CN110534214A - 一种非能动核电厂蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站，可以有效的应对全厂失电叠加辅助给水系统故障的工况，保障蒸汽发生器二次侧水源的补给，有效提高反应堆的安全性，本发明设置多个补水箱，只要有一台蒸汽发生器压力满足要求，即可为事故列蒸汽发生器提供紧急注水，减少对外部资源的依赖，提高了核电厂应对事故工况的能力，为事故后人员干预提供了充足的时间，保障堆芯安全。

Description

一种非能动核电厂蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站

技术领域

本发明涉及核能技术领域，尤其涉及一种非能动核电厂蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站。

背景技术

目前，压水堆核电厂蒸汽发生器二次侧紧急注水技术主要有：

(1)辅助给水系统(ASG)

如图1所示，为应对蒸汽或给水管破裂事故，CPR1000机组设计了辅助给水系统，该系统作为应急手段，在主给水系统发生故障时，辅助给水系统投入运行向蒸汽发生器二次侧供水，使一回路维持一个冷源，排出堆芯剩余功率，直到堆芯余热排出系统允许投入运行为止。在此阶段，通过蒸汽发生器产生蒸汽来导出堆芯的热量。

辅助给水系统采用电动泵和汽动泵作为动力给蒸汽发生器二次侧供水。其中，电动泵由应急电源母线供电，汽动泵由主蒸汽管道主隔离阀上游的蒸汽驱动。

该系统在全厂失电叠加ASG汽动泵不可用的情况下，将无法为蒸汽发生器(SG)补水。

(2)蒸汽发生器非能动余热排出系统(ASP)

如图2所示，为了提高机组安全性能，三代机组通常设计了非能动的余热排出方式作为ASG系统的多样化设置。在ASG失效且急需应急手段排出一回路热量的工况下，采用非能动的方式排出堆芯热量。

蒸汽发生器非能动余热排出系统的工作原理是：通过在高于蒸汽发生器的位置设置水冷换热器，利用上升段蒸汽与下降段冷凝水的密度差作为自然循环动力，二次侧的给水通过自然循环冷却一回路冷却剂，最终将堆芯热量排向外界环境。

ASP的主要目的是通过非能动的方式带走蒸汽发生器一次侧的热量，该系统不能为蒸汽发生器提供应急补水。

(3)一种二次侧堆芯热量导出系统，该系统将非能动和能动相结合。

如图3所示，其非能动预热排出系统的每个系列包含一台置于事故冷却水箱内的非能动余热排出冷却器，利用自然对流的方式带走蒸汽发生器一次侧热量；

其能动子系列包括两个冗余的供水系列，每个供水系列的一段连接非能动子系统的事故冷却水箱，另一端与蒸汽发生器的主给水管道相连接；

在非能动余热排出冷却器的上游蒸汽管线和下游凝水管线之间还设有非能动补水箱。

该系统的基本思路为将ASG和ASP系统相结合，实现了能动补水和非能动热量导出的功能。该技术方案也继承了ASG系统的不足，在全厂失电的情况下，将失去对蒸汽发生器的供水能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的非能动核电厂蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，包括:

蒸汽发生器组，包括多台并列设置的蒸汽发生器；

补水箱组，包括多个并列设置的补水箱；

蒸汽管线，包括蒸汽母管；一端与所述蒸汽发生器组连接、另一端与所述蒸汽母管连接、用于将所述蒸汽发生器组的蒸汽引出并汇入到所述蒸汽母管的抽汽支管；以及一端与所述蒸汽母管连接、另一端与所述补水箱组连接、用于将所述蒸汽母管中的蒸汽分配到所述补水箱组的供汽支管；

注水管线，包括注水母管；一端与所述补水箱组连接、另一端与所述注水母管连接、用于将冷却剂从所述补水箱组引出并汇入到所述注水母管中的注水支管；以及一端与所述注水母管连接、另一端与所述蒸汽发生器组连接、用于将所述注水母管中的冷却剂分配到所述蒸汽发生器组的供水支管。

