CN103578582B - 通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统 - Google Patents

Abstract

一种通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，该混合型安全注入箱系统具有核反应堆紧急堆芯冷却系统的低压安全注入箱和高压堆芯注水箱的功能，并且在该混合型安全注入箱系统中，取代了安装在常规混合型安全注入箱系统中并且需要使用用于预防核电站断电的附加专用电池的电动阀或气动阀，被构造成能够响应于压力差被自动地操作的安全阀安装在能够实现低压安全注入箱与高压加压器之间的压力的平衡压力平衡管上，并且该混合型安全注入箱系统不使用电力，从而即使在发生核电站断电的情况下仍实现了有效的操作并且降低了堆芯损毁的可能性。

Description

通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统

技术领域

本发明总体上涉及一种混合型安全注入箱系统，该混合型安全注入箱系统具有核反应堆紧急堆芯冷却系统的低压安全注入箱和高压堆芯补水箱的功能，并且更特别地，本发明涉及一种通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，该混合型安全注入箱系统通过使用下述安全阀进行操作：该安全阀构造成使得当使用加压器的高压蒸汽对处于低压状态的混合型安全注入箱进行加压时，该安全阀能够在不使用电力(除了常规的电动隔离阀)的情况下响应于压力差而自动地打开，从而实现了有效的操作，即使在核电站断电的情况下亦是如此，并降低了堆芯毁坏的可能性。

背景技术

一般地，用于核电站的安全注入系统用于在发生核反应堆的冷却剂缺失事故(LOCA)的情况下为堆芯提供冷却水，使得能够从堆芯移除剩余热并且保持堆芯的几何形状，从而实现堆芯的长期冷却。此外，安全注入系统被构造成使得当发生大规模的冷却剂缺失情况时，充足的紧急堆芯冷却水通过安全注入箱(或蓄压器)供给，直到再注满阶段为止，并且冷却水在再淹没阶段中通过低压安全注入泵供给。

此外，核反应堆紧急堆芯冷却系统的常规安全注入箱系统的示例为在图1中示出并且在美国专利No.5,268,943中和在“核工程与设计”(“NuclearEngineeringandDesign”)Vol.186，第279至301页中公开的AP600堆芯补水箱(CMT)，或为由CARR(CenterforAdvancedReactorResearch(先进反应堆研究中心))研发的并且在NUREG-IA-0134中公开的CARR(CP1300)堆芯补水箱。

更详细地描述，AP600堆芯补水箱以及CARR(CP1300)堆芯补水箱利用要在核反应堆具有高压意外事故的情况下应用到核反应堆补水的高压反应堆冷却系统(RCS)或加压器的压力进行加压，并且当核反应堆具有低压意外事故时，安全注入箱被应用到紧急堆芯冷却水注入中。然而，这种构型具有下述缺点：当核反应堆具有低压意外事故时，与核反应堆安全所需的能力相比，仅堆芯补水箱的注入能力是不够的。相反，当核反应堆系统具有高压意外事故时，由于反压力，不能将低压安全注入箱的紧急堆芯冷却水注入到核反应堆系统中。

为了解决这些问题，例如，在韩国专利No.10-1071415(在2011年9月30日注册)中公开的“用于处理SBO和LOCA的被动高压安全注入箱系统”中发现的，已经提出了分别在低压和高压情况下可操作的混合型安全注入箱，如图2所示。在该安全注入箱系统中，常规低压安全注入箱(SIT)的功能和常规高压堆芯补水箱(CMT)的功能相互结合成一体。而且，在用于实现该安全注入系统的低压安全注入箱与高压加压器之间的压力平衡的压力平衡管上安装了电动阀或气动阀，使得该阀可以在必要时使用。由于电动阀或气动阀，必须需要在该安全注入箱系统中安装附加的专用电池，从而保证在发生核电站断电的情况下操作至少36小时至72小时或更久。

然而，在韩国专利No.10-1071415中公开的安全注入箱系统的问题在于，除了箱系统应当使用保证即使在频繁使用的环境中也能在较长时间段内进行效操作的附加专用电池的第一不便性之外，应当一直对电池进行维护和控制使得其处于可用状态并且可以预防意外的紧急情况，因此带来了第二不便利之处。

