CN102306506A - 用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法 - Google Patents

用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法 Download PDF

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李丽娟
刘建平
李军
李嫦月
王晓江
于凤云
刘江
张俊京
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Abstract

本发明属于核电站系统设计技术，具体涉及一种用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法。该方法采用2台安全级非能动氢复合器与若干台非安全级非能动氢复合器组合的形式，所述的2台安全级非能动氢复合器设置在布置方案中最高位置的非能动氢复合器当中，该2台氢复合器的距离尽可能远；在设计基准事故下，仅需2台安全级非能动氢复合器启动进行消氢，在严重事故下，所有非能动氢复合器启动进行消氢。本发明可以避免事故后安全壳旁通；简化系统设计，减少运行管理、维修、维护成本，不需要人员操作和干预，减轻操作员的负担，减少人因事故，避免操作人员受到辐照。还可以节约设备投资。

Description

用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法
技术领域
本发明属于核电站系统设计技术，具体涉及一种用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法。
背景技术
核电安全工作需要考虑设计基准事故和严重事故的对策。设计基准事故和严重事故都有可能产生和释放大量的氢气，因此，安全壳消氢措施是核电站设计基准事故和严重事故的对策中必须考虑的内容。
设计基准事故下，氢气可能由于下述原因而积累：
--冷却剂在堆芯区和地坑区的辐照分解；
--锆-水反应(锆燃料包壳在事故期间被冷却剂或蒸汽腐蚀)；
--在安全壳内金属(铝和锌)被安全壳喷淋液腐蚀；
--反应堆冷却剂系统中溶解的氢(假定在LOCA一开始立即被释放到安全壳中)。
严重事故下氢气的来源主要包括以下几个方面：
--压力容器内金属材料的氧化
压力容器内金属材料的氧化主要包括：锆包壳、格架、其他金属构架以及吸收材料碳化硼(B4C)被水蒸气氧化或被压力容器下封头储存的水氧化。
--压力容器外堆芯熔融物与混凝土反应
在堆芯冷却系统压力降低情况下压力容器下封头失效时，堆芯熔融物跌落在堆坑混凝土底板上，将会发生熔融物-混凝土反应产生氢气。
--其他可能的氢气来源
水的辐照分解作用(容器内或地坑中的水)和安全壳内金属的腐蚀(主要是Al和Zn)都会产生氢气，但由于生成量很小，在严重事故分析中这些都可以忽略不计。
氢气具有相对密度小，在大气中快速上升扩散的特点。氢气的分布受混合时间很短时的强迫对流和混合时间较长时间内的自然对流的影响。气体的分布主要取决于氢气、蒸汽释放的地点、释放率。因此，安全壳内氢气来源的位置对氢气的分布有很大影响。
目前，核电站的安全壳消氢措施一般有两套，一套是设在ETY系统的用于设计基准事故的移动式氢复合器，另一套是设在EUH系统的用于严重事故的非能动氢复合器。ETY系统的移动式氢复合器在发生设计基准事故时启用，将安全壳内放射性气体引至移动式氢复合器消氢，然后再返回安全壳。由于移动式氢复合器需要临时连接，操作过程存在安全壳旁通和放射性物质泄漏的风险。虽然设计了屏蔽墙，操作过程中对人员的辐照还是不可避免的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有核电站中根据设计基准事故和严重事故设置两套安全壳消氢系统的问题，以及用于设计基准事故的移动式氢复合器所存在的缺点和不足，提供一种能够包络设计基准事故和严重事故的安全壳消氢设计方法，提高运行操作的安全性，并节约设备投资成本。
本发明的技术方案如下：一种用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，该方法采用2台安全级非能动氢复合器与若干台非安全级非能动氢复合器组合的形式，所述的2台安全级非能动氢复合器设置在布置方案中最高位置的非能动氢复合器当中；在设计基准事故下，仅需2台安全级非能动氢复合器能够启动进行消氢，在严重事故下，所有非能动氢复合器启动进行消氢。
进一步，如上所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其中，所述的安全级非能动氢复合器的分级如下：安全等级为LS级，规范等级为NA级，抗震等级为1F级，质保等级为Q2级。
进一步，如上所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其中，所述的非安全级非能动氢复合器的分级如下：安全等级为NC级，规范等级为NA级，抗震等级为1I级，质保等级为Q3级。