优选地，还包括设置在所述蒸汽母管管路上的压缩气体存储罐。

优选地，所述压缩气体存储罐内部设置有蒸汽加热器。

优选地，所述蒸汽母管在所述抽汽支管与所述供汽支管之间的一段设置有蒸汽母管隔离阀以及蒸汽母管逆止阀；

所述注水母管在两个所述注水支管之间设置有至少一个注水母管隔离阀。

优选地，所述抽汽支管上设置有抽汽支管隔离阀；

所述供汽支管上设置有供汽支管隔离阀；

所述注水支管上设置有注水支管隔离阀以及注水支管逆止阀；

所述供水支管上设置有供水支管隔离阀以及供水支管逆止阀。

优选地，还包括一端连接所述补水箱组、另一端连接外部水源以对所述补水箱组进行补水的补水支管；

所述补水支管设置有补水支管隔离阀以及补水支管逆止阀。

优选地，还包括设置在所述补水箱组上、用于排气的排气支管；

所述排气支管设置有排气支管隔离阀。

优选地，所述压缩气体存储罐的进口处设置有进汽隔离阀；

所述压缩气体存储罐的出口处设置有稳压阀。

优选地，所述压缩气体存储罐还设置有用于供凝汽排放的凝汽排放管线。

一种核电站，包括上述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统。

实施本发明具有以下有益效果：本发明的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站，可以有效的应对全厂失电叠加辅助给水系统故障的工况，保障蒸汽发生器二次侧水源的补给，有效提高反应堆的安全性。设置多个补水箱，只要有一台蒸汽发生器压力满足要求，即该列蒸发器的压力足够高时，利用高压蒸汽为补水箱内的除盐水提供足够的压头，为事故列蒸汽发生器提供紧急注水。减少对外部资源的依赖，提高了核电厂应对事故工况的能力。若蒸汽压力不足以提供足够的补水压头时，可利用高温蒸汽加热压缩气体获得较高的压力，从而将补水箱中的水注入到故障的蒸汽发生器中，恢复故障蒸汽发生器的水装量，进而恢复蒸汽发生器二次侧冷却功能，有利于事故工况下机组的控制，保障堆芯安全，并为事故后人员干预提供了充足的时间。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的一种辅助给水系统的结构示意图；

图2是现有的一种蒸汽发生器非能动余热排出系统的结构示意图；

图3是现有的一种二次侧堆芯热量导出系统的结构示意图；

图4是本发明的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统的应用策略流程图；

图5是本发明的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统的结构示意图；

图6是本发明的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统的另一结构示意图；

图7是本发明的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统的备用状态示意图；

图8是本发明的补水箱组的运行状态示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

一同参阅图5-图7，为本发明的非能动蒸汽发生器第二次紧急注水系统，包括:蒸汽发生器组，包括多台并列设置的蒸汽发生器，如图中所示，包括第一蒸汽发生器11、第二蒸汽发生器12、第三蒸汽发生器13，可以理解的，还可以有第四蒸汽发生器、第五蒸汽发生器等多个蒸汽发生器，即蒸汽发生器的数量根据实际情况进行设置，在本实施例中，蒸汽发生器的规格一致。

补水箱组，包括多个并列设置的补水箱，如图中所示，包括第一补水箱21、第二补水箱22以及第三补水箱23，当然，还可以设置有多个补水箱，其数量根据实际情况进行设置，在本实施例中，补水箱的规格一致，进一步的，补水箱的设置数量可以与蒸汽发生器的设置数量一致，也可以不一致，这里不做具体的限定。在本实施例中，补水箱采用密闭承压水罐。

蒸汽管线，包括蒸汽母管；一端与蒸汽发生器组连接、另一端与蒸汽母管连接、用于将蒸汽发生器组的蒸汽引出并汇入到蒸汽母管的抽汽支管；以及一端与蒸汽母管连接、另一端与补水箱组连接、用于将蒸汽母管31中的蒸汽分配到补水箱组的供汽支管。

