CN1032259A - 防止压水核反应堆紧急停堆装置失灵的保护方法 - Google Patents

Abstract

在反应堆二次冷却回路(12，19，13，15，16，2)的 事故阻碍对两个回路共有的蒸汽发生器(2)一次回路 (1，2，3，4，5)的供水进行冷却的情况下，发出紧急停 堆指令，以使控制棒和制动棒(A)插入反应堆堆芯中 (1C)。根据本发明，如果这个指令未被执行，且反应 堆保持高功率水平，则发出指令关闭一次水泵(3)。 这样堆芯水温的迅速增加，很快使核反应减慢，以避 免压强过大，而损坏一次回路。本发明特别适用于核 电站。

Description

本发明涉及压水核反应堆的安全措施，特别是在由于一个事故，首先使所测的核锅炉参数，达到了应当发出紧急停堆指令的数值，其次所述指令并没有被执行的情况下，保护反应堆的方法。所述事故，特别是指蒸汽发生器供水减少。

我们先回顾一下已有技术的反应堆及其安全措施。

核锅炉一般包括一个压水堆，一个或数个蒸汽发生器，及一个或数个一次水循环泵。每一个蒸汽发生器与一个或数个泵，以及相互连接的管路构成一次回路。

一个被称为“压水器”的封闭室间与一个一次回路相连，并在通常的操作中，用来使一次回路保持基本上恒定的压强，特别是在负载瞬变时。通常打开阀门放掉蒸汽、或喷入水，或通过一个置于压水器内底部的电热元件，来加热压水器的液体部分，以保持一次回路的压强，根据核锅炉的运转情况、可用这些方法来降低或升高压强。

将水送入蒸汽发生器的第二部分，使其通过与一次回路中的水进行热交换变成蒸汽。这些蒸汽驱动一个与一个发电相联的汽轮机，由此向电网供电。

在由于某种原因使供水损失的事件中，保护系统发出一个反应堆紧急停堆指令。该指令包括切断固定控制棒组装置的供电。这样这些控制棒与在通常运转下，完全抽出的所谓“制动棒”组一起完全进入到堆芯中去。

尽管不太可能，但仍必须考虑，在不正常运行的瞬变状态，反应堆紧急停堆指令已经发出，但未执行的可能性。这种情况在本领域中称为“瞬变过程中紧急停堆失灵”。在蒸汽发生器入口供水流量损失的情况下，必须发出紧急停堆指令。但是如果在这种情况下，尽管已经发出指令，但紧急停堆并未实现，这时一次回路，就不能正常地冷却。在此情况下，一次回路的温度，以及随之的压强都会较大地提高。压强不仅会超过安全阀的额定压强，而且甚至在安全阀完全打开时，也会超过一次回路的测试压强。于是存在一次回路破裂的主要危险，即三个封闭层的一个破损的危险，其中第一层是在其中含有燃料的封套，第二层是一次回路，第三层是反应堆封闭外壳。

许多已知的方法，可避免一次回路破损的可能性。

根据法国专利申请2349922，在供水泵停机的情况下，辅助装置发出指令，将控制棒的某几组插入，由此减小反应堆的功率，而不必发出紧急停堆指令，从而保留在供水泵重新开动后，尽快提高反应堆功率的可能性。

根据欧洲专利0185455，独立于防护系统的装置，在供水流速小于一个予定阀值时，发出一个补充的指令。其结果是，如果出于某种原因紧急停堆指令没有发出堆话，独立装置发出插入控制棒的指令，从而限制中子产生率，以避免在一次回路中超压强。

在法国专利申请中，所述方法是在事故发生时减小反应堆功率，从而避免了可能超压的缺陷，并能迅速地恢复到正常的功率水平。

在欧洲专利申请0185455中，所述方法假定已满足紧急停堆条件，但紧急停堆指令并未由防护装置发出。但该申请並没有提到，紧急停堆指令确实已由所述装置发出，而指令没有起作用的情况。

