CN111370153A - 核电厂非能动脉冲冷却方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂非能动脉冲冷却方法以及系统，所述方法在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时执行，所述方法包括：蒸发器隔离步骤、蒸发器功能分离步骤、冷却蒸发器卸压步骤、除氧器一级加压步骤、打通给水管线步骤、除氧器二级加压步骤，本发明可以在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时，将核电厂的多个蒸发器进行功能分离，分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分，利用核蒸汽供应系统内高压蒸汽与冷却蒸发器的压差作为注水动力，用蒸汽管线和动力蒸发器的高压蒸汽为除氧器增压，开启冷却蒸发器的大气排放阀降压，利用压差以非能动的方式将除氧器内的水注入到冷却蒸发器内，实现对蒸汽发生器的注水。

Description

核电厂非能动脉冲冷却方法以及系统

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种核电厂非能动脉冲冷却方法以及系统。

背景技术

核反应堆停堆后需要继续冷却堆芯带走衰变热以避免堆芯融化造成放射性物质不可控释放。余热排出相关系统的可靠性直接关系到事故机组的控制。

2011年日本福岛核事故，是一起由于地震和海啸导致核电厂丧失全部电源和水源，堆芯失去强迫冷却手段，不能导出燃料余热造成堆芯融化，放射性物质向环境大量释放的7级核安全事故。类似于福岛核电厂发生的“全厂失电(SBO)叠加失去全部给水”的极限事故，有以下特点：

(1)由于全厂失电，安全级和非安全级电动机全部失效，无法执行注水功能；

(2)立即或经过一段延时后蒸发器失去冷却水注入；

(3)电厂当班人员无法有效控制机组，需外部力量援助，但各类外援需要一定时间才能就位(15分钟至数小时不等)；

(4)外部救援设备的接入需要一定时间(3小时以上)；

(5)功率运行时蒸发器内存水较少，如果同时发生全厂失电和失去全部给水事故，紧急停堆后在余热作用下，蒸发器将很快干涸，一回路将升温升压至稳压器安全阀开启定值，以安全阀开启作为排放热量的手段，直至堆芯裸露、升温、融化。根据研究，约0.75-1小时蒸发器干涸，2-2.5小时堆芯融化。

中国CPR1000系列压水堆核电机组采用的状态导向法事故规程(SOP)，考虑了全厂失电事故和失去全部给水事故，但未考虑这两种事故的叠加。其中：全厂失电事故由ECP1程序应对，依靠汽动辅助给水泵维持堆芯冷却，水压试验泵防止轴封破口，等待恢复电源供应；失去全部给水事故由ECP4程序应对，利用“充-排模式”维持堆芯冷却并后撤。对于全厂失电叠加失去全部给水事故，随着蒸发器干涸，需要进入ECP4程序(应对NSSS状态降级)，但此时向一回路充水手段(高压安注)丧失，“充-排模式”加速一回路冷却剂的流失，将导致堆芯提前融化(两小时之内)。而如果不进入ECP4程序，仍然执行ECP1程序，将出现堆芯裸露后一回路仍处于100bar以上的情况，最终导致高压熔堆、安全壳直接加热的恶劣后果。

福岛核事故之后，针对“全厂失电(SBO)叠加失去全部给水”极端事故，中国核电厂也采取了一系列的改进措施，比如增设了一次侧、二次侧临时注水系统加以应对。但是这些系统接入并投运一般需要3-4小时，福岛事故后的改进措施投入运行之前缺乏缓解措施，留给应急人员操作的时间十分紧张。

此外，以AP1000为代表的第三代核电机组，通常采用钢制安全壳及安全壳顶部水箱的结构，以及二次侧非能动冷却系统，可有效应对全厂失电叠加失去全部给水的工况。但该设计在第二代核电机组上应用难度较大，改造困难，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电厂非能动脉冲冷却方法以及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂非能动脉冲冷却方法，用于在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时执行，所述方法包括如下步骤：

蒸发器隔离步骤：关闭各蒸汽发生器的大气排放阀，将各蒸汽发生器与二回路除氧器之间的蒸汽管线、给水管线全部隔离，所述蒸汽管线包括：蒸汽母管；连接各个蒸汽发生器与所述蒸汽母管的排汽支管；连接所述蒸汽母管与除氧器的除氧器供汽支管；以及连接所述蒸汽母管与除氧器且设置有稳压阀和气动隔离阀的蒸汽增压管线；

蒸发器功能分离步骤：根据事故处理策略的需求选择运行模式，根据运行模式将所有蒸汽发生器划分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分；

