CN102881340B - 一种能动与非能动相结合的应急停堆系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于反应堆设计技术，具体涉及一种能动与非能动相结合的应急停堆系统及方法。该系统包括控制棒应急停堆子系统和应急硼注入子系统。控制棒应急停堆子系统的停堆断路器与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的紧急停堆信号并实现控制棒下落；应急硼注入子系统包括浓硼储罐和注入管线上的注入泵，浓硼储罐通过注入管线连接反应堆压力容器及堆芯，注入泵控制系统与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的未能实现紧急停堆信号或堆芯中子通量高信号并将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯。本发明增强了事故情况下反应堆应急停堆系统的可靠性，提高了反应堆的安全性。

Description

一种能动与非能动相结合的应急停堆系统及方法
技术领域
本发明属于反应堆设计技术，具体涉及一种能动与非能动相结合的应急停堆系统及方法。
背景技术
在核电站事故情况下，实现应急停堆是保护反应堆安全的重要前提。对于传统压水堆设计来说，应急停堆的主要实现途径是向堆芯中插入由中子毒物组成的控制棒使反应堆立刻进入次临界状态。这种依靠控制棒实现紧急停堆的过程是：反应堆保护系统进行逻辑运算，产生反应堆紧急停堆驱动信号，紧急停堆驱动信号使停堆断路器线圈失电，停堆断路器打开，棒电源失电，控制棒下落，反应堆停堆。这种应急停堆方法存在控制棒不能下插导致反应堆不能紧急停堆的潜在可能性。
当发生丧失正常给水和丧失厂外电源而未能紧急停堆这样最不利事故时，需要启动辅助给水系统并且由事故缓解系统使汽轮机停机才能保证反应堆安全，而这两个条件不能确保实现。也就是说，传统设计中应急停堆手段相对单一无法确保反应堆安全，需要利用不同机理的停堆手段以实现反应堆安全停闭。
压水堆核电站的反应性控制中包括化学容积控制系统，通过向冷却剂中添加硼酸调节一回路水的硼浓度，从而对反应性进行调节。目前，传统的化学容积控制系统无法及时提供应急硼注入，也无法实现高浓度硼酸的注入，因此，其只能作为反应堆功率调节的手段，并不能作为一种应急停堆的手段。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种能动与非能动相结合的应急停堆系统及方法，增强事故情况下反应堆应急停堆系统的可靠性，提高反应堆的安全性。
本发明的技术方案如下：一种能动与非能动相结合的应急停堆系统，包括控制棒应急停堆子系统，控制棒应急停堆子系统的停堆断路器与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的紧急停堆信号并实现控制棒下落；还包括应急硼注入子系统，应急硼注入子系统包括浓硼储罐，浓硼储罐通过注入管线连接反应堆压力容器及堆芯，注入管线上设有注入泵，注入泵与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的未能实现紧急停堆事故保护信号或堆芯中子通量高信号并将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯。
进一步，如上所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其中，在所述的浓硼储罐内设有用于保证溶液温度不低于硼结晶温度的电加热元件。
进一步，如上所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其中，所述的注入管线一端连接浓硼储罐底部，另一端与反应堆安注系统冷段的注入管道相连接。
进一步，如上所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其中，所述的应急硼注入系统包括两个独立的系列，每个系列单独设有一个浓硼储罐和一条注入管线，每个系列的浓硼容量均满足100%注入能力。
进一步，如上所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其中，所述的浓硼储罐与反应堆硼和水补给系统相连接。
进一步，如上所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其中，所述的浓硼储罐中硼溶液的浓度为7000-9000ppm，硼注箱所在房间的环境温度高于9000ppm硼酸溶液结晶温度限值。
