一種安全注入系統的製作方法

2023-05-04 10:59:06 1

專利名稱:一種安全注入系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及核電廠安全注入系統結構的改進。
背景技術：
安全注入系統又叫做應急堆芯冷卻系統，其主要功能是當核電設備一迴路系統破裂引起失水事故時，安全注入系統向堆芯注水，保證淹沒和冷卻堆芯，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性；當發生主蒸汽管道破裂時，反應堆冷卻劑由於受到過度冷卻而收縮，穩壓器水位下降，安全注入系統向一迴路注入高濃度含硼水，重新建立穩壓器水位，迅速停堆並防止反應堆由於過冷而重返臨界。
為實現上述功能，安全注入系統必須能夠根據事故時一迴路系統壓力下降的情況，在不同的壓力水平下注入。現有技術中安全注入系統由三個子系統組成
高壓安注子系統利用高壓安注泵106(RCV001P0、RCV002P0、RCV003P0)將硼酸溶液注入到反應堆冷卻劑系統。電廠正常運行期間，上述三臺泵中一臺作為化容系統上充泵正常運行，一臺備用，一臺處於維修狀態。上充泵從容控箱吸水，提供正常上充流量以及主泵軸封水。事故工況下，切換到高壓安注模式，兩臺泵運行，一臺備用。高壓安注泵從換料水箱101吸水，提供高壓安注。
低壓安注子系統事故後的直接注入階段和長期冷卻階段，兩臺低壓安注泵107(RIS001P0、RIS002P0)可將含硼水注入至反應堆冷卻劑系統以冷卻堆芯。低壓安注泵也作為高壓安注泵的前置泵。
安注箱注射(中壓安注)子系統是一個非能動系統，包含三個獨立的安注箱(RIS001BA) 108、(RIS002BA) 109、(RIS003BA) 110。事故期間，當反應堆冷卻劑系統的壓力下降到低於安注箱壓力(4.8MPa)時，安注箱內的含硼水自動注射到一迴路中，如圖2所示。
現有的安全注入系統還包括硼酸再循環迴路，主要由濃硼酸注入箱104(RIS004BA)、硼酸波動箱 103 (RIS021BA)、以及硼酸再循環泵 105 (RIS021P0、RIS022P0)組成。主要功能是提供高濃度含硼水(700(T9000ppm)，並且在電廠正常運行期間循環濃硼酸溶液，防止硼結晶。
現有安全注入系統組成較為複雜，如圖I所示，其主要設備除了安注箱布置在反應堆廠房內(安全殼內)，其他設備(包括高、低壓安注泵，硼酸在循環泵，濃硼酸注入箱、硼酸波動箱以及換料水箱等)都位於燃料廠房(安全殼外)。圖I中，閥門狀態對應RIS系統的備用狀態，「·Χ·」表示閥門在開啟狀態，表示閥門在關閉狀態。現有安全注入系統除了需要應急電源、複雜的冷卻水和HVAC等支持系統外，還採用了較多的交叉管道。濃硼酸注入箱及其循環管道的設置更是大大增加了系統的複雜性。系統的運行也頗為複雜，不僅僅要進行大量的閥門操作，還涉及了高壓安注泵/上充泵運行模式的切換。如事故後，上充泵由上充模式切換至高壓安注模式，泵的吸水口由化容系統容控箱102切換至換料水箱；以及事故後不同階段安注水源的切換，如高低壓安注泵的吸入口由換料水箱切換至地坑。[0009]由於現有安全注入系統組成複雜，運行繁瑣，導致系統運行過程中發生人因錯誤的可能性大大增加。而大量的實踐統計表明，核電站50%以上的安全重大事件和故障都是由人因錯誤引發的。
此外，現有安全注入系統嚴重事故處理能力不足，將會成為制約其市場競爭力的
重要因素。
為此，需要借鑑世界先進核電技術對其進行改進。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種結構簡化、操作步驟少、能有效減少人因故障並能顯著提高嚴重事故處理能力的核電廠安全注入系統。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
構造了一種安全注入系統，用於緩解事故、保護核電廠堆芯的安全，包括高壓安注泵、低壓安注泵和安注箱，還包括用於容納安注水的換料水箱，其中，所述換料水箱位於核電廠的安全殼內；
所述安注箱通過設置有控制閥門的管道連接在直接壓力容器注射管線上；
所述高壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱和直接壓力容器注射管線之間；
所述低壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱和直接壓力容器注射管線之間。
本發明所述的安全注入系統，其中，所述高壓安注泵包括相互獨立的第一高壓安注泵和第二高壓安注泵，其中，
所述第一高壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱和第一直接壓力容器注射管線之間；
所述第二高壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱和第二直接壓力容器注射管線之間。
