AP1000和M310安全系統(tǒng)的比較與分析

摘要：簡(jiǎn)述了AP1000的非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的功能、組成和發(fā)生失水事故時(shí)的非能動(dòng)安全注入過(guò)程，以及M310安全注入系統(tǒng)的功能、組成和安注過(guò)程，分析了AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：非能動(dòng)；安全注入；AP1000；M310

中圖分類號(hào)：TL36文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

第2代核電站是指上世紀(jì)70年代至今正在運(yùn)行的大部分商業(yè)核電站，其商業(yè)化運(yùn)行證明了發(fā)展核電在經(jīng)濟(jì)上的可行性。但是，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站和美國(guó)三哩島核電站嚴(yán)重事故的發(fā)生，說(shuō)明第2代核電站在設(shè)計(jì)上對(duì)發(fā)生嚴(yán)重事故的可能性認(rèn)識(shí)不足，日本福島核電站嚴(yán)重事故的發(fā)生進(jìn)一步證明了第2代核電站安全性仍需提高。在吸取第2代核電技術(shù)安全方面教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了第三代核電，美國(guó)西屋公司的AP1000就屬于第3代核電。文中著重對(duì)AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）進(jìn)行詳細(xì)闡述，同時(shí)與M310(三環(huán)路)安全注入系統(tǒng)（RIS）進(jìn)行比較和分析，供從事核電技術(shù)的相關(guān)專業(yè)人員參考。

2 AP1000的非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)述

2.1 系統(tǒng)組成和功能

AP1000的非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)由非能動(dòng)堆芯余熱排出系統(tǒng)（PRHRS）和非能動(dòng)安全注入系統(tǒng)（PSIS）兩部分組成。

PXS包括：兩個(gè)堆芯補(bǔ)水箱（CMT）；兩個(gè)安注箱（ACC）；安全殼內(nèi)置換料水箱（IRWST）；非能動(dòng)余熱排出熱交換器；pH調(diào)節(jié)籃；相關(guān)的管道、閥門和儀器；以及其他一些設(shè)備。作為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）一部分的自動(dòng)降壓系統(tǒng)閥門和噴灑器（Sparger）也同樣是PXS的重要功能組成部分。

PXS具有以下功能：應(yīng)急堆芯余熱排出；RCS應(yīng)急補(bǔ)水和硼化；安全注入；安全殼內(nèi)pH值控制。當(dāng)啟動(dòng)給水系統(tǒng)的排熱能力或化容系統(tǒng)的補(bǔ)給能力不足或喪失時(shí)，PXS提供安全相關(guān)的RCS余熱排出及堆芯安注功能。

對(duì)于發(fā)生的非LOCA事件，當(dāng)正常補(bǔ)給系統(tǒng)不可用或補(bǔ)水不足時(shí)，堆芯補(bǔ)水箱對(duì)RCS提供補(bǔ)給和硼化。兩個(gè)堆芯補(bǔ)水箱都位于安全殼內(nèi)稍高于RCS環(huán)路標(biāo)高的位置。當(dāng)蒸汽管線破裂后，堆芯補(bǔ)水箱中的硼水能夠?yàn)槎研咎峁┳銐虻耐６言６取Ｃ總€(gè)堆芯補(bǔ)水箱都貯有70.8m3濃度為3400-3700ppm的濃硼水。

2.2失水事故（LOCA）下非能動(dòng)安全注入

在發(fā)生失水事故時(shí)，PXS使用四種不同的水源進(jìn)行非能動(dòng)安注：

1）CMT在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提供相對(duì)高流量的安注；

2）安注箱在數(shù)分鐘短時(shí)間里提供相當(dāng)高流量的安注；

3）IRWST提供更長(zhǎng)時(shí)間的低流量安注；

4）在上述三個(gè)水源安注結(jié)束，安全殼被淹后，安全殼系統(tǒng)成為最終的長(zhǎng)期冷卻熱阱。

在LOCA期間，它們提供和事故嚴(yán)重程度相比配的安注流量。

當(dāng)RCS壓力低于ACC頂部氮?dú)鈮毫?.9MPa時(shí)，兩個(gè)ACC內(nèi)貯存的硼水（每個(gè)ACC內(nèi)貯存著48.1m3、2600-2900ppm濃硼水）由4.9MPa的壓縮氮?dú)馓峁┝丝焖侔沧ⅰＴ诖驦OCA中，由于安注箱容積的限制，以及出口管線的阻力，ACC只能提供幾分鐘的安注。

IRWST位于安全殼內(nèi)稍高于RCS環(huán)路管線的高度，只有RCS壓力與安全殼內(nèi)壓平衡后，對(duì)RCS的安注才能進(jìn)行。

在ACC、CMT以及IRWST注入后，安全殼被淹，其水位高度足以滿足依靠重力通過(guò)安注管線重新返回到RCS以實(shí)現(xiàn)再循環(huán)冷卻。

當(dāng)IRWST的水位降到一個(gè)低水位時(shí)，安全殼再循環(huán)爆破閥自動(dòng)打開(kāi)，建立從安全殼地坑到反應(yīng)堆的另一水流通道。當(dāng)安全殼再循環(huán)管線閥門打開(kāi)并且安全殼淹沒(méi)水位足夠高時(shí)，安全殼再循環(huán)開(kāi)始。