冷却蒸发器卸压步骤：调低冷却蒸发器的大气排放阀的压力设定值，等待冷却蒸发器的大气排放阀打开；

除氧器一级加压步骤：开启所述蒸汽增压管线上的气动隔离阀，以便利用蒸汽管线中的剩余高压蒸汽为所述除氧器加压；

打通给水管线步骤：解除冷却蒸发器的给水管线的隔离；

除氧器二级加压步骤：解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离，以维持常规岛蒸汽管线压力并持续向除氧器增压。

在本发明所述的方法中，所述方法通过如下方式将各蒸汽发生器与除氧器之间的蒸汽管线全部隔离：关闭各蒸汽发生器所连接的排汽支管上的主蒸汽隔离阀以及主蒸汽隔离阀的旁路上的主蒸汽旁路阀，关闭除氧器供汽支管上的除氧器蒸汽调节阀，关闭蒸汽增压管线上的气动隔离阀；

所述的解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离，包括：开启各蒸汽发生器的主蒸汽隔离阀的旁路上的主蒸汽旁路阀。

在本发明所述的方法中，所述方法通过如下方式将各蒸汽发生器与除氧器之间的给水管线全部隔离：关闭连接除氧器至给水母管的管线上的隔离阀，关闭各蒸汽发生器与所述给水母管之间的给水支管上的主给水调节阀以及主给水调节阀的旁路上的主给水旁路调节阀；

所述的解除冷却蒸发器的给水管线的隔离，包括：开启连接除氧器至给水母管的管线上的隔离阀，并开启所述给水母管至冷却蒸汽发生器之间的给水支管上的主给水调节阀和/或主给水调节阀的旁路上的主给水旁路调节阀。在本发明所述的方法中，所述的根据事故处理策略的需求选择运行模式，包括：

若出现失去全部给水事故，则选择极速后撤模式；

若出现全厂失电叠加失去全部给水事故，则选择维持模式；

其中，极速后撤模式下的冷却蒸发器的数量大于维持模式下的冷却蒸发器的数量。

在本发明所述的方法中，所述的根据运行模式将所有蒸汽发生器划分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分，包括：

在极速后撤模式下，从全部三台蒸汽发生器中划分出两台蒸汽发生器作为冷却蒸发器，剩下的一台蒸汽发生器作为动力蒸发器；

在维持模式下，从全部三台蒸汽发生器中划分出一台蒸汽发生器作为冷却蒸发器，剩下的两台蒸汽发生器作为动力蒸发器。

在本发明所述的方法中，所述冷却蒸发器卸压步骤具体包括：逐渐调低冷却蒸发器的大气排放阀的压力设定值以降低冷却蒸发器的压力，直至冷却蒸发器的大气排放阀完全打开。

本发明还构造了一种核电厂非能动脉冲冷却系统，用于实现如前任一项所述的方法，所述系统包括多个蒸汽发生器和二回路除氧器，所述多个蒸汽发生器和除氧器之间连接有蒸汽管线以及给水管线，所述蒸汽管线包括：蒸汽母管；连接各个蒸汽发生器与所述蒸汽母管、用于将各个蒸汽发生器的蒸汽引出并汇入到所述蒸汽母管的排汽支管；连接所述蒸汽母管与除氧器、用于将所述蒸汽母管中的蒸汽分配到除氧器的除氧器供汽支管；以及连接所述蒸汽母管与除氧器且设置有稳压阀和气动隔离阀的蒸汽增压管线。

在本发明所述的系统中，所述蒸汽增压管线上设置两个所述气动隔离阀和位于两个所述气动隔离阀之间的一个所述稳压阀。

在本发明所述的系统中，所述蒸汽增压管线的一端连接蒸汽母管；另一端连接除氧器上与除氧器的气空间直接连通的接口，或者另一端连接除氧器供汽支管的除氧器蒸汽调节阀的下游位置，或者另一端连接除氧器的进水管线。

在本发明所述的系统中，所述给水管线包括：给水母管；从除氧器连接至所述给水母管的管线；以及连接所述给水母管和各蒸汽发生器、将所述给水母管中的介质分配到各蒸汽发生器的给水支管；其中，每个蒸汽发生器所连接的给水支管上设置主给水调节阀，主给水调节阀的旁路上设置主给水旁路调节阀；

