CN105244062B - 非能动蓄压安注系统和非能动蓄压安注方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非能动蓄压安注系统和非能动蓄压安注方法。所述非能动蓄压安注系统包括流量调节模块，其能够根据主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值的比较结果自动判断主回路系统发生了大破口事故还是发生了小破口事故，且在发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；在发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。采用本发明的设计，可以实现非能动蓄压安注功能的充分利用，既保证大破口事故下的高流量安注冷却需求，又能够在小破口事故条件下有效控制蓄压驱动的安注流量，延长注入时间，缩短空窗期时间长度，提高系统安全性能和裕度。

Description

非能动蓄压安注系统和非能动蓄压安注方法

技术领域

本发明涉及对核反应堆非能动蓄压安注技术的改进。具体而言，本发明涉及一种新型的在不影响发生大破口事故情况下原有蓄压安注设计功能的前提下在发生小破口事故时能够充分利用蓄压安注功能的非能动蓄压安注系统和非能动蓄压安注方法。

背景技术

1979年美国三哩岛、1986年前苏联切尔诺贝利以及2011年日本福岛核电厂事故发生后，全球范围更加关注超设计基准事故和严重事故，严重事故的预防和缓解成为核电站设计必须考虑的因素。美国西屋公司开发的AP600和AP1000，以及我国自主研发的CAP1400均采用了非能动安全技术用于预防和缓解核电站事故，保证反应堆安全。

非能动安全技术是指在事故条件下完全利用自然力完成各种冷却功能,其中自然力可由重力、蓄压气体压力、自然循环产生的驱动力等来产生，而无需使用泵及外部交流电源。因此，在提高了安全可靠性的同时大大简化了安全系统。

图1为一种现有技术的非能动堆芯冷却系统的示意性布置图（参见《非能动安全先进压水堆核电技术》，欧阳予，林诚格等，原子能出版社，2010）。美国西屋公司开发的AP600是全世界范围内最早取得设计许可的非能动核电站，在AP600的基础上，美国西屋公司进一步开发出了功率更高的AP1000。在引进AP1000技术的基础上，我国自主开发了CAP1400非能动核电站。非能动核电站的核心安全系统——非能动堆芯冷却系统（Passive Core-cooling system，简写PXS）的流程图如图1（来自AP1000 design and control document(Rev.17)）所示。当核电站出现事故——如被重点关注的小破口事故（SBLOCA）时，非能动堆芯冷却系统将提供堆芯的应急冷却，防止堆芯超温融化而发展为严重事故。

上面提到的这三种堆型所配备的PXS总体结构及运行原理相同，这套系统包括有：1）非能动余热排出系统（PRHR），用于事故初期堆芯余热的应急排出，依靠于自然循环驱动；2）非能动安注系统，该系统由堆芯补水箱 (CMT)，蓄压安注箱(ACC)，安全壳内换料水箱(IRWST)以及相应的安注管线组成，在失水事故下向堆芯提供应急冷却水，实现高压、中压、低压安注。堆芯补水箱5，蓄压安注箱6和安全壳内换料水箱3分别依靠自然循环、压缩气体及重力实现注入；3）自动降压系统（ADS），该系统由4级ADS组成，其中1-3级位于稳压器（PZR）顶部，第4级（ADS4）位于热管段顶部，在典型的小破口事故（SBLOCA）情况下，由CMT水位信号触发，依次打开，实现一个系统可控的降压过程，从而使得依靠自然力驱动的注入及循环冷却过程得以实现。

术语定义（大破口和小破口）

对于压水堆核电站主回路系统压力边界出现的破口失水事故（LOCA），依据破口尺寸大小，存在大破口失水事故（LBLOCA）和小破口失水事故（SBLOCA）两种事故瞬态过程截然不同的事故类型。在大破口失水事故条件下，一旦主回路系统出现破口，如主管道双端断裂事故，系统压力迅速降低，主回路内冷却剂短时间内大量闪蒸；而小破口事故条件下，虽然系统出现破口，但是由于破口尺寸较小，系统压力下降缓慢，并在系统压力降至饱和压力时还会出现压力相对稳定的时期。实际上，具体破口大小上的区分与堆型功率具体相关，例如，对于AP1000，（design control documents）DCD文件以10ft²的破口面积作为区分，大于等于10ft²为大破口，小于10ft²的为小破口。特别的当破口直径小于2-英寸时为典型小破口尺寸，该尺寸的小破口对系统安全的挑战最为典型，因此小破口的理论和试验研究通常以2-英寸为典型研究对象。