一种能动与非能动相结合的应急停堆方法，在事故情况下，反应堆保护系统向控制棒应急停堆子系统的停堆断路器发出反应堆紧急停堆信号，紧急停堆信号使停堆断路器线圈失电，停堆断路器打开，控制棒电源失电，控制棒下落；当控制棒下落失效时，反应堆保护系统向应急硼注入子系统发出未能实现紧急停堆事故保护信号或堆芯中子通量高信号，应急硼注入系统接收到信号后启动注入泵，将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯，实现应急停堆。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种能动与非能动相结合的应急停堆系统和方法，当事故情况发生，需要紧急停堆时，既可以依靠控制棒自身重力非能动的下插实现紧急停堆，又可以在非能动手段失效时通过能动手段注入浓硼酸溶液使反应堆紧急停闭，极大地提高了反应堆的安全性。
附图说明
图1为本发明的系统组成及控制逻辑示意图。
图中，1.反应堆压力容器及堆芯2.蒸汽发生器3.稳压器4.主泵5.控制棒驱动系统6.停堆断路器7.应急硼注入系统8.浓硼储罐9.电加热元件10.注入泵11.注入管线12.安全壳
具体实施方式
能动与非能动相结合的应急停堆系统是在二代改进型核电厂安全系统的成熟设计思路和风险指引的设计手段的基础上，在优化原有的控制棒断电后依靠重力下插的应急停堆手段之外，增加应急硼注入系统作为能动的应急停堆手段。该种配置属于能动与非能动相结合的安全措施，既可以通过非能动的控制棒落棒实现反应堆停闭，也可以通过能动的应急硼注入实现反应堆安全停闭，使应急停堆手段具有冗余性和多样性，从而提高了反应堆安全性。
本发明所提供的能动与非能动相结合的应急停堆系统，包括控制棒应急停堆子系统和应急硼注入子系统，控制棒应急停堆子系统的停堆断路器与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的紧急停堆信号并实现控制棒下落；应急硼注入系统包括浓硼储罐，在所述的浓硼储罐内设有用于保证溶液温度不低于硼结晶温度的电加热元件，浓硼储罐通过注入管线连接反应堆压力容器及堆芯，注入管线一端连接浓硼储罐底部，另一端与反应堆安注系统冷段的注入管道相连接，注入管线上设有注入泵，注入泵与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的未能实现紧急停堆事故保护信号或堆芯中子通量高信号并将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯。所述的浓硼储罐与反应堆硼和水补给系统相连接。
上述系统所采用的能动与非能动相结合的应急停堆方法如下：在事故情况下，反应堆保护系统向控制棒应急停堆子系统的停堆断路器发出反应堆紧急停堆信号，紧急停堆信号使停堆断路器线圈失电，停堆断路器打开，控制棒电源失电，控制棒下落；当控制棒下落失效时，反应堆保护系统向应急硼注入系统发出未能实现紧急停堆事故保护信号或堆芯中子通量高信号，应急硼注入系统接收到信号后启动注入泵，将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯，实现应急停堆。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例
如图1所示，用于核电站的常规压水堆包括反应堆压力容器及堆芯1、蒸汽发生器2、稳压器3、主泵4，控制棒应急停堆子系统5，另外，核电厂设计有反应堆保护系统，由相关的测量仪表和控制系统等组成。在发生事故时，反应堆保护系统进行逻辑运算，发出反应堆紧急停堆驱动信号（自动停堆信号或手动停堆信号），触发反应堆应急停堆系统中的控制棒驱动系统5。紧急停堆驱动信号使控制棒应急停堆子系统5中的停堆断路器6线圈失电，停堆断路器6打开，控制棒电源失电，控制棒下落，反应堆停堆。另外，如果控制棒下插失败，通过监测反应堆中子注量等参数，确认控制棒未能实现应急停堆（ATWS），反应堆保护系统向应急硼注入系统发出未能实现紧急停堆信号（ATWS信号）或堆芯中子通量高信号，从而启动应急硼注入系统7。
