;鐘佳;李煒;房芳芳
• 申請（專利權）人: 國核華清（北京）核電技術研發中心有限公司;國家核電技術有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李濤,譚祐祥

技術領域

本發明涉及對核反應堆非能動蓄壓安注技術的改進。具體而言，本發明涉及一種新型的在不影響發生大破口事故情況下原有蓄壓安注設計功能的前提下在發生小破口事故時能夠充分利用蓄壓安注功能的非能動蓄壓安注系統和非能動蓄壓安注方法。

背景技術

1979年美國三哩島、1986年前蘇聯切爾諾貝利以及2011年日本福島核電廠事故發生后，全球范圍更加關注超設計基準事故和嚴重事故，嚴重事故的預防和緩解成為核電站設計必須考慮的因素。美國西屋公司開發的AP600和AP1000，以及我國自主研發的CAP1400均采用了非能動安全技術用于預防和緩解核電站事故，保證反應堆安全。

非能動安全技術是指在事故條件下完全利用自然力完成各種冷卻功能,其中自然力可由重力、蓄壓氣體壓力、自然循環產生的驅動力等來產生，而無需使用泵及外部交流電源。因此，在提高了安全可靠性的同時大大簡化了安全系統。

圖1為一種現有技術的非能動堆芯冷卻系統的示意性布置圖（參見《非能動安全先進壓水堆核電技術》，歐陽予，林誠格等，原子能出版社，2010）。美國西屋公司開發的AP600是全世界范圍內最早取得設計許可的非能動核電站，在AP600的基礎上，美國西屋公司進一步開發出了功率更高的AP1000。在引進AP1000技術的基礎上，我國自主開發了CAP1400非能動核電站。非能動核電站的核心安全系統——非能動堆芯冷卻系統（Passive Core-cooling system，簡寫PXS）的流程圖如圖1（來自AP1000 design and control document (Rev.17)）所示。當核電站出現事故——如被重點關注的小破口事故（SBLOCA）時，非能動堆芯冷卻系統將提供堆芯的應急冷卻，防止堆芯超溫融化而發展為嚴重事故。

上面提到的這三種堆型所配備的PXS總體結構及運行原理相同，這套系統包括有：1）非能動余熱排出系統（PRHR），用于事故初期堆芯余熱的應急排出，依靠于自然循環驅動；2）非能動安注系統，該系統由堆芯補水箱 (CMT)，蓄壓安注箱(ACC)，安全殼內換料水箱(IRWST)以及相應的安注管線組成，在失水事故下向堆芯提供應急冷卻水，實現高壓、中壓、低壓安注。堆芯補水箱5，蓄壓安注箱6和安全殼內換料水箱3分別依靠自然循環、壓縮氣體及重力實現注入；3）自動降壓系統（ADS），該系統由4級ADS組成，其中1-3級位于穩壓器（PZR）頂部，第4級（ADS4）位于熱管段頂部，在典型的小破口事故（SBLOCA）情況下，由CMT水位信號觸發，依次打開，實現一個系統可控的降壓過程，從而使得依靠自然力驅動的注入及循環冷卻過程得以實現。

術語定義（大破口和小破口）

對于壓水堆核電站主回路系統壓力邊界出現的破口失水事故（LOCA），依據破口尺寸大小，存在大破口失水事故（LBLOCA）和小破口失水事故（SBLOCA）兩種事故瞬態過程截然不同的事故類型。在大破口失水事故條件下，一旦主回路系統出現破口，如主管道雙端斷裂事故，系統壓力迅速降低，主回路內冷卻劑短時間內大量閃蒸；而小破口事故條件下，雖然系統出現破口，但是由于破口尺寸較小，系統壓力下降緩慢，并在系統壓力降至飽和壓力時還會出現壓力相對穩定的時期。實際上，具體破口大小上的區分與堆型功率具體相關，例如，對于AP1000，（design control documents）DCD文件以10ft²的破口面積作為區分，大于等于10ft²為大破口，小于10ft²的為小破口。特別的當破口直徑小于2-英寸時為典型小破口尺寸，該尺寸的小破口對系統安全的挑戰最為典型，因此小破口的理論和試驗研究通常以2-英寸為典型研究對象。

隨著人們對核電站事故認識的深入，發現小破口事故對于核電站的安全帶來更高的挑戰，尤其是美國三哩島的小破口事故導致了堆芯熔化這樣的嚴重事故的出現。對于非能動核電站也是如此，圖2為典型的AP600、AP1000和CAP1400非能動核電站小破口事故瞬態過程的解讀示意圖（Reyes J, Hochreiter L., 1998. Scaling analysis for the OSU AP600 test facility (APEX)[J]. Nuclear Engineering and Design, 1998, 186: 53-109）。通常可將小破口事故過程分解解讀為五個典型的階段，如圖2中所示：

1）欠熱噴放階段；

2）飽和自然循環階段；

3）ADS觸發降壓階段；