进一步，如上所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其中，对于60万千瓦压水堆核电站，在安全壳内+37m环形钢平台上的4台非能动氢复合器中，2台采用安全级非能动氢复合器，并且，所述的2台安全级非能动氢复合器相对布置，位置尽可能远；其余19台非安全级非能动氢复合器的布置方式为：稳压器泄压箱间3台，稳压器波动管间1台，稳压器间1台，主冷却剂泵间1台，蒸汽发生器间6台，安全壳环形区4台，安注箱间1台，安全壳+37m内环形钢平台2台。
进一步，如上所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其中，对于90万千瓦压水堆核电站，在安全壳穹顶+37.40m环形平台上的4台非能动氢复合器中，2台采用安全级非能动氢复合器，并且，所述的2台安全级非能动氢复合器相对布置，位置尽可能远；其余31台非安全级非能动氢复合器的布置方式为：稳压器泄压箱间2台，稳压器波动管间1台，稳压器隔间2台，压力容器顶盖间1台，蒸汽发生器间13台，电梯间1台，主泵间2台，反应堆厂房大厅+20.00m钢平台7台，安全壳穹顶+37.40m环形平台2台。
本发明的有益效果如下：
1)本发明满足设计基准事故消氢准则和严重事故消氢准则，满足安全要求；
2)采用非能动设备用于安全功能，避免能动设备发生故障的可能性，符合当前的安全设计理念；
3)在安全壳内实现消氢，不需要将事故后安全壳内的气体引出安全壳、进行处理后再返回安全壳，避免事故后安全壳旁通；
4)采用非能动消氢，不需要人员操作和干预，减轻操作员的负担，减少人因事故，避免操作人员受到辐照；
5)采用非能动消氢，不需要与其它系统或设施的接口，不需要设计运行操作的辐射防护屏蔽墙，简化系统设计；
6)采用非能动消氢，可以减少运行管理、维修、维护成本；
7)采用非能动消氢，通过提高两台非能动氢复合器的设计要求实现包络设计基准事故和严重事故消氢，而可以减少专门设置用于设计基准下消氢的装置，可以节约设备投资；
8)采用安全壳内非能动消氢，对全厂辐射防护有很大贡献。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
核电站LOCA事故后氢气产生速度缓慢，加之安全壳内各隔间相互连通，氢气流动扩散能力强，氢气快速向上部空间扩散。根据事故后氢气的行为，本发明的设计思想是将非能动氢复合器的布置方案中最高位置的其中两台设计为安全级设备，应对设计基准事故和严重事故；其它氢复合器采用非安全级设备，设计用于严重事故工况消氢。
安全级非能动氢复合器的分级如下：
安全等级：LS级
规范等级：NA级
抗震等级：1F级
质保等级：Q2级
其它非能动氢复合器的分级如下：
安全等级：NC级
规范等级：NA级
抗震等级：1I级
质保等级：Q3级
上述分级采用的是《法国压水堆核电站系统设计和建造规则》(RCC-P)，以及《法国压水堆核岛机械设计和建造规则》(RCC-M)，上述规则均为本领域公知并认可的设计规则。
安全级非能动氢复合器按照安全级要求进行鉴定并要求包络严重事故采购条件，应对设计基准事故和严重事故；其它非能动氢复合器满足严重事故的采购条件，用于严重事故工况。安全级非能动氢复合器以及非安全级非能动氢复合器的具体结构为本领域的公知技术。
只要氢气浓度达到氢气复合器的启动值，一台或者两台氢气复合器都能有效的降低安全壳内氢气的浓度到约0.6％的水平。当然，对于其他的非能动氢复合器，当安全壳内氢气浓度达到非能动氢复合器启动条件时，非能动氢复合器将自动复合氢气。当发生严重事故后，所有非能动氢复合器启动，可以将安全壳的平均氢气浓度有效地抑制在慢燃区的边缘。
实施例1，60万千瓦压水堆核电站适用方案
对于60万千瓦压水堆核电站，在安全壳+37m内环形钢平台上的4台非能动氢复合器中，2台采用安全级非能动氢复合器，并且，所述的2台安全级非能动氢复合器相对设置；其余19台非安全级非能动氢复合器的布置方式为：稳压器泄压箱间3台，稳压器波动管间1台，稳压器间1台，主冷却剂泵间1台，蒸汽发生器间6台，安全壳环形区4台，安注箱间1台，安全壳+37m内环形钢平台2台。具体布置方案如下表所示：
  设备安全等级   标高(m)   房间号(设备间)   数量   类型
  NC   +0.50   稳压器泄压箱间(R248/288)   1   XQ-FN/50
  NC   +5.15   稳压器泄压箱间(R348/388)   1   XQ-FN/50
  NC   +5.15   稳压器泄压箱间(R348/388)   1   XQ-FN/50
  NC   +8.50   稳压器波动管(R448/488)   1   XQ-FN/30
  NC   +17.20   稳压器间(R648/688)   1   XQ-FN/30
  NC   +17.20   1#主冷却剂泵间(R611/651)   1   XQ-FN/50