在本实施例中，应急硼注入子系统7设置了两个独立的系列，每个系列的容量为100%注入能力。每个系列单独包括一个浓硼储罐8，在浓硼储罐8内设有用于保证溶液温度不低于硼结晶温度的电加热元件9，浓硼储罐8通过注入管线11连接反应堆压力容器及堆芯，注入管线11一端连接浓硼储罐8的底部，另一端与反应堆安注系统冷段的注入管道相连接，注入管线11上设有注入泵10。浓硼储罐8与反应堆硼和水补给系统相连接。两个系列的两条硼注入管线在进入安全壳12后合并成一条注入母管，然后可再分为三条注入管线通过安注系统冷段的注入管道连接至反应堆冷却剂系统的三个冷管段。当然，这种连接方式只是作为一种实施例提出，本领域的技术人员完全可以采用其它管线连接方式将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯。
应急硼注入子系统可以自动启动，也可以手动启动，将浓硼储罐内的浓硼溶液注入到反应堆一回路。在控制棒下插失败时，应急硼注入系统收到ATWS信号，将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯，实现应急停堆。另外，在主蒸汽管道断裂等事故工况下，为了保证停堆深度，防止反应堆重返临界，在插入控制棒后，根据反应堆保护信号同时启动应急硼注入系统，确保反应堆保持在安全停闭状态。
在核电站正常运行期间，控制棒组处于正常位置，应急硼注入泵处于备用状态；紧急停堆信号产生后，控制棒下插紧急停堆，如果控制棒下插失效将产生ATWS信号或堆芯中子通量高信号从而启动应急硼注入泵从浓硼储罐吸水，硼注入泵有足够的压头确保在任何一回路压力下向堆芯注入硼酸溶液，从而实现反应堆安全停堆。
另外，本发明还可以设置硼酸再循环管线用以定期循环浓硼储罐内的硼酸溶液，浓硼储罐上可设置用于补水和补充硼酸溶液的管线及阀门。
本发明为反应堆的应急停堆提供了两条途径，并且两种方式相互结合，共同发挥作用，从总体上大大提高了应急停堆实现的可靠性，从而提高了反应堆的安全性。
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 (7)

1.一种能动与非能动相结合的应急停堆系统，包括控制棒应急停堆子系统（5），控制棒应急停堆子系统（5）的停堆断路器（6）与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的紧急停堆信号并实现控制棒下落；其特征在于：还包括应急硼注入子系统（7），应急硼注入子系统（7）包括浓硼储罐（8），浓硼储罐（8）通过注入管线（11）连接反应堆压力容器及堆芯（1），注入管线（11）上设有注入泵（10），注入泵（10）与反应堆保护系统相连接，接收反应堆保护系统发出的未能实现紧急停堆信号或堆芯中子通量高信号并将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯。
2.如权利要求1所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其特征在于：在所述的浓硼储罐（8）内设有用于保证溶液温度不低于硼结晶温度的电加热元件（9）。
3.如权利要求1或2所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其特征在于：所述的注入管线（11）一端连接浓硼储罐（8）底部，另一端与反应堆安注系统冷段的注入管道相连接。
4.如权利要求1或2所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其特征在于：所述的应急硼注入系统（7）包括两个独立的系列，每个系列单独设有一个浓硼储罐（8）和一条注入管线（11），每个系列的浓硼容量均满足100%注入能力。
5.如权利要求4所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其特征在于：所述的浓硼储罐（8）与反应堆硼和水补给系统相连接。
6.如权利要求1或2所述的能动与非能动相结合的应急停堆系统，其特征在于：所述的浓硼储罐中硼溶液的浓度为7000-9000ppm，硼注箱所在房间的环境温度高于9000ppm硼酸溶液结晶温度限值。
7.一种能动与非能动相结合的应急停堆方法，其特征在于：在事故情况下，反应堆保护系统向控制棒应急停堆子系统的停堆断路器发出反应堆紧急停堆驱动信号，紧急停堆驱动信号使停堆断路器线圈失电，停堆断路器打开，控制棒电源失电，控制棒下落；当控制棒下落失效时，反应堆保护系统向应急硼注入子系统发出未能实现紧急停堆事故保护信号或堆芯中子通量高信号，应急硼注入子系统接收到信号后启动注入泵，将浓硼注入反应堆压力容器及堆芯，实现应急停堆。
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