CN104766637A - 安全注入成套系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种安全注入成套系统，包括安注系统及先进安注箱，先进安注箱设于安全壳内并连通压力容器，用于向压力容器注入冷却剂；安注系统密封地贯穿安全壳且两端分别连通压力容器及设于安全壳外的换料水箱，用于将换料水箱中的冷却剂注入压力容器。本发明通过安注系统及先进安注箱的配合，可满足事故分析所需的安注流量，同时单安注泵与单先进安注箱相配合形成的成套系统，使设备数量大为减少，系统结构简化，由此使系统及部件的维修保养难度大为降低，并减少设备购买、安装、运行和维修等费用，相应降低核电厂的建造成本和运维成本。

Description

安全注入成套系统

技术领域

本发明涉及核电站安全设备领域，尤其涉及一种适用于压水堆核电厂的安全注入成套系统。

背景技术

在压水堆核电厂中，通过一回路给水把反应堆堆芯产生的热能带出反应堆压力容器并进入蒸汽发生器，当蒸汽通过蒸汽发生器时，通过数以千计的传热管把热量传给管外的二回路水，释放热量后的给水又被主泵送回反应堆压力容器，这样来回循环。而当一回路发生大破口失水事故时，反应堆压力容器内的冷却水变少，反应堆压力容器内的温度会迅速上升，此时，若不及时冷却堆芯并将反应堆压力容器内的热量导出，将会导致安全壳内的温度及压力升高，进而引致严重的安全事故。目前，一般会通过设置安全注入系统，以确保失水事故下向一回路及时提供足够的安注水，保证事故下反应堆堆芯能得到较好的冷却，从而限制燃料元件温度上升。

现有的一种安全注入系统由高压安全注入、中压安全注入、低压安全注入共三个子系统组成。在小破口事故下，启动高压安全注入子系统向一回路补水，以重新建立稳压器水位；在中破口事故中，启动高压、中压安全注入子系统，以保证一回路冷却剂始终淹没燃料；在大破口事故下，中压、低压安全注入子系统分别启动向堆芯注水，以重新淹没并冷却堆芯，限制燃料元件温度的上升。

现有的另一种安全注入系统由中压安全注入、低压安全注入子系统和安注箱组成。在小破口事故下，启动中压安全注入子系统向一回路补水，以重新建立稳压器水位；在大破口事故下，安注箱、中压、低压安全注入子系统分别启动向堆芯注水，以重新淹没并冷却堆芯，限制燃料元件温度的上升。

上述两种安全注入系统均由多个子系统组成，均存在设备数量较多、结构较复杂的缺陷，导致应急设备的加载时间要求较高，系统及部件的维修保养难度大，由此增加了设备购买、安装、运行和维修等的费用，相应增加了核电厂的建造成本和运维费用。

因此，有必要提供一种能够确保失水事故下向一回路及时提供足够的安注水且结构简单的安全注入系统，以解决上述现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够确保失水事故下向一回路及时提供足够的安注水且结构简单的安全注入成套系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种安全注入成套系统，用于对一回路提供安注，其包括安注系统及先进安注箱，所述先进安注箱设于安全壳内并连通设于所述安全壳内的压力容器，所述先进安注箱用于向所述压力容器注入冷却剂；所述安注系统密封地贯穿所述安全壳且两端分别连通所述压力容器及设于所述安全壳外的换料水箱，所述安注系统用于将所述换料水箱中的冷却剂注入所述压力容器。

较佳地，所述先进安注箱的出口通过一出水管线连通所述压力容器，且所述出水管线上依次设有隔离阀及止回阀。

较佳地，所述先进安注箱内设有水力学部件，且所述先进安注箱内具有一定初始蓄压；先进安注箱内设置的水力学部件使其在事故后的不同阶段提供不同流量的安注，具体为，在事故的初始阶段提供较大的安注流量以快速注满压力容器下封头，随后先进安注箱内的水位下降而自动切换到小流量注入模式，提供堆芯小注入流量。

较佳地，所述安注系统包括注入管线及设于所述注入管线上并位于所述安全壳内的安注泵，所述注入管线的两端分别连通所述压力容器及所述换料水箱；安注系统可以在不同事故状况下及事故后的不同阶段向压力容器内的堆芯提供安注，且通过单安注泵的设置，减少安全级的安注泵的数量，从而简少设备数量，降低成本。

