CN104992733A - 一种安全注入系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全注入系统，包括中压安注子系统、低压安注子系统和安注箱注入子系统，中压安注子系统和低压安注子系统的一端通过设置在安全壳内的换料水箱取水，另一端向一回路冷段和热段供水；中压安注子系统和低压安注子系统各包括A列和B列；中压安注子系统的A列和低压安注子系统的A列分别包括设置在安全壳外的A1中压安注泵和A2低压安注泵及连接管线；中压安注子系统的B列和低压安注子系统的B列分别包括设置在安全壳外的B1中压安注泵和B2低压安注泵及连接管线。本发明安全注入系统，因互为备用的A、B两列实现了完全的实体隔离,增强了对内外部事件的抵御能力，确保在失水工况下，为反应堆堆芯提供持续的冷却；可靠性高、运行效率高，满足三代核电技术的安全要求。

Description

一种安全注入系统

技术领域

本发明属于核电站堆芯冷却系统，具体涉及一种安全注入系统，该系统确保在失水工况下，为反应堆堆芯提供持续的冷却。

背景技术

专设安全设施用于在各种假想事故情况下，确保反应堆紧急安全停堆并长期排出堆芯余热，保持裂变产物与环境之间的安全屏障完好无缺。其中，安全注入系统能够在失水事故(LOCA)工况下，为堆芯提供应急和持续的冷却，从而防止燃料包壳熔化，并保证堆芯的几何形状和完整性。

传统的M310二代加堆型，安全注入系统由高压安注、低压安注以及安注箱安注三个子系统组成，如图3、4所示。

高压安注子系统包括了三台高压安注泵8(即与化学与容积控制系统共用的三台上充泵)，以及一个浓硼酸注入箱6及硼酸再循环回路。在电厂正常运行时，高压安注泵作为化容系统的上充泵用于向一回路正常充水，其中一台运行、一台备用，另一台电源拉出。在事故工况下，通过切换转而成为高压安注泵，由两台泵运行，一台备用，向堆芯注入含硼水。而且，高压安注泵需要利用低压安注泵为其增压。

低压安注子系统包括两台低压安注泵A2、B2，当一回路压力低于低压安注泵压头时，低压安注泵将换料水箱1中的含硼水直接注入堆芯，换料水箱位于安全壳外。当换料水箱1出现低水位信号时，通过切换转入安全壳地坑9再循环阶段。

安注箱子系统主要由三个安注箱组成，分别接到一回路三个环路的冷段上。当一回路压力降到安注箱压力以下时，安注箱中的含硼水靠压力顶开管路中的逆止阀而注入一回路冷段，以达到短时间内淹没堆芯、避免燃料棒熔化的目的。

但上述技术方案也存在着不足，无法满足三代核电的安全指标，主要体现在：

1)传统二代加核电站安全系统的布置方案，无法做到严格的实体隔离。对于安全注入系统，三台高压安注泵8布置在核辅助厂房的三个相邻房间，两台低压安注泵A2、B2布置在燃料厂房的两个相邻房间，A列、B列并非严格的实体隔离，在火灾、水淹等内部事件或飞机撞击、爆炸等外部事件中，极易造成公因失效。

2)可靠性问题。作为重要的专设安全设施，提高其可靠性的一个重要途径就是系统设备专用。在传统电站中，高压安注泵和上充泵共用，电站正常运行时用作上充泵，安注信号出现时，泵从上充模式切换到安注模式，此切换过程需要操作大量阀门，将影响到系统的可靠性。另一方面，传统电站中，换料水箱位于安全壳外，在直接注入阶段转换为再循环阶段时，安注泵需要从换料水箱取水切换为地坑取水，这同样也会影响到系统的可靠性。

3)运行效率问题。上充泵兼作安注泵时，需要兼顾两种工作模式，泵的运行效率较低。

4)高压安注的注入压头问题。安注误启动事故容易导致一回路压力过高；在蒸汽发生器传热管破裂事故下，若一回路压力过高，可能导致的蒸汽发生器满溢，增加该事故下放射性物质向环境释放的可能性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种安全注入系统，实现了A、B两列严格意义上的实体隔离，对火灾、水淹等内部事件或飞机撞击、爆炸等外部事件有足够的抵御能力；分离上充泵与高压安注泵，上充泵不再承担安注功能，设置了专用的中压安注泵和内置换料水箱，提高了系统的可靠性以及上充泵、安注泵的运行效率。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种安全注入系统，包括中压安注子系统、低压安注子系统和安注箱注入子系统，所述中压安注子系统和低压安注子系统的一端通过设置在安全壳内的换料水箱取水，另一端向一回路冷段和热段供水；所述中压安注子系统包括A列和B列，低压安注子系统也包括A列和B列；所述中压安注子系统的A列和低压安注子系统的A列分别包括设置在安全壳外的A1中压安注泵和A2低压安注泵及连接管线；所述中压安注子系统的B列和低压安注子系统的B列分别包括设置在安全壳外的B1中压安注泵和B2低压安注泵及连接管线；所述中压安注子系统的A列和低压安注子系统的A列设置在安全壳外一侧的厂房内，中压安注子系统的B列和低压安注子系统的B列设置在安全壳外另一侧的厂房内。