注水管线，包括注水母管；一端与补水箱组连接、另一端与注水母管连接、用于将冷却剂从补水箱组引出并汇入到注水母管中的注水支管；以及一端与注水母管连接、另一端与蒸汽发生器组连接、用于将注水母管中的冷却剂分配到蒸汽发生器组的供水支管。

蒸汽母管在抽汽支管与供汽支管之间的一段设置有蒸汽母管隔离阀以及蒸汽母管逆止阀，注水母管在两个注水支管之间设置有至少一个注水母管隔离阀。抽汽支管上设置有抽汽支管隔离阀，供汽支管上设置有供汽支管隔离阀，注水支管上设置有注水支管隔离阀以及注水支管逆止阀，供水支管上设置有供水支管隔离阀以及供水支管逆止阀。

还包括一端连接补水箱组、另一端连接外部水源以对补水箱组进行补水的补水支管，补水支管设置有补水支管隔离阀以及补水支管逆止阀。以及，设置在补水箱组上、用于排气的排气支管，该排气支管设置有排气支管隔离阀。

以第一蒸汽发生器11及第一补水箱21为例，蒸汽管线包括蒸汽母管31；一端与第一蒸汽发生器11连接、另一端与蒸汽母管31连接、用于将第一蒸汽发生器11的蒸汽引出并汇入到蒸汽母管31的抽汽支管32；以及一端与蒸汽母管31连接、另一端与第一补水箱21连接、用于将蒸汽母管31中的蒸汽分配到第一补水箱21的供汽支管33。

注水管线，包括注水母管41；一端与第一补水箱21连接、另一端与注水母管41连接、用于将冷却剂从补水箱组引出并汇入到注水母管41中的注水支管42；以及一端与注水母管41连接、另一端与蒸汽发生器组连接、用于将注水母管41中的冷却剂分配到蒸汽发生器组的供水支管43。

蒸汽母管31在抽汽支管32与供汽支管33之间的一段设置有蒸汽母管隔离阀311以及蒸汽母管逆止阀312，注水母管41在两个注水支管之间设置有至少一个注水母管隔离阀411。

抽汽支管32上设置有抽汽支管隔离阀321，供汽支管33上设置有供汽支管隔离阀331，注水支管42上设置有注水支管隔离阀421以及注水支管逆止阀422，供水支管43上设置有供水支管隔离阀431以及供水支管逆止阀432。

还包括一端连接第一补水箱21、另一端连接外部水源以对第一补水箱21进行补水的补水支管51，补水支管51设置有补水支管隔离阀511以及补水支管逆止阀512，以及，设置在第一补水箱21上、用于排气的排气支管61，排气支管61设置有排气支管隔离阀611。

可以理解的，补水箱组中任一个的补水箱连接关系均一致，蒸汽发生器组中任一个的蒸汽发生器的连接关系均一致，因此，这里仅以第一补水箱21以及第一蒸汽发生器11的连接关系为例，不对整体系统连接关系进行赘述，并不会影响本领域技术人员对系统原理的理解。

参阅图8，为本发明补水箱的运行状态，包括三种：备用状态、注水状态和恢复状态。

以下，因为本发明补水箱组中任一补水箱规格以及连接关系一致，在此，以第一补水箱21为例。

备用状态：在备用状态下，蒸汽注入供汽支管隔离阀331、补水支管隔离阀511、注水支管隔离阀421和排气支管隔离阀611均处于关闭状态，第一补水箱21内存储一定容量的除盐除氧水。

注水状态：当需要将第一补水箱21中的水注入到故障失水状态的蒸汽发生器时，该第一补水箱21即工作在注水状态。在该状态下，供汽支管隔离阀331和注水支管隔离阀421开启，补水支管隔离阀511和排气支管隔离阀611均处于关闭状态。高压蒸汽或高压气体通过供汽支管隔离阀331注入到第一补水箱21上部的气空间，使得第一补水箱21加压，利用高压将第一补水箱21内的除盐除氧水注入到故障蒸汽发生器中，实现紧急注水的目的。