  NC   +5.15   1#蒸汽发生器间低(R312/352)   1   XQ-FN/30
  NC   +17.20   1#蒸汽发生器间中(R612/652)   1   XQ-FN/50
  NC   +32.00   1#蒸汽发生器间上(R712/752)   1   XQ-FN/50
  NC   +5.15   2#蒸汽发生器间低(R322/362)   1   XQ-FN/30
  NC   +17.20   2#蒸汽发生器间中(R622/662)   1   XQ-FN/50
  NC   +32.00   2#蒸汽发生器间上(R722/762)   1   XQ-FN/50
  NC   +5.15   安全壳环形区(R310/350)   1   XQ-FN/30
  NC   +8.50   安全壳环形区(R410/450)   1   XQ-FN/30
  NC   +5.15   安全壳环形区(R320/360)   1   XQ-FN/30
  NC   +8.50   安全壳环形区(R420/460)   1   XQ-FN/30
  NC   +8.00   安注箱间(R426/R466)   1   XQ-FN/30
  NC   +37.70   安全壳内环型钢平台(37m)   1   XQ-FN/50
  LS   +37.70   安全壳内环型钢平台(37m)   1   XQ-FN/50
  NC   +37.70   安全壳内环型钢平台(37m)   1   XQ-FN/50
  LS   +37.70   安全壳内环型钢平台(37m)   1   XQ-FN/50
实施例2，90万千瓦压水堆核电站适用方案
对于90万千瓦压水堆核电站，在安全壳穹顶+37.40m环形平台上的4台非能动氢复合器中，2台采用安全级非能动氢复合器，并且，所述的2台安全级非能动氢复合器相对设置；其余31台非安全级非能动氢复合器的布置方式为：稳压器泄压箱间2台，稳压器波动管间1台，稳压器隔间2台，压力容器顶盖间1台，蒸汽发生器间13台，电梯间1台，主泵间2台，反应堆厂房大厅+20.00m钢平台7台，安全壳穹顶+37.40m环形平台2台。具体布置方案如下表所示：
Figure BDA0000091388820000081
在上述两个实施例当中，设计中至少有两台安全级非能动氢复合器在设计基准事故情况下能够启动(实际上只要1台安全级非能动氢复合器消氢就可保证满足准则要求)，两台安全级(LS)非能动氢复合器用于设计基准事故下消氢；所有的非能动氢复合器，包括安全级非能动氢复合器和非安全级非能动氢复合器，用于严重事故下消氢。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其特征在于：该方法采用2台安全级非能动氢复合器与若干台非安全级非能动氢复合器组合的形式，所述的2台安全级非能动氢复合器设置在布置方案中最高位置的非能动氢复合器当中；在设计基准事故下，仅需2台安全级非能动氢复合器启动进行消氢，在严重事故下，所有非能动氢复合器启动进行消氢。
2.如权利要求1所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其特征在于：所述的安全级非能动氢复合器的分级如下：安全等级为LS级，规范等级为NA级，抗震等级为1F级，质保等级为Q 2级。
3.如权利要求1所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其特征在于：所述的非安全级非能动氢复合器的分级如下：安全等级为NC级，规范等级为NA级，抗震等级为1I级，质保等级为Q 3级。
4.如权利要求1或2或3所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其特征在于：对于60万千瓦压水堆核电站，在安全壳内+37m环形钢平台上的4台非能动氢复合器中，2台采用安全级非能动氢复合器，并且，所述的2台安全级非能动氢复合器相对布置；其余19台非安全级非能动氢复合器的布置方式为：稳压器泄压箱间3台，稳压器波动管1台，稳压器间1台，主冷却剂泵间1台，蒸汽发生器间6台，安全壳环形区4台，安注箱间1台，安全壳+37m内环形钢平台2台。
5.如权利要求1或2或3所述的用于核电站设计基准事故和严重事故下安全壳消氢的设计方法，其特征在于：对于90万千瓦压水堆核电站，在安全壳穹顶+37.40m环形平台上的4台非能动氢复合器中，2台采用安全级非能动氢复合器，并且，所述的2台安全级非能动氢复合器相对设置；其余31台非安全级非能动氢复合器的布置方式为：稳压器泄压箱间2台，稳压器波动管间1台，稳压器隔间2台，压力容器顶盖间1台，蒸汽发生器间13台，电梯间1台，主泵间2台，反应堆厂房大厅+20.00m钢平台7台，安全壳穹顶+37.40m环形平台2台。
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