较佳地，所述安注系统还包括密封地贯穿所述安全壳的第一管线，所述注入管线通过所述第一管线连通所述换料水箱，且所述第一管线上设有第一阀门。

较佳地，所述安全注入成套系统还包括余热导出系统，所述余热导出系统分别连通所述压力容器及设于所述安全壳内的地坑，用于将堆芯余热导出至所述安全壳外。

较佳地，所述余热导出系统与所述安注系统共用同一套系统，由此使设备结构简化，降低建造、运维成本。

较佳地，所述余热导出系统包括设于所述安全壳内的热交换器，所述热交换器的两端分别与所述压力容器、所述地坑相连通，所述热交换器将所述地坑内的再循环水冷却后注入所述压力容器，从而将堆芯余热排出，并防止地坑再循环水温度过高。

较佳地，所述余热导出系统还包括第二管线及设于所述第二管线上的再循环泵，所述再循环泵设于所述安全壳外，所述第二管线的一端连通所述地坑，所述第二管线的另一端密封地贯穿所述安全壳并连通所述热交换器，且所述第二管线上设有第二阀门。

较佳地，所述热交换器连接于所述安注系统的管线上，且所述第二管线连通所述安注系统的管线。

较佳地，所述安全注入成套系统还包括一母管线，所述先进安注箱、所述安注系统、所述余热导出系统均通过所述母管线连通所述压力容器的冷管段，通过母管线将先进安注箱、安注系统、余热导出系统串联后连接于一回路冷却剂系统，确保冷却剂丧失事故时先进安注箱和安注泵内的冷却剂全部注入至一回路。

较佳地，所述安全注入成套系统还包括一主管线，所述主管线的一端连通所述安注系统及所述余热导出系统，所述主管线的另一端连通所述压力容器的热管段。

较佳地，所述主管线与所述母管线之间还连接有第三管线，且所述第三管线上设有第三阀门。

较佳地，所述先进安注箱、所述换料水箱内的冷却剂均为浓硼水。

与现有技术相比，由于本发明的安全注入成套系统，包括安注系统及先进安注箱，先进安注箱设于安全壳内并连通压力容器，安注系统密封地贯穿安全壳且两端分别连通压力容器及设于安全壳外的换料水箱。当发生小破口事故时，由安注系统向一回路补充冷却剂以重新建立稳压器水位。当发生大破口事故时，在事故的短期和中期阶段，由先进安注箱和安注系统先后向堆芯注入冷却剂，以重新淹没并冷却堆芯；在大破口事故的长期阶段，则由安注系统实现长期冷却功能。通过安注系统及先进安注箱的配合，可满足事故分析所需的安注流量，同时单安注泵与单先进安注箱相配合形成的成套系统，使设备数量大为减少，系统结构简化，由此使系统及部件的维修保养难度大为降低，并减少设备购买、安装、运行和维修等费用，相应降低核电厂的建造成本和运维成本。

附图说明

图1是本发明安全注入成套系统安装后的结构示意图。

图2是本发明安全注入成套系统的放大示意图。

图3是本发明安全注入成套系统的一使用状态示意图。

图4是本发明安全注入成套系统的另一使用状态示意图。

图5是本发明本发明安全注入成套系统的安全注入流量示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明所提供的安全注入成套系统100，适用于压水堆核电厂，用于对一回路提供安注。

如图1所示，所述安全注入成套系统100连接于安全壳200内的一回路冷却剂系统。具体地，安全壳200内设有相连接的反应堆压力容器210及蒸汽发生器220，压力容器210内具有反应堆堆芯。一般而言，压水堆核电厂设计有二至四台蒸汽发生器220，本实施例中仅示意出其中一台，其余蒸汽发生器220的设置为本领域技术人员所熟知的技术。

更具体地，压力容器210与与蒸汽发生器220之间分别通过热管段230、冷管段240相连接，冷管段240上设有主泵250；且蒸汽发生器220的出口与主蒸汽管线221相连通，蒸汽发生器220的入口与主给水管线222相连通。核电厂正常运行时，反应堆堆芯产生的热量加热一回路给水而产生蒸汽，当蒸汽通过蒸汽发生器220内的传热管时，通过管壁将热能传递给传热管外的二回路冷却水，释放热量的给水又被主泵250送回堆芯重新加热。二回路冷却水受热从而变成蒸汽，该蒸汽通过主蒸汽管线221进入汽轮机做功，从而把热能转化为电力。做完功后的蒸汽进入冷凝器冷却，凝结成水后再经主给水管线222返回蒸汽发生器220。