恢复状态：当第一补水箱21内的除盐除氧水注入到最低液位时，该第一补水箱21将无法继续工作在注水状态，需要给该第一补水箱21重新补水。在该模式下，供汽支管隔离阀331和注水支管隔离阀421关闭，补水支管隔离阀511和排气支管隔离阀611开启。此时，电厂其他外接水源可通过补水支管隔离阀511给第一补水箱21重新补水，使之恢复到备用状态。

在一些实施例中，还包括设置在蒸汽母管管路上的压缩气体存储罐71，该压缩气体存储罐71内部设置有蒸汽加热器72，压缩气体存储罐71的进口处设置有进汽隔离阀314，压缩气体存储罐71的出口处设置有稳压阀74，该压缩气体存储罐71还设置有用于供凝汽排放的凝汽排放管线73。

压缩气体存储罐71中的压缩气体应具备如下特征：容易压缩、沸点较低、比体积较小、无毒无腐蚀等的特，如二氧化碳气体。

压缩气体增压部分工作时，从蒸汽母管引出的高温蒸汽通过蒸汽加热器72，加热压缩气体存储罐71内的压缩气体使得气体升压，当压力高于稳压阀74定值时，稳压阀74开启，将高压的压缩气体通过气体排放管线注入到任一补水箱中，给补水箱增压，将冷却剂(如除盐除氧水)注入到故障蒸汽发生器中。

该压缩气体存储罐71中的存储的压缩气体容量可根据其加压所需注入的水量来确定，所需的最小注水量应至少使得1台蒸汽发生器恢复至可用状态。

本发明还涉及一种核电站，包括上述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统。

参阅图4，在事故工况下，使用该非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统的策略可以根据蒸汽发生器的压力和水装量进行判断。当至少1台蒸汽发生器失水时进入该事故处理策略，该系统可提供的事故处理策略有：

策略一：当至少1台蒸汽发生器压力高时，可以利用该蒸汽发生器的高压蒸汽，通过高压蒸汽注水部分给故障的蒸汽发生器提供紧急注水。

策略二：当全部蒸汽发生器压力都不足以将补水箱中的水注入到故障蒸汽发生器时，此时可以使用高温蒸汽通过压缩气体增压注水部分给其中1台蒸汽发生器紧急注水，使其恢复水装量。待堆芯的热量将该蒸汽发生器重新加热后，压力满足条件的情况下，重新使用策略一给故障蒸汽发生器注水，直至3台蒸汽发生器的水装量满足要求。

具体的，以下为本发明非能动蒸汽发生器二次紧急注水系统的应用策略示例说明，包括高压蒸汽注水工作原理和压缩气体增压注水工作原理。

在一些实施例中，采用高压蒸汽注水工作原理，在事故工况下，如第二蒸汽发生器12与第三蒸汽发生器13失水，且第一蒸汽发生器11的压力较高，将第一蒸汽发生器11的高压蒸汽注入到第一补水箱21中，给第一补水箱21中加压将储存的冷却剂(如除盐除氧水)注入到第二蒸汽发生器12与第三蒸汽发生器13中。补水箱组中的第一补水箱21首先投入到注水状态，当其储存的水全部排空或压力不足时，可以切换至第二补水箱22注水。当第一补水箱21在线至恢复状态。同理，当第二补水箱22不能注水时，再切换至第三补水箱23注水。第一补水箱21、第二补水箱22、第三补水箱23依次在“备用状态——注水状态——恢复状态——备用状态——……”之间进行切换，以满足故障蒸汽发生器持续补水的需要，并为应急人员恢复蒸汽发生器二次侧补水提供充足的时间。

在另一些实施例中，采用压缩气体增压注水工作原理，在事故工况下，若第一蒸汽发生器11、第二蒸汽发生器12和第三蒸汽发生器13压力均较低时，使用压缩气体增压给补水箱组加压，将存储的冷却剂注入到失水的蒸汽发生器。