随着人们对核电站事故认识的深入，发现小破口事故对于核电站的安全带来更高的挑战，尤其是美国三哩岛的小破口事故导致了堆芯熔化这样的严重事故的出现。对于非能动核电站也是如此，图2为典型的AP600、AP1000和CAP1400非能动核电站小破口事故瞬态过程的解读示意图（Reyes J, Hochreiter L., 1998. Scaling analysis for the OSUAP600 test facility (APEX)[J]. Nuclear Engineering and Design, 1998, 186: 53-109）。通常可将小破口事故过程分解解读为五个典型的阶段，如图2中所示：

1） 欠热喷放阶段；

2） 饱和自然循环阶段；

3） ADS触发降压阶段；

4） IRWST安注阶段；

5） 长期地坑再循环阶段。

在欠热喷放阶段，冷却剂从小破口向安全壳内喷放，系统压力下降。一回路水装量减少导致稳压器水位降低，将触发安全信号，反应堆停堆，主泵停机，同时非能动余热排出热交换器和堆芯补水箱投入运行。

在饱和喷放自然循环阶段，系统压力降低至饱和压力，该压力值对应于蒸汽发生器二次侧压力释放阀门的设定压力，系统出现汽液两相流动。主回路通过堆芯与蒸汽发生器之间的温差形成了自然循环。同时，CMT依靠重力通过DVI管线向堆芯提供应急补水。

当CMT内水位降低至设定值时，将触发第1级ADS，在设定的延迟时间后依次打开第2级和第3级ADS。ADS1-3的投入导致系统压力加速下降，期间ACC在蓄压氮气的压力下通过DVI向堆芯快速注入大流量冷却水，当ACC排空后，CMT继续向堆芯补水，当水位下降至更低的设定值时，将触发第4级ADS，进一步加速主回路系统的降压。

当系统压力降低到接近大气压力时，IRWST中的储水能够通过重力作用由DVI注入堆芯，称为IRWST重力安注阶段。当IRWST水位降低到某个设定值时，将触发地坑循环管线上阀门的开启，建立地坑长期循环冷却。在系统压力降至IRWST依靠重力安注能够启动的压力以前，ACC和CMT储存的冷却水已经排空，系统出现了暂无冷却剂注入的阶段，该阶段是堆芯裸露风险最大的时期，因此，如果有方法能够缩短该无安注流量的空窗期，能够有效降低风险。

地坑内集水在密度差形成的驱动力的作用下通过地坑滤网、再循环管线和DVI进入压力容器，建立自然循环，将堆芯余热带出并通过非能动安全壳冷却系统导出到外部大气环境，称为地坑长期冷却循环阶段。

现有技术的非能动蓄压安注系统一般设有两只球形蓄压安注箱6(Accumulator,ACC)。由蓄压安注箱6顶部蓄有一定压力（例如5MPa）的氮气作为驱动力,在发生事故的情况下将蓄压安注箱内的冷却水通过蓄压安注管线7和DVI管线8压入堆芯2，完成非能动安注功能。

由ACC的驱动原理所决定，其水箱内储水向堆芯注入的流量直接由水箱和堆芯的压力差确定，高压差时流量高，反之亦然。安注管线上安装有固定的节流孔板以获得设计条件下的阻力，因此不同的事故情况下，其蓄压安注的阻力系数是固定的，不能够根据事故条件所需的冷却流量进行一定的调节。ACC设计时首要考虑的是对付大破口事故，即当系统发生大破口事故时，系统快速失水，同时压力迅速降低，而此时衰变功率还较高，需要较大量的冷却水补充。此时，ACC就依靠其内部气体压力将冷却水高流量的压入堆芯，达到瞬时大量补水的功能，以应对事故初期较大量的失水和较高的堆芯衰变功率。而小破口事故条件下，系统降压相对缓慢很多，系统压力首先要通过ADS1-3系统的排放将系统压力逐步释放，当系统压力降至ACC内蓄压氮气的压力时开始ACC安注过程，也同样出现大流量注入的情况。