而且，为了防止核反应堆系统的不正确操作并且确保在发生紧急情况时的可靠操作，优选的是核反应堆系统被构造成在不需要由单独的电源或气动装置驱动的完全被动状态下操作。特别地，在2011年发生在日本的福岛第一核电站事故之后，已经强调了对即使在发生核电站断电的情况下仍能进行操作的被动安全系统的需要和重要性。

因此，为了解决在现有技术中所经历的问题，优选的是提供下述混合型安全注入箱系统：该混合型安全注入箱系统具有低压安全注入箱的功能和高压堆芯补水箱的功能，并且在该混合型安全注入箱系统中，安全阀可以在不使用电力及压缩气体的情况下响应于压力差而自动地打开或关闭，因此，安全阀可以即使在核电站断电期间也能可靠地并且有效地操作。然而，迄今还没有提出或提供可以满足上述要求的装置或方法。

相关技术文献

(专利文献1)美国专利No.5,268,943；和

(专利文献2)韩国专利No.10-1071415(注册日期：2011年9月30日)。

发明内容

因此，本发明已经铭记出现在现有技术中的以上问题，并且根本发明意在提出一种混合型安全注入箱系统，该混合型安全注入箱系统具有低压安全注入箱的功能和高压堆芯注水箱的功能，并且，在该混合型安全注入箱系统中，除了常规混合型安全注入箱系统的电动压力平衡管隔离阀之外，使用了可以在不使用电力或压缩气体的情况下响应于压力差而自动地打开或关闭的安全阀，因此该安全阀可以即使在发生核电站断电的情况下依然可靠地并且有效地操作。

为了实现以上目标，根据本发明的一方面，提供了通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，该混合型安全注入箱系统包括：紧急堆芯冷却水安全注入箱(SIT)，该紧急堆芯冷却水安全注入箱(SIT)充有冷却水和氮气，用于冷却核反应堆系统；加压器，该加压器用于将高压蒸汽供给至安全注入箱；压力平衡管，该压力平衡管将安全注入箱连接至加压器，从而实现安全注入箱与加压器之间的压力平衡；压力平衡管隔离阀，该压力平衡管隔离阀安装在压力平衡管上从而使安全注入箱与加压器隔离；压力平衡管止回阀，该压力平衡管止回阀以与压力平衡管隔离阀串联的方式安装在压力平衡管上，从而防止从安全注入箱向加压器的回流；以及安全阀，该安全阀以既与压力平衡管隔离阀并联和与压力平衡管止回阀并联的方式安装在压力平衡管上从而使安全注入箱与加压器隔离。

该混合型安全注入箱系统可以还包括：紧急堆芯冷却水注入管，该紧急堆芯冷却水注入管将安全注入箱连接至核反应堆系统；安全注入箱(SIT)隔离阀，该安全注入箱(SIT)隔离阀安装在紧急堆芯冷却水注入管上以便使安全注入箱与核反应堆系统隔离；以及冷却水止回阀，该冷却水止回阀以与安全注入箱隔离阀串联的方式安装在冷却水注入管上，以便防止从核反应堆系统向安全注入箱的回流。

在该混合型安全注入箱系统中，该安全阀可以是以下述方式构造的阀：即，该阀构造成使得安全阀响应于压力差而自动地打开或关闭使得即使在发生核电站断电的情况下仍能够被操作。

此外，该安全阀构造成使得该安全阀在安全注入箱与加压器之间的压力差超过预定参考值时打开。

此外，压力平衡管隔离阀和安全注入箱隔离阀中的每一个可以为能够通过先导阀(pilot)的远程操纵或通过核反应堆控制系统的控制信号而打开或关闭的阀。

此外，压力平衡管隔离阀和安全注入箱隔离阀中的每一个可以为电动阀或能够通过先导阀打开或关闭的POSRV(先导式安全卸压阀)。

如上所述，在根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统中，安装至加压器的安全阀被连接至压力平衡管，并且因此，当低压安全注入箱利用加压器的蒸汽而加压至高压时，不需要单独地控制压力平衡管的开关阀，并且可以在不使用电力或控制信号的情况下执行该开关阀的操作，因此该混合型安全注入箱系统可以即使在发生核电站断电的情况下仍能可靠地并且有效地操作。

因此，如上所述，根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统不使用电力或控制信号，因此混合型安全注入箱系统不需要或不使用构造成保证在发生核电站断电的情况下操作至少36小时至72小时或更久的附加专用电池。

此外，如上所述，根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统不使用电力或控制信号，并且因此，在发生小的蒸汽管路破裂的情况下，以并联状态安装的关闭阀可以响应于核反应堆保护系统的控制信号进行操作或可以通过先导阀的远程操纵打开或关闭。