一般压水堆核电厂中，设计有二至四组本发明所述安全注入成套系统100，本实施例中仅示意出其中一组，但安全注入成套系统100的数量并不以此为限，可根据实际需要灵活设置。下面结合附图1-5所示，对本发明安全注入成套系统100的结构、连接方式及工作原理进行说明。

首先结合图1、图2所示，所述安全注入成套系统100包括先进安注箱110及安注系统120，先进安注箱110设于安全壳200内并连通压力容器210，先进安注箱110用于向压力容器210注入冷却剂；安注系统120密封地贯穿安全壳200且两端分别连通压力容器210及设于安全壳200外的换料水箱130，安注系统120用于将换料水箱130中的冷却剂注入压力容器210。

本发明中，所述安全注入成套系统100还包括余热导出系统140，所述余热导出系统140分别连通压力容器210及设于安全壳200内的地坑150，用于将堆芯余热导出安全壳200外。

继续参看图1、图2所示，所述安全注入成套系统100还包括一母管线160及一主管线170；其中，母管线160连通冷管段，主管线170连通热管段230。且先进安注箱110、安注系统120、余热导出系统140均通过母管线160连通冷管段240，即，利用母管线160将先进安注箱110、安注系统120、余热导出系统140串联后连接于一回路冷却剂系统，确保冷却剂丧失事故时先进安注箱110和安注系统120内的冷却剂全部注入至一回路。

下面参看图2所示，所述先进安注箱110内设有水力学部件111，且先进安注箱110的出口通过一出水管线112连通母管线160，出水管线112上依次设有隔离阀113及至少一个止回阀114；先进安注箱110内具有浓硼水并通过氮气蓄压，使其内具有一定初始蓄压。

相较于传统安注箱，本发明先进安注箱110内的水力学部件111使其在事故后的不同阶段提供不同流量的安注，因此在一回路冷却剂丧失(LOCA)后，不仅可提供压力容器210的下腔室的快速淹没以及堆芯的初始淹没，还可提供后续较长时间段内的堆芯淹没。具体地，当一回路压力降低到一定程度时，隔离阀113、止回阀114根据保护信号触发打开，因先进安注箱110内事先保持一定蓄压，因此其内的浓硼水通过出水管线112自动注入到压力容器210，且在事故的初始阶段提供较大的安注流量以快速注满压力容器210的下腔室，随后先进安注箱110内的水位下降而自动切换到小流量注入模式，在安注系统120启动前提供堆芯注入流量。

继续结合图1、图2所示，所述安注系统120包括注入管线121及设于注入管线121上并位于安全壳200内的安注泵122，且注入管线121上仅设置单一安注泵122，注入管线121的两端分别连通压力容器210及换料水箱130，其中，换料水箱130内具有浓硼水。通过单安注泵122的设置，可以在不同事故状况下及事故后的不同阶段向压力容器210提供安注，且减少安全级的安注泵122的数量，从而简少设备数量，降低成本。

本实施例中，注入管线121通过主管线170连通换料水箱130。具体地，注入管线121的一端连通母管线160，其另一端连接于主管线170的远离热管段230的一端并与之相连通，主管线170的远离热管段230的一端连通换料水箱130。

更具体地，安注系统120还包括一密封地贯穿安全壳200的第一管线123，第一管线123的一端连通换料水箱130，第一管线123的另一端连通主管线170的远离热管段230的端部，且第一管线123上设有第一阀门124。

优选地，所述安注系统120为中、低压安注系统，也即，其安注泵122为中、低压安装泵。这样，安注系统120一方面可在中高背压条件(8MPa左右)下提供较小流量，在二回路进行部分冷却时将换料水箱130内的含硼水注入一回路；另一方面可在低背压条件(低于2MPa)下提供持续的小流量，确保冷却剂丧失事故后期的持续冷却能力。