本發明所述的安全注入系統，其中，所述安注箱包括第一安注箱和第二安注箱；所述第一安注箱通過設有控制閥門的管道連接到第一直接壓力容器注射管線上；所述第二安注箱通過設有控制閥門的管道連接到第二直接壓力容器注射管線上。
本發明所述的安全注入系統還包括自動卸壓子系統。所述自動卸壓子系統包括兩個系列，每個系列包括三級並聯的卸壓閥門；所述自動卸壓子系統連接所述換料水箱和穩壓器，以將穩壓器中的蒸汽釋放到所述換料水箱，實現反應堆冷卻劑系統的快速可控卸
J 卡.O O
本發明的有益效果在於，採用直接壓力容器注射方式，減少系統交叉管道，使系統組成大為簡化。換料水箱位於安全殼內，可以實現事故後安注系統連續運行不切換，系統運行操作簡化，可靠性提高。另外，為現有安全注入系統增設自動卸壓系統，可以合理降低高壓安注泵的揚程，並且能夠增強其嚴重事故緩解能力，提高了核電廠的安全性。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中[0025]圖I是現有技術中的高壓和低壓安全注入系統結構示意圖；
圖2是現有技術中的中壓安全注入系統結構示意圖
圖3是本發明實施例的安全注入系統結構示意圖。
具體實施方式
下面結合圖示，對本發明的優選實施例作詳細介紹。
本發明實施例的核電廠的安全注入系統結構示意圖如圖3所示，改進後的安全注入系統與原系統相比，仍舊是採用了高、中、低三個壓力水平下的安全注射方式，但是系統的組成卻大為簡化。改進後的安全注入系統主要包括高壓安注泵，低壓安注泵206，安注箱， 還包括用於容納安注水的換料水箱207。其中，高壓安注泵可通過設置有控制閥門的管道連接換料水箱207和直接壓力容器注射管線，如圖3所示。低壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接換料水箱207和直接壓力容器注射管線。安注箱通過設置有控制閥門的管道連接在直接壓力容器注射管線上。其中，直接壓力容器注射管線連接在核電廠壓力容器上。改進後的安注系統採用了壓力容器直接注射方式取代原有的冷管段注射模式，將安注水打入堆芯。
本實施例中，具體可設置兩個單獨的高壓安注泵，包括第一高壓安注泵204和第二高壓安注泵205。第一高壓安注泵204通過設置有控制閥門的管道連接在換料水箱207和第一直接壓力容器注射管線202之間；第二高壓安注泵205通過設置有控制閥門的管道連接在換料水箱207和第二直接壓力容器注射管線203之間。其中，第一直接壓力容器注射管線202和第二直接壓力容器注射管線203均連接在壓力容器上。上述設置方式可實現安全注入系統與化容系統的完全獨立，事故後無需進行泵運行模式的切換，簡化了系統在事故後的操作。通過設置兩個單獨的高壓安注泵，能夠使得系統具備兩個完全獨立的系列，滿足單一故障準則的要求，降低高壓安註失效的潛在風險。
本實施例中，採用壓力容器直接注射方式取代原有的冷管段注射模式，事故工況下，可利用高、低壓安注泵將換料水箱207中的含硼水通過直接壓力容器注射管線打入堆芯。採用該方式可以減少母管段的採用，並可將原有系統的三個安注箱變為兩個，即包括第一安注箱209和第二安注箱210，如圖3所示。其中，第一安注箱209通過設有控制閥門的管道連接到第一直接壓力容器注射管線202。第二安注箱210通過設有控制閥門的管道連接到第二直接壓力容器注射管線203。每個安注箱的堆芯淹沒能力由原先的50%增大到100%。這樣，安全注入系統就可以在提高系統可靠性的基礎上簡化了系統的組成，同時降低了主管道的製造難度。
本實施例中，改變換料水箱207的布置方式,將其置於核電廠的安全殼內，並使高、低壓安注泵的吸入水源始終為安全殼內的換料水箱207，使其作為事故後高、低壓安注泵的唯一安注水源。因此，事故後無需進行安注水源的切換，可實現安全注入系統的連續運行並減少事故後的操作步驟，避免了可能發生的人因錯誤，降低了系統運行模式切換導致安全注入系統失效的潛在風險，從而提供了系統的可靠性，增強了核電廠的安全性。
本實施例中，取消濃硼酸注入箱及其再循環迴路，並適當提高換料水箱207中的硼濃度，保證系統在未能緊急停堆的預期瞬態(ATWS)事件中，提供足夠的硼化能力，在保證電廠安全性的前提下，大大簡化電廠正常運行期間安全注入系統的操作。[0034]為提高系統嚴重事故處理能力，本實施例的安全注入系統在穩壓器208和安全殼內換料水箱207之間增設自動卸子系統201，如圖3所示。自動卸壓子系統201由兩個系列組成，每個系列包括三級並聯的卸壓閥門，每個系列均連接在所述換料水箱207和穩壓器208之間，用於提供安全級的排放通道，將穩壓器208、壓力容器上封頭或者反應堆冷卻劑系統高點的不凝結氣體或蒸汽。事故工況下通過該系統將穩壓器208內的蒸汽排放至安全殼內換料水箱207，可實現反應堆冷卻劑系統的快速、可控卸壓。該系統與高壓安注泵共同作用，可以在喪失全部給水的超設計基準事故或嚴重事故中，快速實現一迴路洩補，避免嚴重事故中一迴路高壓情況下安註失效，保證安注流量及時有效的注入堆芯，從而緩解事故進程，防止安全殼的 早期失效。同時，採用上述技術還降低了對高壓安注子系統注射壓力的要求，可合理降低高壓安注泵的性能要求。