此外，如上所述，根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统不使用电力或控制信号，因此混合型安全注入箱系统可以即使在发生核电站断电的情况下仍能有效地操作，从而明显地改进了高压核反应堆系统的紧急堆芯冷却能力并且实现了核反应堆的安全操作。

附图说明

在结合附图的情况下将会通过以下详细的描述更清楚地理解本发明的以上以及其他目的、特征和优点，其中：

图1是示意性示出常规堆芯补水箱的构造的视图；

图2是示意性示出常规混合型安全注入箱系统的视图；以及

图3是示意性示出根据本发明的实施方式的混合型安全注入箱系统的构造的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的通过安全阀加压的混合型安全注入箱系统(混合型SIT)的优选实施方式。

在此，应当理解的是，本发明的实施方式可以更改为各种实施方式，并且本发明的范围和精神不限于以下描述的实施方式。提供以下描述的本发明的实施方式以便使得本领域的技术人员能够更清楚地理解本发明。

也就是说，如后面在本文中所描述的，本发明提供了一种混合型安全注入箱系统，在该混合型安全注入箱系统中，通过下述方式形成了压力平衡管：通过设置处于并联状态的常规混合型安全注入箱系统的压力平衡管，并且通过结合即使在核电站通过关闭阀断电的情况下仍可进行操作的安全阀，其中，该关闭阀可以响应于由先导阀输入的操纵信号进行操作。

这里，如后面在本文中所描述的，安全阀基于加压器安全阀的预设压力而被预先设定，并且可以通过先导阀控制的关闭阀可以使用POSRV(先导式安全卸压阀)，该POSRV构造成通过电动阀或先导阀进行控制。

此外，该关闭阀是具有双重性的使得该关闭阀可以通过先导阀的远程操纵而手动地打开或关闭，或者可以响应于核反应堆保护系统的控制信号而自动地打开或关闭。

因此，在本发明的安全注入箱系统中，安装至加压器的安全阀被连接至压力平衡管，并且因此，当低压安全注入箱通过使用加压器的蒸汽而被加压至高压时，不需要对压力平衡管的开关阀进行单独地控制。

此外，根据本发明，当操作开关阀时，不需要使用电力或控制信号，并且因此，开关阀可以即使在发生核电站断电的情况下仍能可靠地并且有效地操作，并且，不需要安装下述附加的专用电池：该附加的专用电池构造成在核电站断电的情况下保证至少36小时至72小时或者更长时间的操作。

此外，根据本发明的安全注入箱系统构造成使得在小的蒸汽管路损坏的情况下，以并联状态安装的关闭阀可以响应于核反应堆保护系统的控制信号进行操作或者可以通过先导阀的远程控制进行打开和关闭。

此外，根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统可以即使在核电站断电的情况下仍能可靠地并且有效地操作，因此显著地改进了高压核反应堆系统的紧急堆芯冷却能力并且实现了核反应堆的安全操作。

在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统。

首先，将参照图3详细地描述根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，其中，图3是示意性地示出根据本发明的实施方式的混合型安全注入箱系统30的构造的视图。

更详细地描述，根据本发明的通过安全阀加压的混合型安全注入箱系统30包括：安全注入箱(SIT)32，该安全注入箱(SIT)32为核反应堆系统31供给紧急堆芯冷却水；加压器33，该加压器33为安全注入箱32供给高压蒸汽；压力平衡管34，该压力平衡管34将安全注入箱32连接至加压器33；压力平衡管隔离阀35，该压力平衡管隔离阀35安装在压力平衡管34上，以便使安全注入箱32与加压器33隔离；压力平衡管止回阀36，该压力平衡管止回阀36防止从安全注入箱32向加压器33的回流；安全阀37，该安全阀37以既与隔离阀35并联又与止回阀36并联的方式安装在压力平衡管34上；紧急堆芯冷却水注入管38，该紧急堆芯冷却水注入管38将安全注入箱32连接至核反应堆系统31；安全注入箱隔离阀39，该安全注入箱隔离阀39安装在紧急堆芯冷却水注入管38上，以便使安全注入箱32与核反应堆系统31隔离；以及止回阀40，该止回阀40防止从核反应堆系统31向安全注入箱32的回流。