图3所示为CAP1400整体性试验台架ACME的2-英寸小破口事故下的安注流量试验结果，该图为非能动堆芯冷却系统安注流量的分布图。由试验结果可以看出，ACC的流量都明显高于之前投入注入的CMT和后期即将投入的IRWST，在较短的时间内排空，在小破口事故中ACC安注启动的时刻，系统对应的衰变功率相对于事故初期已经大幅下降，因此，可以分析出，该情况下ACC的大流量安注利用效率并不高。同时，在IRWST安注投入以前，ACC和CMT已经排空，此时主回路系统压力可能仍然不能降低到能够让IRWST依靠重力压头启动安注的程度，主回路系统进入了无明显安注流量的空窗期，堆芯出现裸露风险。

由此，除了试验结果，数值分析也证明了对于AP系列和CAP系列发生小破口事故时，风险较大的时期是在ADS4打开以后，IRWST水箱内储存的冷却水依靠液位重力驱动可以启动向堆芯的注入以前。在该过程中，ADS4正在为系统降压，ACC和CMT内的水已经排空，而此时主回路系统压力仍未降至足够IRWST内的水依靠重力压头就能够注入的程度，主回路系统进入了无冷却水注入堆芯的空窗期，堆芯存在裸露风险。

因此，所属领域的技术人员需要一种能够克服以上现有技术中所存在的缺点的新型非能动堆芯冷却系统和非能动蓄压安注方法。考虑在已有的非能动蓄压安注设计基础上作出改进，使得既能保证大破口事故条件下ACC所需提供的高流量注入性能，同时又能在小破口事故条件下，较好地调节和控制ACC的安注流量，充分利用ACC内储存的冷却水，根据应对的事故工况合理控制注入的流量，提高冷却剂的利用效率，延长ACC安注时间，为ADS4对系统降压使其压力降低到IRWST安注启动压力之前都能够保持持续不断的冷却水注入，或者说有效降低无水注入系统的空窗期时间长度，可有效提高系统的安全裕度，或应对未来更高功率核电站的事故。

发明内容

本发明的目的是在保证大破口事故条件下ACC所需提供的高流量安注性能的前提下，解决特别地针对小破口事故的情况下ACC大流量安注冷却并未充分利用的问题。本发明通过设置ACC安注流量调节模块，控制ACC安注流量，延长其排空时间，进而提高蓄压安注系统的安全裕度。

总体上，考虑ACC安注在大坡口初期和小破口中期的两种事故工况下，实现满足不同的流量的调节功能，考虑在ACC罐体到DVI总管之间的连接管路上对现有设计进行改变，在其上设置流量调节模块（如图4所示），该模块可以实现两个功能，一是区分事故工况（即大小破口事故），二是不同的工况下实现不同的流量调节要求。

由于是非能动设计，所以流量调节模块的加入不能突破任何非能动设计的特征，不能引入任何能动部件。同时，需要注意的是，流量调节模块的加入和新设备的引入不能带来其他不确定的风险，如设备失效不能导致ACC安注功能受到影响或可靠性低于原有设计。

本发明可直接用于AP1000，CAP1400及相关设置有非能动蓄压安注的系统。

除非特殊情况有其他限制，否则下列定义适用于本说明书中使用的术语。

此外，除非另行定义，否则本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的技术人员通常理解是一样的。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。

对于本发明而言，本申请中所使用的一些术语的定义如下：

如本文中所用，方向性术语“上”、“下”与说明书附图纸面上的具体方向是相一致的。术语“垂直”、“纵向”是指在说明书附图纸面上大体上竖直的方向；而“横向”、“水平”是指在说明书附图纸面上大体上水平的方向。

如本文所用，术语“约”是指数量、尺寸、配方、参数以及其他数量和特性是不精确的并且不需要是精确的值，但是可以与精确值近似和/或大于或小于精确值，以便反映容许偏差、测量误差等，以及所属领域的技术人员已公知的其他因素。

当本文在描述材料、方法或机械设备时带有“所属领域的技术人员已公知的”短语、或同义的词或短语时，该术语表示所述材料、方法和机械设备在提交本专利申请时是常规的，并且包括在本说明书内。同样涵盖于该描述中的是，目前非常规的但是当适用于相似目的时将成为所属领域公认的材料、方法、和机械。