本實施例可以在核電廠一迴路發生破口事故時，根據一迴路系統壓力下降的情況，實現不同的壓力水平下向堆芯注水。如一迴路大破口事故工況下，一經接收到安注信號，系統將執行以下操作
I)高壓安注子系統啟動高壓安注泵，打開高壓安注泵吸入管道上的隔離閥以及高壓安注泵與直接壓力容器注射管線之間的主隔離閥，使換料水箱中的含硼水經過高壓安注泵增壓後通過直接壓力容器注射管線進入壓力容器；
2)中壓安注子系統當一迴路壓力下降到低於安注箱壓力時，安注箱內的含硼水就會在加壓氮氣的作用下自動注射到一迴路中；
3)低壓安注子系統啟動低壓安注泵，打開低壓安注泵吸入管道上的隔離閥以及低壓安注泵與直接壓力容器注射管線之間的主隔離閥，使換料水箱中的含硼水經過低壓安注泵增壓後通過直接壓力容器注射管線進入壓力容器，實現低壓注射；
4)事故後12小時，運行人員可以建立熱管段和直接壓力容器注射管線同時注射，防止硼酸在堆芯內結晶。
採用上述技術方案後，安全注入系統取消與化容系統的設備兼用，設置獨立的高壓安注泵，並採用直接壓力容器注射方式，減少交叉管道，系統組成大為簡化。改進後的安全注入系統實現了連續運行，而不用切換安注水源，系統運行操作簡化，可靠性提高。另外，由於增設自動卸壓子系統，能夠增強安全注入系統的嚴重事故緩解能力，並且可以合理降低高壓安注泵的揚程。改進後的安全注入系統滿足URD要求。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求
的保護範圍。
權利要求
1.一種安全注入系統，用於緩解事故、保護核電廠堆芯的安全，包括高壓安注泵、低壓安注泵(206)和安注箱，還包括用於容納安注水的換料水箱(207)，其特徵在於，所述換料水箱(207)位於核電廠的安全殼內； 所述安注箱通過設置有控制閥門的管道連接在直接壓力容器注射管線上； 所述高壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱(207)和直接壓力容器注射管線之間； 所述低壓安注泵(206)通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱(207)和直接壓力容器注射管線之間。
2.根據權利要求
I所述的安全注入系統，其特徵在於，所述高壓安注泵包括相互獨立的第一高壓安注泵(204)和第二高壓安注泵(205)，其中， 所述第一高壓安注泵(204)通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱(207)和第一直接壓力容器注射管線(202)之間； 所述第二高壓安注泵(205)通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱(207)和第二直接壓力容器注射管線(203)之間。
3.根據權利要求
2所述的安全注入系統，其特徵在於，所述安注箱包括第一安注箱(209)和第二安注箱(210);所述第一安注箱(209)通過設有控制閥門的管道連接到第一直接壓力容器注射管線(202)上；所述第二安注箱(210)通過設有控制閥門的管道連接到第二直接壓力容器注射管線(203)上。
4.根據權利要求
3所述的安全注入系統，其特徵在於，所述安全注入系統還包括自動卸壓子系統(201);所述自動卸壓子系統(201)包括兩個系列，每個系列包括三級並聯的卸壓閥門；所述自動卸壓子系統連接在所述換料水箱(207)和穩壓器(208)之間，用於將穩壓器(208)中的蒸汽釋放到所述換料水箱(207)。
專利摘要
本發明涉及一種安全注入系統，用於緩解事故、保護核電廠堆芯的安全，包括高壓安注泵、低壓安注泵和安注箱，還包括用於容納安注水的換料水箱。其中，所述換料水箱位於核電廠的安全殼內；所述安注箱通過設置有控制閥門的管道連接在直接壓力容器注射管線上；所述高壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱和直接壓力容器注射管線之間；所述低壓安注泵通過設置有控制閥門的管道連接在所述換料水箱和直接壓力容器注射管線之間。本發明的有益效果在於，減少了系統交叉管道，實現連續運行，系統運行操作簡化，同時增強系統嚴重事故緩解能力，提高了核電廠的安全性。
文檔編號G21C15/18GKCN101847451SQ200910108230
公開日2012年10月31日 申請日期2009年6月19日
發明者張恆明 申請人:中國廣東核電集團有限公司, 中廣核工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan非專利引用 (1),