换句话说，在根据本发明的通过安全阀加压的混合型安全注入箱系统30的实施方式中，大致的构型与图2中示出的常规混合型安全注入箱系统的构型保持相同，其中包括：核反应堆系统31、安全注入箱32、加压器33、压力平衡管34、压力平衡管隔离阀35、压力平衡管止回阀36、紧急堆芯冷却水注入管38、安全注入箱隔离阀39以及冷却水止回阀40。然而，本发明的实施方式的构造与常规的混合型安全注入箱系统有如下不同。即，在根据本发明的通过安全阀加压的混合型安全注入箱系统30中，可在不使用单独的电力的情况下响应于压力而自动打开或关闭的安全阀37以下述方式安装在压力平衡管34上：安全阀37既与压力平衡管隔离阀35并联又与压力平衡管止回阀36并联，如图3所示。

为了便于描述，将从下面的描述中省去对常规混合型安全注入箱系统和本混合型安全注入箱系统所共有的元件的描述，但将对不同的元件专门地进行描述。

如在韩国专利No.10-1071415中所公开的，在常规的混合型安全注入箱系统中，电动阀或气动阀被安装在压力平衡管上，该压力平衡管实现了下述安全注入箱系统的低压安全注入箱和高压加压器之间的压力平衡：在该安全注入箱系统中，常规的低压安全注入箱(SIT)的功能与常规高压堆芯补水箱(CMT)相互结合成一体。因此，要求必须在常规安全注入箱系统中安装附加的专用电池使得能够保证在发生核电站断电的情况下操作至少36小时至72小时或更久。

然而，如图3所示，在根据本发明的通过安全阀加压的混合型安全注入箱系统30中，将可在不使用单独的电力或压缩气体的情况下响应于压力而自动地打开或关闭的安全阀37增加至压力平衡管34，该压力平衡管34将安全注入箱32连接至加压器33。因此，不同于在常规混合型安全注入箱系统中，本发明的混合型安全注入箱系统30可以在不使用在常规混合型安全注入箱系统中使用的附加专用电池的情况下进行可靠地操作，即使在发生核电站断电的情况下亦是如此，从而保证在发生核电站断电的情况下操作至少36小时至72小时或更久。

在详细描述的本发明的混合型安全注入箱系统30中，在通过紧急核心冷却水注入管38连接至核反应堆系统31的安全注入箱(SIT)32中充有低压氮气(约4.3Mpa)与紧急堆芯冷却水，如图3所示。

此外，加压器(PZR)33中含有高压蒸汽。在此，安全注入箱32的上部部分通过压力平衡管34连接至加压器33的上部部分，因此可以实现高压加压器33与低压安全注入箱32之间的压力平衡。

换句话说，在低压操作环境中，紧急堆芯冷却水通过含在安全注入箱32中的氮气的压力而被注入核反应堆系统31中。相反，在核反应堆系统31的压力增加到超过预定临界压力值的高压操作环境中，安装在压力平衡管34上的压力平衡管隔离阀35打开从而将安全注入箱32的压力改变为高压，因此含在安全注入箱32中的紧急堆芯冷却水可以被注入高压核反应堆系统31中。

在此，在常规混合型安全注入箱系统中，压力平衡管隔离阀35可以为例如能通过电动阀或先导阀进行打开或关闭的POSRV。此外，为了预防在核电站中发生了电力故障的核电站断电，常规混合型安全注入箱系统应当构造成通过使用附加电池的电力进行打开或关闭。因此，常规混合型安全注入箱系统是有问题的，这是因为除了箱系统应当使用保证在发生核电站断电的情况下操作至少36小时至72小时或更长时间的附加专用电池的第一不便利性之外，该电池应当一直进行维护和管理，以便在发生紧急情况期间处于可用的状态，从而造成第二不便利性。

然而，不同于常规安全注入箱系统，根据本发明的混合型安全注入箱系统构造成使得可在不使用单独的电力或单独的驱动装置的情况下响应于压力而打开或关闭的安全阀37与压力平衡管隔离阀35并联地安装，如图3所示，而不在系统中安装附加的专用电池，因此本发明消除了由电池的安装和电池的维护所带来的不便。此外，本发明的混合型安全注入箱系统可以即使在发生核电站断电的情况下仍能可靠地并且有效地进行操作。

在本发明中，压力操作的安全阀37被安装在混合型安全注入箱系统中，如上所述，因此，当在核电站中发生紧急情况并且因此安全注入箱32与加压器33之间的压力差升高到超过安全阀37的预定参考值时，安全阀37通过压力自动地打开，因此实现了高压加压器33与低压安全注入箱32之间的压力平衡。