如本文所用，术语“包含”、“含有”、“包括”、“涵盖”、“具有”或任何其他同义词或它们的任何其他变型均指非排他性的包括。例如，包括特定要素列表的工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些具体列出的要素，而是可以包括其他未明确列出的要素，或此类工艺、方法、制品或设备固有的要素。

术语“由…组成”、“由…构成”或任何其他同义词或它们的任何其他变型均指排他性的包括。例如，由特定要素构成的工艺、方法、制品或设备仅限于那些具体列出的要素。

具体而言，为实现本发明的上述目的而采用的技术方案如下所述：

1. 一种非能动蓄压安注系统，所述非能动蓄压安注系统包括：蓄压安注容器，以及分别与堆芯和所述蓄压安注容器相连通的蓄压安注管线，

其特征在于，

在所述蓄压安注管线上面设有流量调节模块，所述流量调节模块能够根据主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值的比较结果自动判断发生了大破口事故还是发生了小破口事故，并且在发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；在发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。

2. 根据技术方案1所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述预设基准值的大小在15秒300秒的范围内，当主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差小于所述预设基准值时，判断主回路系统发生了大破口事故；当主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差大于等于所述预设基准值时，判断主回路系统发生了小破口事故。

3. 根据技术方案2所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述非能动蓄压安注启动压力的预设值的大小在4.5 MPa－5.5 MPa的范围内。

4. 根据前述技术方案1-3中任一项所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述流量调节模块包括彼此间并联的第一管路和第二管路，在所述第一管路上设置有在判断发生了大破口事故的情况下才会爆破打开的爆破阀；在所述第二管路上设置有在判断发生小破口事故的情况下能够对安注流量进行调节的流量调节装置。

5. 根据技术方案4所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述流量调节装置是流量调节阀或流量调节孔板。

6. 根据前述技术方案1-3中任一项所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述流量调节模块包括快速动作的开度切换阀门，在判断发生了大破口事故的情况下，所述开度切换阀门保持全开；在判断发生小破口事故的情况下，所述开度切换阀门切换为与大破口事故设计流量的2/9到4/9相对应的开度。

7. 根据技术方案6所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述开度切换阀门的开度连续可调。

8. 根据技术方案6所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述开度切换阀门的开度非连续可调。

9. 一种非能动蓄压安注方法，所述非能动蓄压安注方法包括以下步骤：

在反应堆中设置根据前述技术方案1-8中任一项所述的非能动蓄压安注系统；

根据主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值的比较结果自动判断发生了大破口事故还是发生了小破口事故；

所述非能动蓄压安注系统在发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；所述非能动蓄压安注系统在发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。

10. 根据技术方案9所述的非能动蓄压安注方法，其特征在于，所述预设基准值的大小在15秒300秒的范围内，当主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差小于所述预设基准值时，判断主回路系统发生了大破口事故；当主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差大于等于所述预设基准值时，判断主回路系统发生了小破口事故，且所述非能动蓄压安注启动压力的预设值的大小在4.5 MPa－5.5 MPa的范围内。

采用本发明的技术方案可以获得以下有益技术效果：

采用本发明的设计（即在现有蓄压安注设计基础上进行改造），在不影响发生大破口事故情况下原有蓄压安注设计功能的前提下能够在发生小破口事故时实现ACC安注功能的充分利用。在保证应对大破口事故下的高流量安注冷却需求，同时在应对小破口事故条件下，能够有效控制安注流量，延长注入时间，充分利用ACC冷却效能，有效缩短介于ACC和CMT排空后IRWST安注投入前无水注入系统的空窗期的时间长度，提高现有系统的安全性能和裕度，也可为后续更大功率的非能动核电站提供ACC安注系统设计升级手段。本发明结构简单，经济成本低，可靠性高，适用于多种堆型的核电站及采用蓄压安注设备的系统。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。说明书附图并不一定是严格按照比例进行绘制的，且说明书附图仅仅是示意性的图示。在本申请的说明书附图中，使用相同或相似的附图标号表示相同或相似的元件。