當(dāng)安全殼淹沒(méi)后正常余熱排出泵運(yùn)行時(shí)，那些再循環(huán)流道也能提供從安全殼到正常余熱排出泵的吸入流道。此外，再循環(huán)管線中設(shè)有常開(kāi)的電動(dòng)閥和爆破閥，爆破閥能手動(dòng)開(kāi)啟，在嚴(yán)重事故期間可以人為地將IRWST的水注入地坑。

在發(fā)生包括RCS主管道雙端斷裂的大LOCA時(shí)，PXS能從ACC中提供大流量補(bǔ)水來(lái)迅速再充滿反應(yīng)堆容器下腔室和下降段。在事件發(fā)生的第一個(gè)階段，ACC提供包括下降段環(huán)腔再淹沒(méi)和堆芯部分淹沒(méi)條件所要求的安注流量。在ACC排空后，CMT來(lái)實(shí)現(xiàn)堆芯的再淹沒(méi)。隨后是IRWST提供安注，最后建立安全殼地坑水再循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期冷卻。

3 M310安全注入系統(tǒng)簡(jiǎn)述

3.1系統(tǒng)功能

M310安全注入系統(tǒng)的主要功能是：在失水事故情況下，通過(guò)向堆芯注入冷卻水，能防止燃料包殼熔化，并保持堆芯的幾何形狀與完整性；在主蒸汽管道破裂事故工況下，本系統(tǒng)向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)快速注入濃硼溶液，使反應(yīng)堆迅速安全停堆，并防止反應(yīng)堆重返臨界。在失水事故的再循環(huán)階段，本系統(tǒng)的部分承壓邊界作為安全殼的延伸，具有安全殼屏蔽的作用。

3.2安注系統(tǒng)組成

M310核電廠的安全注入系統(tǒng)由高壓安全注入（HHSI）、中壓安全注入（MHSI）和低壓安全注入（LHSI）三個(gè)子系統(tǒng)組成。它們根據(jù)事故引起一回路冷卻劑系統(tǒng)的降壓情況，在不同的壓力下分別投運(yùn)。

高壓安注子系統(tǒng)包括：三臺(tái)高壓安注泵，它們同時(shí)也是化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的三臺(tái)上充泵，一個(gè)濃硼酸注入箱，硼酸再循環(huán)回路（包括硼注入緩沖箱，兩臺(tái)硼酸再循環(huán)泵）。

低壓安注系統(tǒng)由兩條獨(dú)立流道組成，每條流道有一臺(tái)低壓安注泵。低壓安注泵的出口通過(guò)隔離閥接到高壓安注泵吸入聯(lián)箱上，為高壓安注泵增壓。

中壓安注系統(tǒng)主要由三個(gè)安注箱組成，分別接到一回路冷卻劑系統(tǒng)三個(gè)環(huán)路的冷管段上。安注箱內(nèi)存約2100ppm的含硼水，用壓力約為4.2MPa.a的氮?dú)飧采w。每個(gè)安注箱能提供淹沒(méi)堆芯所需容積的50%。

3.3安注系統(tǒng)動(dòng)作

在接到安注信號(hào)后，開(kāi)始啟動(dòng)下述安注過(guò)程：

（1）冷段直接注入階段

啟動(dòng)高壓安注泵和低壓安注泵，利用一回路冷卻劑正常運(yùn)行時(shí)的流向，使換料水箱的水和濃硼溶液盡快地注入堆芯。

當(dāng)一回路壓力低于安注箱壓力（約4.2MPa.a）時(shí)，中壓安注系統(tǒng)開(kāi)始注入。

當(dāng)一回路壓力降到1.0MPa.a以下時(shí)，低壓安注流量開(kāi)始進(jìn)入一回路冷段。

（2）再循環(huán)階段

當(dāng)換料水箱出現(xiàn)低-低水位信號(hào)而且安注信號(hào)繼續(xù)存在時(shí)，安注自動(dòng)轉(zhuǎn)入再循環(huán)階段。切換動(dòng)作是：低壓安注泵吸入端接地坑的閥門開(kāi)啟，在證實(shí)接地坑的兩個(gè)閥門開(kāi)啟后隔離換料水箱，開(kāi)始從地坑取水進(jìn)行再循環(huán)。

（3）冷、熱段同時(shí)注入

把安注從冷段注入切換到冷段和熱段同時(shí)注入的時(shí)間是在事故后12.5小時(shí)，由操縱員在主控室進(jìn)行。冷、熱段同時(shí)注入時(shí)，以熱段注入流量為主，而冷段注入只通過(guò)旁路閥門進(jìn)行，主閥門關(guān)閉。

在發(fā)生LOCA后24小時(shí)，進(jìn)入長(zhǎng)期再循環(huán)階段。

結(jié)論

與M310安全注入系統(tǒng)相對(duì)比，AP1000非能動(dòng)安全系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)概括如下：

1）極大地降低了人因失誤發(fā)生的可能性；

2）大大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；

3）取消了安全級(jí)的交流應(yīng)急電源。

我國(guó)目前正在運(yùn)行和建設(shè)的核電站多數(shù)為M310和AP1000，對(duì)這兩種堆型的認(rèn)真對(duì)比學(xué)習(xí)，有助于我們更深刻的認(rèn)識(shí)兩者的特點(diǎn)，對(duì)我們的工作有很大幫助。

參考文獻(xiàn)

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