AP100第三代核電站非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)PXS引用李軍業(yè)的AP100第三代核電站非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)PXS AP100第三代核電站非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)PXS簡(jiǎn)介：1.PXS最主要的功能是在假想基準(zhǔn)事故情況下為堆芯提供應(yīng)急冷卻。為實(shí)現(xiàn)這一主要功能，在設(shè)計(jì)上需執(zhí)行下列一些功能：1)堆芯衰變熱應(yīng)急導(dǎo)出2)RCS應(yīng)急補(bǔ)給和硼化3)安全注射4)安全殼pH值控制在設(shè)計(jì)上，PXS的運(yùn)行不需要使用泵、交流電源等能動(dòng)設(shè)備，只依靠重力注射、壓縮氣體膨脹等非能動(dòng)設(shè)備和工藝。2.傳統(tǒng)壓水堆的堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)主要指安全注射系統(tǒng)，安全注射系統(tǒng)又分為高壓安注、中壓安注和低壓安注。對(duì)于M310堆型的設(shè)計(jì)，高壓安注和化容系統(tǒng)(非專(zhuān)設(shè)安全系統(tǒng))上充功能共用高壓安注泵，此外還包括一個(gè)硼酸再循環(huán)回路。傳統(tǒng)壓水堆的應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)大部分都是采用能動(dòng)的設(shè)備，如：電動(dòng)泵、電動(dòng)閥等，中壓安注采用非能動(dòng)的方式，與AP1000相同，均采用氮?dú)饧訅?，靠壓縮氮?dú)鈱⒗鋮s水注入堆芯。3.從PXS的功能來(lái)說(shuō)，不僅有安全注射功能，相當(dāng)于傳統(tǒng)PWR的安注系統(tǒng)，還有堆芯衰變熱導(dǎo)出功能，相當(dāng)于傳統(tǒng)PWR的應(yīng)急給水功能(AP1000沒(méi)有應(yīng)急給水系統(tǒng))。PXS還執(zhí)行安全殼pH值控制，在傳統(tǒng)的PWR中，安全殼pH值控制是由安全殼噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，AP1000沒(méi)有設(shè)置專(zhuān)用的安全殼噴淋系統(tǒng)。因此，PXS還兼有傳統(tǒng)的PWR應(yīng)急給水和安全殼噴淋系統(tǒng)的部分功能。4.傳統(tǒng)壓水堆核電站專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施通用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要有：1)設(shè)備必須高度可靠，以便在需要投入時(shí)能夠按設(shè)計(jì)要求充分發(fā)揮其功能。即使在發(fā)生所假想的最嚴(yán)重地震時(shí)，專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施仍能發(fā)揮其應(yīng)有的功能。2)系統(tǒng)要有多重性。一般應(yīng)設(shè)置兩套以上執(zhí)行同一功能的系統(tǒng)，并且最好要按不同的原理設(shè)計(jì)以體現(xiàn)其多樣性，這樣即使出現(xiàn)單個(gè)系統(tǒng)設(shè)備故障也不至于影響系統(tǒng)安全功能的發(fā)揮，同時(shí)也避免了共因故障使系統(tǒng)安全功能失效。3)系統(tǒng)必須各自獨(dú)立。原則上不共用其他系統(tǒng)設(shè)備或設(shè)施。對(duì)重要的能動(dòng)設(shè)備還必須進(jìn)行實(shí)體隔離。4)系統(tǒng)應(yīng)能定期檢查。在核電站壽期內(nèi)，即使在反應(yīng)堆正常運(yùn)行的情況下，也要能對(duì)系統(tǒng)及其設(shè)備的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，使其始終保持應(yīng)有的功能。5)系統(tǒng)必須備有可靠電源。在發(fā)生斷電事故時(shí)，備用電源應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定的輸出功率。作為備用電源的柴油發(fā)電機(jī)組也應(yīng)具有獨(dú)立性、多重性和可檢查性等特點(diǎn)。執(zhí)行安全功能的儀器設(shè)備斷電時(shí)應(yīng)處在安全狀態(tài)。6)系統(tǒng)必須具有充足的水源(及其他動(dòng)力源)。