图1为一种现有技术的非能动堆芯冷却系统的示意性布置图；

图2为非能动核电站小破口事故瞬态过程的解读示意图；

图3显示了CAP1400整体性试验台架ACME的2-英寸小破口事故下的安注流量试验结果，该图为非能动堆芯冷却系统安注流量的分布图；

图4 示出了本发明的非能动蓄压安注流量调节系统的设计原理图；

图5 为根据本发明第一实施例的非能动蓄压安注系统的示意图；和

图6 为根据本发明第二实施例的非能动蓄压安注系统的示意图。

部件及附图标记列表

1	反应堆压力容器
		2	堆芯
3	安全壳内换料水箱(IRWST)
		4	密封容器
5	堆芯补水箱(CMT)
		6	蓄压安注箱(ACC)
7	蓄压安注管线
		8	直接压力容器注射(DVI)管线
9	流量调节模块
		10	爆破阀
11	流量调节装置
		12	第一管路
13	第二管路
		14	开度切换阀门
15	流量调节孔板
		16	流量调节阀
17	电动阀门

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但是需要指出的是，本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由权利要求书来确定。

本发明提供一种非能动蓄压安注系统。图4 示出了本发明的非能动蓄压安注流量调节系统的设计原理图。如图4所示，本发明的非能动蓄压安注系统包括：蓄压安注容器6，以及分别与堆芯2和所述蓄压安注容器6相连通的蓄压安注管线7。在所述蓄压安注管线上面设有流量调节模块9，所述流量调节模块能够根据主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值X的比较结果自动判断发生了大破口事故还是发生了小破口事故。如果所述时间差小于预设基准值X，则判定发生了大破口事故；如果所述时间差大于等于预设基准值X，则判定发生了小破口事故。在发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；在发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。当然，所属领域的技术人员也可以想到：所述蓄压安注管线7可经由DVI管线8与反应堆压力容器1内的堆芯2相连通；所述蓄压安注管线7也可直接与反应堆压力容器1内的堆芯2相连通。

保守并优选地，所述预设基准值为200秒。当然，所属领域的技术人员也可根据实际作业经验和具体情况以将所述基准值X预设为其它数值，例如180秒、210秒等。所述基准值X的大小在15秒－300秒的范围内。优选地，所述基准值X的大小在150秒－260秒的范围内。当主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差小于200秒时，判断主回路系统发生了大破口事故；当主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差大于等于200秒时，判断所述主回路系统发生了小破口事故。

更加优选地，所述非能动蓄压安注启动压力被预设为5 MPa。当然，所属领域的技术人员也可根据实际作业经验和具体情况以将所述非能动蓄压安注启动压力预设为其它数值，例如4.8 MPa。所述非能动蓄压安注启动压力预设值的大小在4.5 MPa－5.5 MPa的范围内。

优选地，所述流量调节模块9包括彼此间并联的第一管路12和第二管路13，在所述第一管路上设置有在判断发生了大破口事故的情况下才爆破打开的爆破阀10；在所述第二管路上设置有在判断发生小破口事故的情况下能够对安注流量进行调节的流量调节装置11。

更加优选地，所述流量调节装置11是流量调节阀或流量调节孔板。

优选地，所述流量调节模块9包括快速动作的开度切换阀门14，在判断发生了大破口事故的情况下，所述开度切换阀门保持全开；在判断发生小破口事故的情况下，所述开度切换阀门切换为与大破口事故设计流量的2/9到4/9相对应的开度。

更加优选地，所述开度切换阀门14的开度连续可调。

更加优选地，所述开度切换阀门14的开度非连续可调。

本发明还提供了一种非能动蓄压安注方法，所述非能动蓄压安注方法包括以下步骤：

在反应堆中设置如前文中所述的非能动蓄压安注系统；

根据主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值的比较结果自动判断发生了大破口事故还是发生了小破口事故；

所述非能动蓄压安注系统在主回路系统发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；所述非能动蓄压安注系统在主回路系统发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。

在本发明的非能动蓄压安注方法中，所述预设基准值保守并优选为200秒，当所述主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差小于200秒时，判断所述主回路系统发生了大破口事故；当所述主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差大于等于200秒时，判断所述主回路系统发生了小破口事故，且所述非能动蓄压安注启动压力被优选预设为5 MPa。