进一步，所述安全注入系统还包括设置在安全壳外的A列硼酸注入系统和B列硼酸注入系统，所述A列硼酸注入系统和B列硼酸注入系统的一端分别通过设置在安全壳外的两个硼酸注入箱取水，另一端分别向一回路冷段提供浓硼水，降低堆芯的反应性。

进一步，所述A列硼酸注入系统设置在安全壳外一侧的厂房内，所述B列硼酸注入系统设置在安全壳外另一侧的厂房内，A、B两列实现了完全的实体隔离。

进一步，所述安全注入系统还包括安注箱注入子系统，所述安注箱注入子系统设置在安全壳内，安注箱注入子系统的末端与一回路冷段连接。

进一步，所述A1中压安注泵和B1中压安注泵的出水管线在进入安全壳后合并成一条注入母管，通过该母管与一回路的冷段和热段连接。

进一步，所述A2低压安注泵和B2低压安注泵的出水管线在进入安全壳后合并成一条注入母管，通过该母管与一回路的冷段和热段连接。

进一步，所述换料水箱设置于安全壳的底部。

本发明的有益技术效果在于：

1)本发明实现了安全注入系统互为备用的A、B两列完全的实体隔离，对火灾、水淹等内部事件和飞机撞击、爆炸等外部事件有足够的抵御能力；

2)分离上充泵与安注泵，上充泵不再承担安注功能，设置了专用的中压安注泵之后，执行功能单一，提高了系统的可靠性；

3)上充泵和安注泵功能分离后，上充泵和安注泵的运行效率都得以提高；

4)换料水箱内置于反应堆厂房底部，在直接注入阶段转换为再循环阶段时，安注泵取水不需要切换，提高了系统的可靠性；

5)降低注入压头，有效地减轻安注误启动事故后果以及蒸汽发生器传热管破裂事故下可能导致的蒸汽发生器满溢，从而降低了该事故下放射性物质向环境释放的可能性。

附图说明

图1是本发明安全注入系统的结构示意图；

图2是本发明核岛厂房的布置图；

图3是现有技术M310堆芯安全注入系统的结构示意图；

图4是现有技术M310堆芯安全注入系统核岛厂房的布置图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，是本发明安全注入系统，其包括中压安注子系统、低压安注子系统和安注箱注入子系统；所述中压安注子系统包括A列和B列，低压安注子系统也包括A列和B列。其中，中压安注子系统和低压安注子系统的A列安全注入管线上分别设有A1中压安注泵和A2低压安注泵，A1中压安注泵和A2低压安注泵可通过一条取水管线从安全壳4内的换料水箱1取水，A1中压安注泵和A2低压安注泵通过各自的出水管线分别向一回路的冷段和热段供水。

中压安注子系统和低压安注子系统的B列安全注入管线上分别设有B1中压安注泵和B2低压安注泵，B1中压安注泵和B2低压安注泵可通过一条取水管线从安全壳4内的换料水箱1取水，B1中压安注泵和B2低压安注泵通过各自的出水管线分别向一回路的冷段和热段供水。

安全注入系统还包括设置在安全壳外的A列硼酸注入系统和B列硼酸注入系统。A列硼酸注入系统6包括硼酸注入管线，硼酸注入管线上设有A3硼注泵，硼酸注入管线的一端与硼酸注入箱连通，硼酸注入管线另一端与一回路冷段连通；B列硼酸注入系统7包括硼酸注入管线，硼酸注入管线上设有B3硼注泵，硼酸注入管线的一端与硼酸注入箱连通，硼酸注入管线的另一端与一回路冷段连通。

如图2所示，中压安注、低压安注和硼酸注入的A列设置在安全壳4一侧的厂房2内，中压安注、低压安注和硼酸注入的B列设置在安全壳4另一侧的厂房3内，互为备用的A、B两列从而实现了完全的实体隔离。

安全注入系统还包括安注箱注入子系统5，安注箱注入子系统5设置在安全壳4内。安注箱注入子系统5包括安注箱以及与安注箱连通的注入管线，注入管线的末端与一回路的冷段连通。为了保证堆芯的安全，本发明设置了3个安注箱。

