AP100第三代核電站非能動堆芯冷卻系統(tǒng)PXS引用李軍業(yè)的AP100第三代核電站非能動堆芯冷卻系統(tǒng)PXS AP100第三代核電站非能動堆芯冷卻系統(tǒng)PXS簡介：1.PXS最主要的功能是在假想基準事故情況下為堆芯提供應急冷卻。為實現(xiàn)這一主要功能，在設計上需執(zhí)行下列一些功能：1)堆芯衰變熱應急導出2)RCS應急補給和硼化3)安全注射4)安全殼pH值控制在設計上，PXS的運行不需要使用泵、交流電源等能動設備，只依靠重力注射、壓縮氣體膨脹等非能動設備和工藝。2.傳統(tǒng)壓水堆的堆芯應急冷卻系統(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。對于M310堆型的設計，高壓安注和化容系統(tǒng)(非專設安全系統(tǒng))上充功能共用高壓安注泵，此外還包括一個硼酸再循環(huán)回路。傳統(tǒng)壓水堆的應急堆芯冷卻系統(tǒng)大部分都是采用能動的設備，如：電動泵、電動閥等，中壓安注采用非能動的方式，與AP1000相同，均采用氮氣加壓，靠壓縮氮氣將冷卻水注入堆芯。3.從PXS的功能來說，不僅有安全注射功能，相當于傳統(tǒng)PWR的安注系統(tǒng)，還有堆芯衰變熱導出功能，相當于傳統(tǒng)PWR的應急給水功能(AP1000沒有應急給水系統(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)實現(xiàn)的，AP1000沒有設置專用的安全殼噴淋系統(tǒng)。因此，PXS還兼有傳統(tǒng)的PWR應急給水和安全殼噴淋系統(tǒng)的部分功能。4.傳統(tǒng)壓水堆核電站專設安全設施通用的設計準則主要有：1)設備必須高度可靠，以便在需要投入時能夠按設計要求充分發(fā)揮其功能。即使在發(fā)生所假想的最嚴重地震時，專設安全設施仍能發(fā)揮其應有的功能。2)系統(tǒng)要有多重性。一般應設置兩套以上執(zhí)行同一功能的系統(tǒng)，并且最好要按不同的原理設計以體現(xiàn)其多樣性，這樣即使出現(xiàn)單個系統(tǒng)設備故障也不至于影響系統(tǒng)安全功能的發(fā)揮，同時也避免了共因故障使系統(tǒng)安全功能失效。3)系統(tǒng)必須各自獨立。原則上不共用其他系統(tǒng)設備或設施。對重要的能動設備還必須進行實體隔離。4)系統(tǒng)應能定期檢查。在核電站壽期內(nèi)，即使在反應堆正常運行的情況下，也要能對系統(tǒng)及其設備的性能進行檢驗，使其始終保持應有的功能。5)系統(tǒng)必須備有可靠電源。在發(fā)生斷電事故時，備用電源應在規(guī)定的時間內(nèi)達到額定的輸出功率。作為備用電源的柴油發(fā)電機組也應具有獨立性、多重性和可檢查性等特點。執(zhí)行安全功能的儀器設備斷電時應處在安全狀態(tài)。6)系統(tǒng)必須具有充足的水源(及其他動力源)。要在發(fā)生失水事故的情況下，自始至終都能滿足使堆芯冷卻和安全殼降壓所必須的水量。AP1000設計基本上遵照上述通用的設計準則，如：部件冗余、高可靠性、系統(tǒng)各自獨立、能夠進行定期檢查、足夠的水源等。但由于采用非能動系統(tǒng)的特點，減少了對電源等支持系統(tǒng)的依賴，沒有設置應急柴油發(fā)電機，但設置有余的廠內(nèi)安全相關IE級直流電源和UPS系統(tǒng)。5.PXS是抗震I類、安全相關系統(tǒng)。PXS主要設備有：1)2個堆芯補水箱(CMT)2)2個安注箱(accumulator)3)1個安全殼內(nèi)置換料貯水池(IRWST)4)1臺非能動余熱導出熱交換器(PRHR HX)5)PH調(diào)節(jié)吊籃6)相應的管道，閥門，儀表及其它相關設備7)ADS閥門和噴淋器是RCS的一部分，也提供重要的非能動堆芯冷卻功能8)冗余的廠內(nèi)安全相關IE級直流電源和UPS系統(tǒng)6.非能動余熱排出系統(tǒng)熱交換器PRHR HX 1)PRHR HX通過從冷卻劑回路的熱管段引出的入口管線(通過第4級ADS管線的一條)與RCS相連，出口與SG的冷腔室相連(主泵的吸入端部分)。入口管線是常開的，入口管線連接到熱交換器管道入口部分的最高點，另一端連接在冷卻劑回路熱管段的頂部。入口管線的正常水溫比下卸管線的高。PRHR HX的入口管線上具有常開的電動閥，出口管線上具有常閉的氣動閥。出口管線上的氣動閥，該閥只有在喪失空氣壓力或有觸發(fā)信號時才打開。2)熱交換器的布置可以保證其在主回路壓力下充滿冷卻水，且其水溫與IRWST內(nèi)的水溫相同，這樣可以確保在電廠運行期間熱力驅動頭的建立與保持。3)熱交換器位于反應堆冷卻劑回路上方，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行的情況下使用。