实施例1

图5 为根据本发明第一实施例的非能动蓄压安注系统的示意图。如图5所示，保留原ACC系统安注管线的条件下，新增加了并联管路，并联管路12为原管路，并在其上增加爆破阀，其流动阻力保持和原设计一致。新增并联管路13为应对小破口事故。

为应对大破口事故下所需的大流量注射功能，同时保持非能动特性，并联管路12设置有爆破阀，该爆破阀开启的条件为判断系统发生大破口条件。为了正确判断系统是否发生大破口，可以根据系统触发停堆和之后系统降压达到ACC安注启动压力的时间作为判断基准。根据AP1000的DCD（design control documents）文件（19版）第15章第4节的LOCA事故分析，对于典型破口的时间序列对比如表1所示（其中破口发生时刻为0S）：

表1 LOCA事故条件下的停堆时刻和ACC安注启动时刻对比表

事故类型	停堆信号（R信号）时刻	ACC安注启动时刻
			冷段双端断裂	2.2s	18s
10-英寸破口	6.4s	85s
			DVI双端断裂	18.6s	254s
ADS误触发	37.8s	268s
			2-英寸破口	61s	1405s

由表1可见，当系统压力降至接近ACC安注启动时的压力，以5MPa为准，其时刻与停堆信号产生时刻的时间差大小来判断是否启用大破口ACC安注并联管线12。具体为系统到达5MPa的时刻t2与系统产生S信号时刻t1做差，若t2-t1的值小于X值，则判断发生大破口，打开ACC安注管线1，满足打破口条件下瞬时高流量补水的要求。为了保守起见，将DEDVI也同样视为大破口失水事故处理，则X值可定为260秒。这样，在系统发生低于DEDVI双端断裂破口尺寸的事故下，ACC的工作方式按照小破口处理，利用并联管线13，进行流量调节，延长ACC的安注时间，减少小破口条件下，ACC、CMT排空，IRWST未注入这一时间段的长度，充分利用ACC安注，降低堆芯裸露风险。

对于并联管路13，为应对小破口事故，设置流量调节装置，采用非能动流量调节阀，可以根据驱动差自动调节流量。或者采用孔板，孔板阻力系数设计利用进行分析设计，在驱动压差不变，流量要求调节为发生大破口事故情况下原有设计流量的2/9到4/9范围内，在维持原有管径的条件下，可以将孔板阻力系数调整为81/4到81/16的范围内。通过设置流量调节装置可以实现小破口事故下，ACC安注流量控制的功能。

若判断为发生大破口，则爆破阀开启，ACC依靠蓄压气体压力对系统进行大流量安注。若判断未发生大破口，则爆破阀保持常闭状态，管路12不工作。水箱中的冷却水通过并联管路13注入堆芯2，通过流量调节装置11，设置为阻力系数较大的孔板，或者为了达到更为精确的流量调节，可使用非能动的流量自动调节阀。非能动流量自动调节阀一般可通过流速动压和内设的弹簧弹性力之间的平衡达到开度自动调节的效果，当驱动压差较大时，弹簧压缩量增加，阀门开度增大;当驱动压差较小时，弹簧压缩量减小，阀门开度减小。当驱动压差尚未建立时，弹簧将节流阀件完全推开，达到最大开度。目前市面上已有成熟的非能动流量自动调节阀产品，可以根据具体使用环境，设定流量控制范围，从而进行阀门的设计和生产。

该实施例的技术特点是在不影响发生大破口事故情况下原有ACC安注大破口设计功能的前提下，在原有系统设计基础上，通过增加并联管路和增设流量调节装置，完全符合系统设计的非能动要求，不依靠外力，达到充分利用ACC安注冷却效率的目的，提高系统安全裕度。同时，新增设备的失效，爆破阀的误开启，不会使得其安注能力低于原有设计。

实施例2

图6 为根据本发明第二实施例的非能动蓄压安注系统的示意图。如图6所示，保留原ACC系统安注管线的条件下，在孔板和电动阀门之间增加快速动作的，可以是气动驱动机构的开度切换阀门，其中开度并非连续可调，只具备全开和半开两种工作模式，正常状态下位全开模式。

若判断发生大破口，则保持该阀门的全开状态，ACC依靠蓄压气体压力对系统进行大流量安注。若判断未发生大破口，则开度切换阀动作，切换为半开状态。判断系统是否发生了大破口事故的方法和实施例1相同。