此外，如上所述，当安全阀37自动地打开时，并且因此当压力平衡管打开时，加压器33的高压蒸汽被注入低压安全注入箱32中，从而为安全注入箱32加压。因此，安全注入箱32的压力变为高压，并且因此安全注入箱32的紧急堆芯冷却水可以被注入高压核反应堆容器中。

因此，在本发明的混合型安全注入箱系统的低压操作中，紧急堆芯冷却水通过含在安全注入箱32中的氮气的压力而被注入核反应堆中。相反，在系统的高压操作中，压力平衡管34的压力平衡管隔离阀35或安全阀37打开，因此紧急堆芯冷却水可以被注入核反应堆中。因此，本发明的混合型安全注入箱系统可以在低压核反应堆系统或高压核反应堆系统中有效地使用，即使在发生核电站断电的情况下亦是如此。

如上所述，本发明可以提供通过加压器的安全阀进行加压的混合型安全注入箱系统。

在本发明中，压力平衡管是通过以彼此并联的方式将可以由先导阀远程控制的电动隔离阀连接至压力操作的安全阀来构造的。因此，当发生核反应堆系统加压到使得核反应堆系统的压力超过加压器安全阀的预定参考压力值的紧急情况时，压力平衡管可以通过安全阀打开。而且，当发生核反应堆系统的压力升高到超过安全阀的预定参考压力值的高压意外事故时，电动隔离阀可以通过先导阀的远程控制或通过核反应堆保护系统的控制信号而打开。因此，本发明可以消除核反应堆系统与安全注入箱系统之间的压力差，并且可以将紧急堆芯冷却水注入核反应堆系统中。

尽管已经为了说明性的目的描述了根据本发明的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统的优选实施方式，然而本领域的技术人员应将理解在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，不同的修改、增加和代替是可能的。

Claims (4)

1.一种通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，包括：

紧急堆芯冷却水安全注入箱，所述紧急堆芯冷却水安全注入箱充有冷却水和氮气，用于冷却核反应堆系统；

加压器，所述加压器用于供给高压蒸汽以对所述安全注入箱进行加压；

压力平衡管，所述压力平衡管将所述安全注入箱连接至所述加压器，从而实现所述安全注入箱与所述加压器之间的压力平衡；

压力平衡管隔离阀，所述压力平衡管隔离阀安装在所述压力平衡管上，从而使所述安全注入箱与所述加压器隔离；

压力平衡管止回阀，所述压力平衡管止回阀以与所述压力平衡管隔离阀串联的方式安装在所述压力平衡管上，从而防止从所述安全注入箱向所述加压器的回流；以及

安全阀，所述安全阀以既与所述压力平衡管隔离阀并联又与所述压力平衡管止回阀并联的方式安装在所述压力平衡管上，从而使所述安全注入箱与所述加压器隔离，

其中，所述安全阀包括以下述方式构造的阀：即，所述阀构造成使得所述安全阀响应于压力差而自动地打开或关闭从而即使在核电站断电的情况下仍能够进行操作，

其中，所述安全阀构造成使得当所述安全注入箱与所述加压器之间的压力差超过预定参考值时所述安全阀打开。

2.根据权利要求1所述的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，还包括：

紧急堆芯冷却水注入管，所述紧急堆芯冷却水注入管将所述安全注入箱连接至所述核反应堆系统；

安全注入箱隔离阀，所述安全注入箱隔离阀安装在所述紧急堆芯冷却水注入管上，从而使所述安全注入箱与所述核反应堆系统隔离；以及

冷却水止回阀，所述冷却水止回阀以与所述安全注入箱隔离阀串联的方式安装在所述紧急堆芯冷却水注入管上，从而防止从所述核反应堆系统向所述安全注入箱的回流。

3.根据权利要求2所述的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，其中，所述压力平衡管隔离阀与所述安全注入箱隔离阀中的每一者均为能够通过先导阀的远程操控或通过核反应堆控制系统的控制信号打开或关闭的阀。

4.根据权利要求2所述的通过加压器的安全阀加压的混合型安全注入箱系统，其中，所述压力平衡管隔离阀与所述安全注入箱隔离阀中的每一者均为电动阀或能够通过先导阀打开或关闭的先导式安全卸压阀。