要在發(fā)生失水事故的情況下，自始至終都能滿(mǎn)足使堆芯冷卻和安全殼降壓所必須的水量。AP1000設(shè)計(jì)基本上遵照上述通用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，如：部件冗余、高可靠性、系統(tǒng)各自獨(dú)立、能夠進(jìn)行定期檢查、足夠的水源等。但由于采用非能動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，減少了對(duì)電源等支持系統(tǒng)的依賴(lài)，沒(méi)有設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，但設(shè)置有余的廠內(nèi)安全相關(guān)IE級(jí)直流電源和UPS系統(tǒng)。5.PXS是抗震I類(lèi)、安全相關(guān)系統(tǒng)。PXS主要設(shè)備有：1)2個(gè)堆芯補(bǔ)水箱(CMT)2)2個(gè)安注箱(accumulator)3)1個(gè)安全殼內(nèi)置換料貯水池(IRWST)4)1臺(tái)非能動(dòng)余熱導(dǎo)出熱交換器(PRHR HX)5)PH調(diào)節(jié)吊籃6)相應(yīng)的管道，閥門(mén)，儀表及其它相關(guān)設(shè)備7)ADS閥門(mén)和噴淋器是RCS的一部分，也提供重要的非能動(dòng)堆芯冷卻功能8)冗余的廠內(nèi)安全相關(guān)IE級(jí)直流電源和UPS系統(tǒng)6.非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)熱交換器PRHR HX 1)PRHR HX通過(guò)從冷卻劑回路的熱管段引出的入口管線(xiàn)(通過(guò)第4級(jí)ADS管線(xiàn)的一條)與RCS相連，出口與SG的冷腔室相連(主泵的吸入端部分)。入口管線(xiàn)是常開(kāi)的，入口管線(xiàn)連接到熱交換器管道入口部分的最高點(diǎn)，另一端連接在冷卻劑回路熱管段的頂部。入口管線(xiàn)的正常水溫比下卸管線(xiàn)的高。PRHR HX的入口管線(xiàn)上具有常開(kāi)的電動(dòng)閥，出口管線(xiàn)上具有常閉的氣動(dòng)閥。出口管線(xiàn)上的氣動(dòng)閥，該閥只有在喪失空氣壓力或有觸發(fā)信號(hào)時(shí)才打開(kāi)。2)熱交換器的布置可以保證其在主回路壓力下充滿(mǎn)冷卻水，且其水溫與IRWST內(nèi)的水溫相同，這樣可以確保在電廠運(yùn)行期間熱力驅(qū)動(dòng)頭的建立與保持。3)熱交換器位于反應(yīng)堆冷卻劑回路上方，這樣以便于在主泵不可用的情況下，建立自然循環(huán)。熱交換器管路的布置允許其在主泵運(yùn)行的情況下使用。當(dāng)主泵運(yùn)行時(shí)，在熱交換器中產(chǎn)生同自然循環(huán)相同方向的強(qiáng)制流動(dòng)。當(dāng)主泵運(yùn)行接著停機(jī)，自然循環(huán)仍能繼續(xù)提供驅(qū)動(dòng)壓頭。4)熱交換器布置在IRWST中，該水箱是熱交換器的熱阱。5)熱交換器入口管線(xiàn)的最高點(diǎn)的頂端有一個(gè)垂直的短管充當(dāng)氣體收集管用來(lái)避免氣體的聚集。當(dāng)氣體在此聚集時(shí)探測(cè)器將會(huì)發(fā)出信號(hào)，通過(guò)預(yù)防裝置操作員可打開(kāi)手動(dòng)閥就地將集聚的氣體排放到IRWST中。6)PRHR HX結(jié)合PCS可以為堆芯提供無(wú)限期的冷卻。當(dāng)安全殼內(nèi)的換料水箱水溫達(dá)到飽和溫度時(shí)(大約2個(gè)小時(shí)后)，蒸汽開(kāi)始向安全殼排放。排放到安全殼內(nèi)的蒸汽在鋼殼內(nèi)壁上冷凝，鋼殼由PCS進(jìn)行冷卻。凝結(jié)水由操作平臺(tái)上的安全相關(guān)的水槽收集，最后返回到IRWST。正常情況下凝結(jié)水排入安全殼地坑內(nèi)，但是當(dāng)PRHR HX啟動(dòng)后，水槽排水管上的安全隔離閥就會(huì)關(guān)閉，這樣的水就會(huì)直接流向IRWST。凝結(jié)水回流到IRWST，保持IRWST作為PRHR HX的永久熱阱。7.PXS提供4個(gè)安注水源：1)安注箱能夠在幾分鐘時(shí)間內(nèi)向堆芯提供非常大的安注流量；2)堆芯補(bǔ)水箱CMT能夠在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供相對(duì)較大的安注流量；3)IRWST提供的安注流量小，但有持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)；4)安全殼是最終長(zhǎng)期水源。