为了防止超压强，还曾建议增大安在一次回路上阀门的排放容量，或增加应急供水的容量。

通过关闭气轮机，部分关闭蒸汽旁路管道，及关闭蒸汽发生器清水阀，也可减慢蒸汽发生器的干涸。

这些已知的方法，较大地增加了锅炉结构的额外费用。

除供水损失之外，其他事故也需要紧急停堆，且如果相应的紧急停堆指令没有发出，或没有执行，也会变得很危险。因此这种供水损失或这些其它的事故，构成了危险性事故。

本发明的目的，就是在上述危险性事故发生时，保持封闭层的完好性，同时避免安全管路，特别是安全阀和用于蒸汽发生器的应急供水系统的过度超大尺寸。

为此，本发明提供一种保护压水核反应堆，以防止其紧急停堆装置失灵的方法，被保护的反应堆包括：

在其中发生核反应的堆芯;

适于插入所述堆芯的控制棒和/或制动棒;

响应一个紧急停堆指令，通过使所述棒插入所述堆芯以停止所述核反应的紧急停堆装置;

一个通过由至少一个一次水泵，在一定压强下驱动的一次水，来冷却所述堆芯的一次冷却回路;

所述方法包括下列步骤：

检测可能的危险性事故，它开始还使反应堆一次冷却回路完好无损，但存在着危险，经过一段时间引起所述回路中的温度和压强升高到危险值以后可能会损坏它;

当检测到这种事故时，发出紧急停堆指令;

所述方法的特征在于，在发出紧急停堆指令以后，还包括以下步骤：

监测所述紧急停堆信号执行情况，並在所述指令未被执行时，发出一个紧急停堆失灵信号;

响应所述失灵信号，关闭一次水泵，由此在堆芯中水温迅速而有限的升高，使核反应很快减慢，以避免经过一段时间后温度达到危险值。

本发明特别地，但并不唯一地提供一种可应用于进一步包括，至少一个具有流过其中的一次水，并接收一个二次回路的供水，以冷却所述一次水的蒸汽发生器的，反应堆的方法。

该方法包括监测所述供水的流速;

在检测到所述流速危险性地减小的情况下，检测危险性事故。

按照本发明的方法，可通过由加热一次水，获得的已知的减速剂效果，来使反应堆的核功率非常迅速地减小。已经发现这种效果适用于，迅速引起核反应的减慢，从而在蒸汽发生器完全干涸以前，减小反应堆功率。为了得到这种结果，在反应堆堆芯的加热，必须足够迅速地进行，这可通过中止一次水的循环来实现。

最好，在供水流速危险地减小，已经导致发出了紧急停堆指令，在所述指令出现后，经过一段予定时间，同时出现失灵信号时，关闭所述一次水泵。

所述信号表示，核反应堆的功率，在经过一段予定时间后，大于一个预定的阀值。

参照附图可更好地理解本发明。其中：

图1是核电站的略图;

图2A、2B和2C分别是使用已有技术的方法时，压强、核功率，和从蒸汽发生器中获得功率的时间函数曲线;

图3A、3B和3C分别是在使用本发明方法时，压强、核功率和从蒸汽发生器获得功率的相应的时间函数曲线;

图4是本发明中，关闭一次水泵的装置示意图。

图1是核电站的略图，它包括两个主要部分：蒸汽发生锅炉和所谓的“常规”部分。

蒸汽发生锅炉，包括由堆芯1C，控制棒或制动棒1A和用来将所述棒插入堆芯的紧急停堆装置1B所构成的反应堆。反应堆与一个或数个，各由一个蒸汽发生器2，一个一次水循环泵3和与之相连的管路4构成的，回路相连接。压水器5接到一个回路上。为便于理解，图1只示出了一个回路，即与压水器相连的回路。

压水器的主要作用是，保持一次回路中的工作压强。

可通过管道6将水喷注到压水器中，或通过打开排放阀7，以防止压强升高，或者通过安在压水器底部5A的电热丝加热压水器内的液体，以防止压强下降来保持工作压强。安全阀8安在压水器上。从排放阀7和安全阀8流出的一次水，由排水箱9收集。所有上述锅炉构件组装在图1中10所示的封闭外壳内。

常规部分，大部分位于封闭外壳之中。蒸汽发生器的供水入口11，和蒸汽出口12，由穿过密封的封闭外壳的管路通到外面。

常规部分包括一个，与向电网供电的发电机14相连的汽轮机B。从汽轮机B出来的蒸汽，通过一个凝结器15。从凝结器重新得到的供水，由泵16重新注入蒸汽发生器的入口11。一个应急供水箱17，用来通过泵18向蒸汽发生器注水。如果存在供水流速低的信号，同时反应堆的功率大于设定值，例如比额定功率大30%的话，应急供水就注入蒸汽发生器。