以第二蒸汽发生器12和第三蒸汽发生器13失水，且第一蒸汽发生器11压力低水位正常的工况为例。此时，蒸汽母管隔离阀311关闭，第一蒸汽发生器11中的蒸汽母管31进入到压缩气体存储罐71的蒸汽加热器72中，利用蒸汽加热器72加热压缩气体增压，当压力高于稳压阀74定值时，稳压阀74开启，高压气体通过隔离阀V6进入第三补水箱23中，给第三补水箱23增压，将冷却剂注入到失水的第三蒸汽发生器13中，使得其恢复冷却堆芯的功能。

随着第三蒸汽发生器13二次侧被一回路加热，第三蒸汽发生器13压力逐渐升高，当压力高于设计定值时，可以使用前述的高压蒸汽注水工作原理，利用高压蒸汽继续对第一蒸汽发生器11和第二蒸汽发生器12进行注水，直至3台蒸汽发生器满足堆芯所需的水量。

本发明的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统及核电站，可以有效的应对全厂失电叠加辅助给水系统故障的工况，保障蒸汽发生器二次侧水源的补给，有效提高反应堆的安全性。设置多个补水箱，只要有一台蒸汽发生器压力较高，即可为事故列蒸汽发生器提供紧急注水，减少对外部资源的依赖，提高了核电厂应对事故工况的能力。利用高温蒸汽加热压缩气体升压的方式，将补水箱中的水注入到故障的蒸汽发生器中，恢复故障蒸汽发生器的水装量，恢复蒸汽发生器二次侧冷却功能，有利于事故工况下机组的控制，保障堆芯安全，并为事故后人员干预提供了充足的时间。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，包括:

蒸汽发生器组，包括多台并列设置的蒸汽发生器；

补水箱组，包括多个并列设置的补水箱；

蒸汽管线，包括蒸汽母管；一端与所述蒸汽发生器组连接、另一端与所述蒸汽母管连接、用于将所述蒸汽发生器组的蒸汽引出并汇入到所述蒸汽母管的抽汽支管；以及一端与所述蒸汽母管连接、另一端与所述补水箱组连接、用于将所述蒸汽母管中的蒸汽分配到所述补水箱组的供汽支管；

注水管线，包括注水母管；一端与所述补水箱组连接、另一端与所述注水母管连接、用于将冷却剂从所述补水箱组引出并汇入到所述注水母管中的注水支管；以及一端与所述注水母管连接、另一端与所述蒸汽发生器组连接、用于将所述注水母管中的冷却剂分配到所述蒸汽发生器组的供水支管。

2.根据权利要求1所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，还包括设置在所述蒸汽母管管路上的压缩气体存储罐。

3.根据权利要求2所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，所述压缩气体存储罐内部设置有蒸汽加热器。

4.根据权利要求1所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，所述蒸汽母管在所述抽汽支管与所述供汽支管之间的一段设置有蒸汽母管隔离阀以及蒸汽母管逆止阀；

所述注水母管在两个所述注水支管之间设置有至少一个注水母管隔离阀。

5.根据权利要求1所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，所述抽汽支管上设置有抽汽支管隔离阀；

所述供汽支管上设置有供汽支管隔离阀；

所述注水支管上设置有注水支管隔离阀以及注水支管逆止阀；

所述供水支管上设置有供水支管隔离阀以及供水支管逆止阀。

6.根据权利要求1所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，还包括一端连接所述补水箱组、另一端连接外部水源以对所述补水箱组进行补水的补水支管；

所述补水支管设置有补水支管隔离阀以及补水支管逆止阀。

7.根据权利要求1所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，还包括设置在所述补水箱组上、用于排气的排气支管；

所述排气支管设置有排气支管隔离阀。

8.根据权利要求2所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，所述压缩气体存储罐的进口处设置有进汽隔离阀；

所述压缩气体存储罐的出口处设置有稳压阀。

9.根据权利要求8所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统，其特征在于，所述压缩气体存储罐还设置有用于供凝汽排放的凝汽排放管线。

10.一种核电站，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的非能动蒸汽发生器二次侧紧急注水系统。