开度切换阀门的半开状态的流通面积大小由阻力系数设计要求确定。阀门半开的阻力系数设计利用进行分析设计，在驱动压差不变，流量要求调节为发生大破口事故情况下原有设计流量的2/9到4/9范围内，在维持原有管径的条件下，可以将孔板阻力系数调整为81/4到81/16的范围内。

采用本发明的技术方案可以获得以下技术效果：

采用本发明的设计（即在现有蓄压安注设计基础上进行改造），在不影响发生大破口事故情况下原有蓄压安注设计功能的前提下能够在发生小破口事故时实现ACC安注功能的充分利用。在保证应对大破口事故下的高流量安注冷却需求，同时在应对小破口事故条件下，能够有效控制安注流量，延长注入时间，充分利用ACC冷却效能，有效缩短介于ACC和CMT排空后IRWST安注投入前无水注入系统的空窗期的时间长度，提高现有系统的安全性能和裕度，也可为后续更大功率的非能动核电站提供ACC安注系统设计升级手段。本发明结构简单，经济成本低，可靠性高，适用于多种堆型的核电站及采用蓄压安注设备的系统。

以上虽然已结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的说明，但是需要指出的是，本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由所附的权利要求书来确定。所属领域的技术人员可在不脱离本发明的技术思想和主旨的范围内对这些实施方式进行适当的变更，而这些变更后的实施方式显然也包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非能动蓄压安注系统，所述非能动蓄压安注系统包括：蓄压安注容器，以及分别与堆芯和所述蓄压安注容器相连通的蓄压安注管线，

其特征在于，

在所述蓄压安注管线上面设有流量调节模块，所述流量调节模块能够根据主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值的比较结果自动判断发生了大破口事故还是发生了小破口事故，并且在发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；在发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。

2.根据权利要求1所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述预设基准值的大小在15秒－300秒的范围内，当所述主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差小于所述预设基准值时，判断主回路系统发生了大破口事故；当主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差大于等于所述预设基准值时，判断主回路系统发生了小破口事故。

3. 根据权利要求2所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述非能动蓄压安注启动压力的预设值的大小在4.5 MPa－5.5 MPa的范围内。

4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述流量调节模块包括彼此间并联的第一管路和第二管路，在所述第一管路上设置有在判断发生了大破口事故的情况下才爆破打开的爆破阀；在所述第二管路上设置有在判断发生小破口事故的情况下能够对安注流量进行调节的流量调节装置。

5.根据权利要求4所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述流量调节装置是流量调节阀或流量调节孔板。

6.根据前述权利要求1-3中任一项所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述流量调节模块包括快速动作的开度切换阀门，在判断发生了大破口事故的情况下，所述开度切换阀门保持全开；在判断发生小破口事故的情况下，所述开度切换阀门切换为与大破口事故设计流量的2/9到4/9相对应的开度。

7.根据权利要求6所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述开度切换阀门的开度连续可调。

8.根据权利要求6所述的非能动蓄压安注系统，其特征在于，所述开度切换阀门的开度非连续可调。

9.一种非能动蓄压安注方法，所述非能动蓄压安注方法包括以下步骤：

在反应堆中设置根据前述权利要求1-8中任一项所述的非能动蓄压安注系统；

根据主回路系统触发停堆时刻与随后主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差与预设基准值的比较结果自动判断发生了大破口事故还是发生了小破口事故；

所述非能动蓄压安注在主回路系统发生大破口事故的情况下以大破口事故设计流量进行安注；所述非能动蓄压安注系统在主回路系统发生小破口事故的情况下以大破口事故设计流量的2/9到4/9进行安注。

10. 根据权利要求9所述的非能动蓄压安注方法，其特征在于，所述预设基准值的大小在15秒－300秒的范围内，当所述主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差小于所述预设基准值时，判断所述主回路系统发生了大破口事故；当所述主回路系统触发停堆时刻与随后所述主回路系统降压达到非能动蓄压安注启动压力时刻的时间差大于等于所述预设基准值时，判断所述主回路系统发生了小破口事故，且所述非能动蓄压安注启动压力的预设值的大小在4.5 MPa－5.5 MPa的范围内。