应急供水的基本作用是，持续进行蒸汽发生器内的热交换，由此从反应堆一次回路中，持续吸收热量。

在供水流速落到一个予定阀值以下时，可采取各种措施，如，关闭汽轮机，如上所述开始注入应急供水，部分打开蒸汽回路以旁路汽轮机，停止蒸汽发生器的驱汽，释放反应堆紧急停堆指令。

通过关闭汽轮机进汽阀19使其停机，并打开阀门20使蒸汽旁路。为便于理解，图1中只示出一个阀门。

蒸汽发生器是通过其中第二部分的管道21驱汽的。这些管道的作用是放水，从而可监测供水的成分，并可核实一次回路与二次回路没有直接相连。

反应堆紧急停堆指令，一般应使所有控制棒落下并处于完全插入状态。

安全当局，特别是“美国核协会”规定了，在运行瞬变过程中，可能发生的事故类型。这些事故之一是蒸汽发生器供水减少，而随后没有产生紧急停堆。在这种情况下，当控制棒组，由于电路原因（如紧急停堆开关未响应所收到的指令），或由于机械原因（如某种障碍物，妨碍了控制棒或制动棒组落下）而未能完全插入时，会造成极大的麻烦。

现在参照图2可以清楚，在供水中断而紧急停堆指令未被执行的情况下，所产生的现象。如图，在供水中断时，通过关闭汽轮机进汽阀使其停机。

其结果是，从蒸汽发生器出来的蒸汽，流速在约20秒的时间内骤然下降，如图2C中的曲线2C₁所示。这种从蒸汽发生器输出功率的下降，对应于不再被冷却的反应堆一次回路温度的升高。已知随着这种温度的升高，压强会增大，如图2A中曲线2a₁所示。

一次回路中水温的升高起到减速剂的效果，即起到减小反应性的效果，从而减小堆芯测得的核功率。

这种核功率的减小，由图2B中曲线2b₁所示，并对应于图2A和2C的第一部分。

通到凝结器的蒸汽旁路回路，部分开启约20秒。从蒸汽发生器输出的功率略有增加（曲线2c2），从而稍微减小了一次回路的温度和压强（曲线2a2）。

由于蒸汽发生器不再供水，从中输出的功率，在应急供水装置工作以前，很快就开始缓慢下降（曲线2c3），并随后迅速下降（曲线2c4），直到蒸汽发生器干涸。

温度和压强迅速增加。温度的迅速增高，使核功率以同样的速度减小，以达到接近于最小值（曲线2b3）。很不幸，温度的增加伴随着压强同样迅速地增加（曲线2a3）。此压强不仅迅速超过，使安全阀开启的设定压强（约定为170巴），而且还会超过一次回路很可能损坏的数值255巴，还可能升到285巴左右。

很明显，这种情况对于保持一次回路的完好来说是很危险的。

图3表示出采用本发明时，在同样情况下，相同变量变化曲线。

供水一中断，从蒸汽发生器输出的功率，马上迅速下降（曲线3c₁）。因此其温度，压强都上升（曲线3a1）。在图3A、3B和3C中，可以看出，在20秒内所考虑的参考数值缓慢的变化，随后较迅速地变化。按照本发明，一旦发现供水减少同时反应堆功率高于予定阀值，就发出一个指令，关闭用来循环一次水的循环泵3。

这个关闭指令不是立刻就起作用。电动泵结构的惯性，使其维持转动一段时间，但其转速迅速减小。

关闭汽轮机和关闭泵的共同作用，使得从蒸汽发生器输出的热量，比已有技术的方法更加迅速地减小。

压强和温度都显著地增大。由于一次水不再循环，反应堆内的温度更加迅速地增加。曲线3b₁表示反应堆功率的迅速下降，它不包括，在事故后20秒内，部分打开用来将蒸汽从汽轮机旁路的，旁路管道时，反应堆功率恢复水平的情况。这样压强升到大于安全阀设定压强的第一个峰值，然后在没有达到一次回路强度极限时，开始下降。