再次结合图1、图2所示，所述余热导出系统140包括设于安全壳200内的热交换器141，热交换器141的两端分别与压力容器210、地坑150相连通，所述热交换器141将地坑150内的再循环水冷却后注入压力容器210，从而将堆芯余热排出，并防止地坑150内的再循环水温度过高。

所述余热导出系统140还包括第二管线142及设于第二管线142上的再循环泵143，所再循环泵143设于安全壳200外，第二管线142的一端连通地坑150，第二管线142的另一端密封地贯穿安全壳200并连通热交换器141，且第二管线142上设有第二阀门144。因此，通过再循环泵143将地坑150中的再循环水注入热交换器141，由热交换器141将再循环水冷却后注入压力容器210。

本发明中，所述余热导出系统140与安注系统120共用同一套系统。具体地，热交换器141与安注泵122串联于注入管线121上，第二管线142与第一管线123共同连接于主管线170的远离热管段230的端部。所以，热交换器141依次通过注入管线121、主管线170、第二管线142连通地坑150。通过将热交换器141、安注泵122设置于同一系统中，可使设备结构大为简化，减少能动部件，由此降低建造、运维成本。

另外，热交换器141还与冷却设备连接，所述冷却设备用于提供设备冷却水，这样，当地坑150中的再循环水进入热交换器141后，其热量传递给设备冷却水带走，冷却后的再循环水注入压力容器210，从而带走堆芯热量，并防止地坑150内的再循环水的温度过高。

可以理解地，所述余热导出系统140并不限于与安注系统120共用同一套系统，通过单独设计的管线将热交换器141连接于地坑150、压力容器210之间，同样能实现对地坑150中的再循环水的冷却，此为本领域技术人员所熟知的技术。

继续参看图2所示，本实施例中，母管线160与主管线170之间还连接有第三管线180，且第三管线180上设有第三阀门181。且主管线170上依次设置有多个阀门(未标号)。由于在大破口事故长期阶段，可能需要冷管段240、热管段230双端注入冷却水，以防止堆芯硼结晶。此时，由注入管线121通过安注泵122和热交换器141的安注水分成两路，其中一路从母管线160进入一回路冷管段；另一路则通过第三阀门181后，由主管线170注入一回路热管段。

下面结合图1-图5所示，对本发明安全注入成套系统100的工作原理进行说明。

首先参看图5所示，图中曲线A为事故分析所需的安注流量，即，事故后的不同阶段，所需要的安全注入流量不同。

核电厂正常运行的情况下，所述安全注入成套系统100不启动，但处于可用状态。

当核电厂发生小破口失水事故时，首先通过操纵员调节二回路的大气释放阀进行部分冷却，待一回路压力下降至一定程度后，系统控制第一阀门124，安注系统120的安注泵122启动，安注泵122将来自换料水箱130的含硼水通过注入管线121、母管线160注入至一回路，实现对一回路的补水，以重新建立稳压器水位，如图3所示。

继续参看图1、3-5所示，当核电厂发生大破口失水事故时，当一回路压力降至一定程度后，隔离阀113、止回阀114根据保护信号触发打开，由于先进安注箱110内事先保持一定蓄压，因此其内的浓硼水通过出水管线112自动注入到一回路中，在事故的初始阶段提供较大的安注流量以快速注满压力容器210的下腔室，随后先进安注箱110内的水位下降而自动切换到小流量注入模式，在安注泵122启动前提供堆芯小流量注入流量，先进安注箱110的安注流量如图5中曲线B所示，因此，本发明先进安注箱110不仅可以提供压力容器210的下腔室的快速淹没以及堆芯的初始淹没，还可提供后续较长时间段内的堆芯淹没。

在事故发生后的数百秒，中、低压安注泵122启动，通过其将来自换料水箱130的含硼水持续注入至一回路，以确保堆芯得到持续冷却，安注泵122的安注流量如图5中直线C所示。