當主泵運行時，在熱交換器中產(chǎn)生同自然循環(huán)相同方向的強制流動。當主泵運行接著停機，自然循環(huán)仍能繼續(xù)提供驅動壓頭。4)熱交換器布置在IRWST中，該水箱是熱交換器的熱阱。5)熱交換器入口管線的最高點的頂端有一個垂直的短管充當氣體收集管用來避免氣體的聚集。當氣體在此聚集時探測器將會發(fā)出信號，通過預防裝置操作員可打開手動閥就地將集聚的氣體排放到IRWST中。6)PRHR HX結合PCS可以為堆芯提供無限期的冷卻。當安全殼內(nèi)的換料水箱水溫達到飽和溫度時(大約2個小時后)，蒸汽開始向安全殼排放。排放到安全殼內(nèi)的蒸汽在鋼殼內(nèi)壁上冷凝，鋼殼由PCS進行冷卻。凝結水由操作平臺上的安全相關的水槽收集，最后返回到IRWST。正常情況下凝結水排入安全殼地坑內(nèi)，但是當PRHR HX啟動后，水槽排水管上的安全隔離閥就會關閉，這樣的水就會直接流向IRWST。凝結水回流到IRWST，保持IRWST作為PRHR HX的永久熱阱。7.PXS提供4個安注水源：1)安注箱能夠在幾分鐘時間內(nèi)向堆芯提供非常大的安注流量；2)堆芯補水箱CMT能夠在較長的時間內(nèi)提供相對較大的安注流量；3)IRWST提供的安注流量小，但有持續(xù)的時間更長；4)安全殼是最終長期水源。當上述三個水源安注完，安全殼水淹后，安全殼將作為長期的水源。8.CMT：容積70.8立方米，設計壓力169bar.1)通過一條下卸注入管線與RCS相連，另外有一條壓力平衡管線和RCS冷管段相連。下卸注入管線通過兩個并聯(lián)的常閉的氣動隔離閥進行隔離，閥門只有在喪失空氣壓力、斷電或者控制信號作用時才打開。2)連接到冷管段的壓力平衡管在正常情況下保持打開狀態(tài)，以保證堆芯補水箱與RCS壓力一致，并且防止CMT開始注水時發(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。平衡管中的正常水溫比下卸管中的水溫要高一些。3)CMT底端的出口管線連接到壓力容器直接安注管線。一旦接到安全保護動作信號，出口管線上兩個并聯(lián)的隔離閥就會打開，兩個CMT同時向RCS注水。4)CMT有兩種運行過程，即：蒸汽補償注射和水的再循環(huán)。在蒸汽補償注射過程中，蒸汽被引入堆芯補水箱以補充注射到冷卻劑系統(tǒng)中的水。蒸汽是通過連接在冷管段的壓力平衡管進入堆芯補水箱的。只有在冷管段空的時候，平衡管中才能有蒸汽流動。在水的再循環(huán)過程，來自于冷管段的溫度較高的水進入CMT中，而CMT中溫度相對較低的水則下卸到RCS，從而改變了RCS的硼濃度，同時使得冷卻劑的流量也得到了凈增加。CMT的運行過程依賴于RCS運行條件，首要的是冷管段的空泡份額。當冷管段中充滿水，冷管段的壓力平衡管中也充滿著水，注射是通過水的再循環(huán)過程完成的。如果RCS裝量降低到足夠引起冷管段產(chǎn)生空泡的程度，那么蒸汽就會通過冷管段的平衡管流向CMT。9.IRWST：容積2092立方米，設計壓力0.34bar。IRWST位于安全殼內(nèi)RCS環(huán)路管線的上方。只有當ADS動作或發(fā)生LOCA事故，RCS卸壓后，IRWST才能向RCS進行安注。當?shù)?級ADS信號發(fā)生時，IRWST的安注管線上的Squib閥自動打開。當主系統(tǒng)壓力降低到IRWST安注壓力以下時，與Squib閥串聯(lián)的止回閥打開。10.安全殼再循環(huán)：當安注箱、CMT和IRWST注水完成后，安全殼內(nèi)水淹達到相當高的水位，可以通過重力注入管向堆芯注水以建立再循環(huán)。當安全殼內(nèi)水淹水位足夠高時，再循環(huán)管線上的閥門打開，啟動安全殼再循環(huán)冷卻。當IRWST水位降到足夠低時，安全殼再循環(huán)Squib閥自動打開，為安全殼向反應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)吊籃可以對事故后安全殼地坑內(nèi)的水進行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水位的下方，當水位達到吊籃的位置時，化學添加劑被非能動的加入。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)的水誤溶解化學添加劑的機會。TSP將安全殼地坑水的pH值保持在7.0到9.5之間。該化學品可以減少安全殼地坑內(nèi)元素碘的輻射分解，相應地減少有機碘的水合物，最終減少安全殼內(nèi)氣體中的碘顆粒和廠外劑量。在安全殼淹沒階段，化學添加劑還能夠減少對不銹鋼構件的潛在的應力腐蝕破壞。12.安注箱Accumulators：容積56.6立方米，設計壓力54.4bar。安注箱