當(dāng)上述三個(gè)水源安注完，安全殼水淹后，安全殼將作為長(zhǎng)期的水源。8.CMT：容積70.8立方米，設(shè)計(jì)壓力169bar.1)通過(guò)一條下卸注入管線(xiàn)與RCS相連，另外有一條壓力平衡管線(xiàn)和RCS冷管段相連。下卸注入管線(xiàn)通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的常閉的氣動(dòng)隔離閥進(jìn)行隔離，閥門(mén)只有在喪失空氣壓力、斷電或者控制信號(hào)作用時(shí)才打開(kāi)。2)連接到冷管段的壓力平衡管在正常情況下保持打開(kāi)狀態(tài)，以保證堆芯補(bǔ)水箱與RCS壓力一致，并且防止CMT開(kāi)始注水時(shí)發(fā)生水錘。冷管段的壓力平衡管一端連接在冷卻劑回路冷管段的頂部，另一端連接在CMT入口附近的最高點(diǎn)。平衡管中的正常水溫比下卸管中的水溫要高一些。3)CMT底端的出口管線(xiàn)連接到壓力容器直接安注管線(xiàn)。一旦接到安全保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，出口管線(xiàn)上兩個(gè)并聯(lián)的隔離閥就會(huì)打開(kāi)，兩個(gè)CMT同時(shí)向RCS注水。4)CMT有兩種運(yùn)行過(guò)程，即：蒸汽補(bǔ)償注射和水的再循環(huán)。在蒸汽補(bǔ)償注射過(guò)程中，蒸汽被引入堆芯補(bǔ)水箱以補(bǔ)充注射到冷卻劑系統(tǒng)中的水。蒸汽是通過(guò)連接在冷管段的壓力平衡管進(jìn)入堆芯補(bǔ)水箱的。只有在冷管段空的時(shí)候，平衡管中才能有蒸汽流動(dòng)。在水的再循環(huán)過(guò)程，來(lái)自于冷管段的溫度較高的水進(jìn)入CMT中，而CMT中溫度相對(duì)較低的水則下卸到RCS，從而改變了RCS的硼濃度，同時(shí)使得冷卻劑的流量也得到了凈增加。CMT的運(yùn)行過(guò)程依賴(lài)于RCS運(yùn)行條件，首要的是冷管段的空泡份額。當(dāng)冷管段中充滿(mǎn)水，冷管段的壓力平衡管中也充滿(mǎn)著水，注射是通過(guò)水的再循環(huán)過(guò)程完成的。如果RCS裝量降低到足夠引起冷管段產(chǎn)生空泡的程度，那么蒸汽就會(huì)通過(guò)冷管段的平衡管流向CMT。9.IRWST：容積2092立方米，設(shè)計(jì)壓力0.34bar。IRWST位于安全殼內(nèi)RCS環(huán)路管線(xiàn)的上方。只有當(dāng)ADS動(dòng)作或發(fā)生LOCA事故，RCS卸壓后，IRWST才能向RCS進(jìn)行安注。當(dāng)?shù)?級(jí)ADS信號(hào)發(fā)生時(shí)，IRWST的安注管線(xiàn)上的Squib閥自動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)主系統(tǒng)壓力降低到IRWST安注壓力以下時(shí)，與Squib閥串聯(lián)的止回閥打開(kāi)。10.安全殼再循環(huán)：當(dāng)安注箱、CMT和IRWST注水完成后，安全殼內(nèi)水淹達(dá)到相當(dāng)高的水位，可以通過(guò)重力注入管向堆芯注水以建立再循環(huán)。當(dāng)安全殼內(nèi)水淹水位足夠高時(shí)，再循環(huán)管線(xiàn)上的閥門(mén)打開(kāi)，啟動(dòng)安全殼再循環(huán)冷卻。當(dāng)IRWST水位降到足夠低時(shí)，安全殼再循環(huán)Squib閥自動(dòng)打開(kāi)，為安全殼向反應(yīng)堆的流體注入提供冗余的流道。11.安全殼PH值控制：使用pH值調(diào)節(jié)吊籃可以對(duì)事故后安全殼地坑內(nèi)的水進(jìn)行pH值控制，pH值調(diào)節(jié)吊籃內(nèi)放置顆粒狀的磷酸三鈉(TSP)。吊籃放在事故后最低淹沒(méi)水位的下方，當(dāng)水位達(dá)到吊籃的位置時(shí)，化學(xué)添加劑被非能動(dòng)的加入。吊籃放置在距安全殼地板至少1英尺以上，減少溢撒到安全殼內(nèi)的水誤溶解化學(xué)添加劑的機(jī)會(huì)。TSP將安全殼地坑水的pH值保持在7.0到9.5之間。該化學(xué)品可以減少安全殼地坑內(nèi)元素碘的輻射分解，相應(yīng)地減少有機(jī)碘的水合物，最終減少安全殼內(nèi)氣體中的碘顆粒和廠外劑量。在安全殼淹沒(méi)階段，化學(xué)添加劑還能夠減少對(duì)不銹鋼構(gòu)件的潛在的應(yīng)力腐蝕破壞。12.安注箱Accumulators：容積56.6立方米，設(shè)計(jì)壓力54.4bar。安注箱