因此，在大破口事故的短期和中期阶段，通过先进安注箱110和中、低压安注泵122先后向堆芯注入，可重新淹没并冷却堆芯。

而在大破口事故的长期阶段，则由中、低压安注泵122实现堆芯的长期冷却功能，安注泵122的安注流量如图5中直线C所示。

综上可知，在不同事故中或事故后的不同阶段，所需要的安全注入流量不同，先进安注箱110和中/低压安注泵122的总流量满足了事故分析所需的安注流量，如图5所示。

参看图1、图4所示，在冷却剂丧失事故的长期阶段，余热导出系统140启动，即第二管线142上的第二阀门144由系统控制打开，再循环泵143启动，通过再循环泵143将地坑150中的再循环水泵入热交换器141，在热交换器141内，再循环水与设备冷却水发生热传递，再循环水的热量通过设备冷却水带走，冷却后的再循环水再注入一回路的冷管段240，通过此过程将堆芯热量排出，并防止地坑150中的再循环水温度过高。

由于本发明的安全注入成套系统100，包括安注系统120及先进安注箱110，先进安注箱110设于安全壳200内并连通压力容器210，安注系统120密封地贯穿安全壳200且两端分别连通压力容器210及设于安全壳200外的换料水箱130。当发生小破口事故时，由安注系统120向一回路补充冷却剂以重新建立稳压器水位。当发生大破口事故时，在事故的短期和中期阶段，由先进安注箱110和安注系统120先后向堆芯注入冷却剂，以重新淹没并冷却堆芯；在大破口事故的长期阶段，则由安注系统120实现长期冷却功能。通过安注系统120及先进安注箱110的配合，可满足事故分析所需的安注流量，同时单安注泵122与单先进安注箱110相配合形成的成套系统，使设备数量大为减少，系统结构简化，由此使系统及部件的维修保养难度大为降低，并减少设备购买、安装、运行和维修等费用，相应降低核电厂的建造成本和运维成本。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种安全注入成套系统，用于对一回路提供安注，其特征在于：包括安注系统及先进安注箱，所述先进安注箱设于安全壳内并连通设于所述安全壳内的压力容器，所述先进安注箱用于向所述压力容器注入冷却剂；所述安注系统密封地贯穿所述安全壳且两端分别连通所述压力容器及设于所述安全壳外的换料水箱，所述安注系统用于将所述换料水箱中的冷却剂注入所述压力容器。

2.如权利要求1所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述先进安注箱的出口通过一出水管线连通所述压力容器，且所述出水管线上依次设有隔离阀及止回阀。

3.如权利要求2所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述先进安注箱内设有水力学部件，且所述先进安注箱内具有一定初始蓄压。

4.如权利要求1所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述安注系统包括注入管线及设于所述注入管线上并位于所述安全壳内的安注泵，所述注入管线的两端分别连通所述压力容器及所述换料水箱。

5.如权利要求4所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述安注系统还包括密封地贯穿所述安全壳的第一管线，所述注入管线通过所述第一管线连通所述换料水箱，且所述第一管线上设有第一阀门。

6.如权利要求1所述的安全注入成套系统，其特征在于：还包括余热导出系统，所述余热导出系统分别连通所述压力容器及设于所述安全壳内的地坑，用于将堆芯余热导出至所述安全壳外。

7.如权利要求6所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述余热导出系统与所述安注系统共用同一套系统。

8.如权利要求6所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述余热导出系统包括设于所述安全壳内的热交换器，所述热交换器的两端分别与所述压力容器、所述地坑相连通，所述热交换器将所述地坑内的再循环水冷却后注入所述压力容器。

9.如权利要求8所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述余热导出系统还包括第二管线及设于所述第二管线上的再循环泵，所述再循环泵设于所述安全壳外，所述第二管线的一端连通所述地坑，所述第二管线的另一端密封地贯穿所述安全壳并连通所述热交换器，且所述第二管线上设有第二阀门。

10.如权利要求9所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述热交换器连接于所述安注系统的管线上，且所述第二管线连通所述安注系统的管线。

11.如权利要求1-10任一项所述的安全注入成套系统，其特征在于：还包括一母管线，所述先进安注箱、所述安注系统、所述余热导出系统均通过所述母管线连通所述压力容器的冷管段。

12.如权利要求11所述的安全注入成套系统，其特征在于：还包括一主管线，所述主管线的一端连通所述安注系统及所述余热导出系统，所述主管线的另一端连通所述压力容器的热管段。

13.如权利要求12所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述主管线与所述母管线之间还连接有第三管线，且所述第三管线上设有第三阀门。

14.如权利要求1所述的安全注入成套系统，其特征在于：所述先进安注箱、所述换料水箱内的冷却剂均为浓硼水。