在120秒以后，应急供水泵18开动，从而减慢了从蒸汽发生器2输出的功率下降的速度。结果使一次回路的温度减小，这导致核功率略有上升，由此温度上升，压强升至190巴。

由于温度上升，其减速剂效果，使核功率降到接近于5%。

对比图2和图3的曲线，可以看出一旦发现供水出问题，立刻在零时刻关闭一次水泵，导至核功率比以前的情况（曲线2b）更快地下降（曲线3b）。在本发明的方法中，出现的第二个压强峰值3a₂，在160秒，堆芯功率为其额定值35%左右（曲线3b）时出现。而对比一下，在已有技术方法中，第二个压强峰值是在80秒，堆芯功率接近80%出现的。可明显看出，迅速关闭一次水泵，使得可以在减速剂的效果下，更快地减小核功率，由此减小一次回路中的温度和压强，使实际达到的压强，对于保持一次回路的完好来说不是危险的。

除了关闭一次水泵3之外，在一次回路中加入硼酸，以助于使反应堆处于安全状态。硼酸的加入是通过寻常设置的，用于监测容量和化学成分的管道，采用普通方式来进行的。

图2和图3的曲线，对应于事故发生时刻，反应堆功率为150%的数值。尽管如此，本发明也适用于较低功率的情况。但在某个功率阀值以下，供水流速很低并可能达到极小的阀值。这样，就不应该实施上述各种保护措施。图4是按照本发明，防止在不必要的情况下，实施这些措施的一个装置框图。

系统50测量反应堆1的核功率，并在功率大于一个予定阀值（例如额定功率的30%）时，给出一个具有二进制逻辑值1的信号。系统52测量由水泵16供给并流过蒸汽发生器2的，所谓“正常”供水流速。它用来产生第一个紧急停堆信号，与在56处由其它物理量产生的，其它信号一起，加到装置1B的53处。它在流速低于上述最小阀值时，通过一个延时电路55，给出一个具有逻辑值1的信号。这两个信号被“与”门54所接收，当收到的两个信号都为逻辑值1，产生采取下列措施的指令：

关闭一次水泵;

打开应急供水泵18;

接通包括阀门20在内的一部分（未示出）蒸汽旁路管道;

停止蒸汽发生器2的驱汽;

向装置1B发出一个重复的紧急停堆指令。

Claims (4)

1、一种防止压水核反应堆紧急停堆失灵的保护方法，被保护的反应堆包括：

a.其中发生核反应的堆芯(1C)，

b.适于插入所述堆芯的控制棒和/或制动棒(1A)，

c.按照紧急停堆指令，通过将所述棒插入堆芯中，以中止核反应的紧急停堆装置(1B)，

d.以及采用由至少一个一次水泵(3)，压入的一次水来冷却所述堆芯的一次冷却回路(1，2，3，4，5)，

所述方法包括下列步骤：

a检测可能的危险性事故(在52)，开始它保持反应堆一次冷却回路的完好，但是存在危险，在经过一段时间后，会使回路中的温度和压强升到可损害它的危险数值，

b在检测到这种事故时，产生一个紧急停堆指令，

所述方法的特征在于，在产生这个紧急停堆指令后，还包括下列步骤：

c.监测所述紧急停堆指令的执行情况，并在所述没有执行时，产生一个紧急停堆失灵信号，

d.响应所述失灵信号，关闭所述一次水泵(3)，由此在堆芯(1c)中，水温的迅速而有限的升高很快减慢了核反应，从而避免了在一段时间后，所述温度达到危险值。

2、按照权利要求1的方法，所述方法可用于一个进一步包括有一次水流过其中，并从二次回路接收供水，以冷却所述一次水的至少一个蒸汽发生器（2）的反应堆中，其特征在于监测所述供水的流速以及检测在所述流速危险性地减小的情况下，的危险性事故。

3、按照权利要求2的方法，其特征在于，当供水流速危险性地减小，导致出现一个紧急停堆指令时，将一次水泵（3），从所述指令出现时起，关闭一段予定的时间，同时出现所述失灵信号（在50处），和所述信号表示在一段予定时间后核反应堆的功率大于一个予定的阀值。

4、按照权利要求3的方法，其特征在于所述一次水泵（3）的关闭，伴随着一个可使所述棒（1A）插入堆芯（1C）的重复的紧急停堆指令，以中止核反应。