由此，中压安注和低压安注子系统各包括2个系列，单独一个系列就能完成安注功能。两个系列的中压安注管线在注入母管之前是完全隔离的，两条中压安注冷段注入管线在进入安全壳后合并成一条注入母管，再分成三条注入管线连接至一回路的三个冷管段；两条中压安注热段注入管线也分别与热管段相连。

同样地，两个系列的低压安注管线在注入母管之前是完全隔离的，两条低压安注冷段注入管线在进入安全壳后合并成一条注入母管，再分成三条注入管线连接至一回路的三个冷管段；两条低压安注热段注入管线也分别与热管段相连。

中压安注子系统和低压安注子系统是能动子系统，当事故后一回路压力低于安注泵的注入压头时，安注泵从内置换料水箱取水，将硼酸溶液注入到一回路冷段；在事故后的长期冷却阶段，系统配置容许安注切换到冷热段同时注入。其中，中压安注泵的压头范围为600-1000mH₂O，低压安注泵的压头范围为90-200mH₂O，而传统电站的高压安注泵的正常运行压头约为1800mH₂O，还需要低压安注泵为高压泵增压。安注箱子系统是一个非能动系统，当一回路压力降到低于一定值时，安注箱子系统自动向一回路注入硼酸溶液以保证堆芯的短期冷却。

换料水箱1是一个装有大量含硼水的内衬不锈钢衬里的钢筋混凝土结构，布置在反应堆厂房内部的底层，主要位于反应堆堆坑和环墙内壁之间，该水箱作为安全壳内的一个整体结构建造。在事故工况下，当安全注入系统投入运行时，中、低压安注泵泵将从内置换料水箱取水，以完成堆芯注入。而且，内置换料水箱还充当了传统核电站的地坑的作用，用于收集事故后的喷淋水和反应堆冷却剂泄露时的一回路冷却剂，从而实现长期的注入和喷淋。

此外，本技术方案取消了传统电站高压安注管线上的浓硼箱，改为独立的应急硼注入，分为完全独立的两列，在发生未停堆预期瞬态事故或其他需要补硼补水的事故时向一回路快速注入足够的浓硼酸溶液，将堆芯带入次临界状态并维持一定的次临界度。

本发明分离传统设计的上充泵与高压安注泵；降低高压安注压头成为中压安注；低压安注泵不再用作增压泵；采用内置换料水箱；取消高压安注管线上的浓硼箱，增设独立的应急硼注入。

本发明的安全注入系统并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (7)

1.一种安全注入系统，包括中压安注子系统、低压安注子系统和安注箱注入子系统，其特征是：所述中压安注子系统和低压安注子系统的一端通过设置在安全壳内的换料水箱取水，另一端向一回路冷段和热段供水；所述中压安注子系统和低压安注子系统各包括A列和B列；所述中压安注子系统的A列和低压安注子系统的A列分别包括设置在安全壳外的A1中压安注泵和A2低压安注泵及连接管线；所述中压安注子系统的B列和低压安注子系统的B列分别包括设置在安全壳外的B1中压安注泵和B2低压安注泵及连接管线；所述中压安注子系统的A列和低压安注子系统的A列设置在安全壳外一侧的厂房内，中压安注子系统的B列和低压安注子系统的B列设置在安全壳外另一侧的厂房内。

2.如权利要求1所述的一种安全注入系统，其特征是：所述安全注入系统还包括设置在安全壳外的A列硼酸注入系统和B列硼酸注入系统，所述A列硼酸注入系统和B列硼酸注入系统的一端分别通过设置在安全壳外的两个硼酸注入箱取水，另一端分别向一回路冷段提供浓硼水。

3.如权利要求2所述的一种安全注入系统，其特征是：所述A列硼酸注入系统设置在安全壳外一侧的厂房内，B列硼酸注入系统设置在安全壳外另一侧的厂房内。

4.如权利要求3所述的一种安全注入系统，其特征是：所述安全注入系统还包括安注箱注入子系统，所述安注箱注入子系统设置在安全壳内，安注箱注入子系统的末端与一回路冷段连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种安全注入系统，其特征是：所述A1中压安注泵和B1中压安注泵的出水管线在进入安全壳后合并成一条注入母管，通过该母管与一回路的冷段和热段连接。

6.如权利要求5所述的一种安全注入系统，其特征是：所述A2低压安注泵和B2低压安注泵的出水管线在进入安全壳后合并成一条注入母管，通过该母管与一回路的冷段和热段连接。

7.如权利要求6所述的一种安全注入系统，其特征是：所述换料水箱设置于安全壳的底部。