各蒸汽发生器所连接的排汽支管上设置主蒸汽隔离阀和位于主蒸汽隔离阀上游的大气排放阀，每个主蒸汽隔离阀的旁路上设置主蒸汽旁路阀。

本发明的核电厂非能动脉冲冷却方法以及系统，具有以下有益效果：

1)本发明可以在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时，将核电厂的多个蒸发器进行功能分离，分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分，利用核蒸汽供应系统内高压蒸汽与冷却蒸发器的压差作为注水动力，用蒸汽管线和动力蒸发器的高压蒸汽为除氧器增压，开启冷却蒸发器的大气排放阀降压，利用压差以非能动的方式将除氧器内的水注入到冷却蒸发器内，实现对蒸汽发生器的注水，本发明的整个运行过程中，进水阶段和排汽阶段呈现交错周期变化的形态，冷却功率以脉冲非线性的形式变化，从而完成对一回路的冷却；

2)为全厂失电叠加失去全部给水事故提供一种首选应对措施，稳定一回路温度，延缓堆芯融化时间，为后续福岛事故后改进措施、应急支持等提供充足的时间，有助于事故控制；为全部给水事故提供一种缓解手段，避免机组进入“充排模式”，造成机组长时间大修甚至提前退役的严重后果；

3)不依赖电源，在全厂失电的情况下仍能建立蒸发器给水。根据机组实际可用设备，利用核蒸汽供应系统内的高压设备与低压冷却蒸发器之间的压差，以非能动的方式为蒸汽发生器供水，恢复堆芯冷却。

4)使用除氧器的高温水作为给水水源，除氧器内的除氧水温度较高，水质优良，含氧量低无杂质，对蒸发器损伤影响小；

5)对系统正常运行无影响，但可解决福岛后改进项的遗留问题。同时可以优化失去全部给水事故的控制策略，避免事故升级而使用“充排模式”，导致机组长时间维修甚至提前退役的严重后果；

6)对机组现有设备功能的深度挖潜，具有对机组改造小、成本低、便于实施的优点；

7)在所有装备了除氧器的核电厂均可配置非能动脉冲冷却系统，可以整体提升核电厂应对极限事故的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明的核电厂非能动脉冲冷却系统的结构示意图；

图2是本发明蒸汽增压管线的第一种连接方示意图；

图3是本发明蒸汽增压管线的第二种连接方示意图；

图4是本发明蒸汽增压管线的第三种连接方示意图；

图5是本发明的核电厂非能动脉冲冷却方法的流程图；

图6是一个具体实例中执行步骤S1和S2后的系统的状态示意图；

图7是一个具体实例中执行步骤S3后的系统的状态示意图；

图8是一个具体实例中执行步骤S4的系统的状态示意图；

图9是一个具体实例中执行步骤S5的系统的状态示意图；

图10是一个具体实例中执行步骤S6的系统的状态示意图。

具体实施方式

由于全厂失电，所有转动设备均失效，无法通过水泵向蒸汽发生器供水。本发明可以通过一种通过非能动的方式，利用核蒸汽供应系统及高压蒸发器内的高温高压蒸汽给除氧器增压，从而将除氧器水箱内的水注入到低压蒸发器内，从而冷却堆芯。

本发明总的思路是：在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时，首先将蒸发器的蒸汽管线、给水管线全部隔离，然后将所有的蒸发器进行功能分离，根据事故处理策略的需求选择运行模式，根据运行模式将所有蒸汽发生器划分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分，再针对冷却蒸发器进行卸压，然后开启所述蒸汽增压管线上的气动隔离阀，利用蒸汽管线中的剩余高压蒸汽为所述除氧器进行一次加压，再打通给水管线，解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离以对除氧器二级加压，如此投入运行后，利用核蒸汽供应系统内高压蒸汽与冷却蒸发器的压差作为注水动力，用蒸汽管线和动力蒸发器的高压蒸汽为除氧器增压，开启冷却蒸发器的大气排放阀降压，利用压差以非能动的方式将除氧器内的水注入到冷却蒸发器内，实现对蒸汽发生器的注水，本发明的整个运行过程中，进水阶段和排汽阶段呈现交错周期变化的形态，冷却功率以脉冲非线性的形式变化，从而完成对一回路的冷却。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，本发明的核电厂非能动脉冲冷却方法可以通过图1的系统实现，所述系统包括多个蒸汽发生器和二回路除氧器，蒸汽发生器的数量并不做限制，一般是三个。蒸汽发生器和二回路除氧器都是核电系统中常见的设备。所述多个蒸汽发生器和除氧器之间连接有蒸汽管线以及给水管线。

其中，所述蒸汽管线包括：

1)蒸汽母管；

2)多个排汽支管，与多个蒸汽发生器一一对应，各排汽支管分部连接对应的蒸汽发生器与所述蒸汽母管，多个排汽支管用于将各个蒸汽发生器的蒸汽引出并汇入到所述蒸汽母管。其中，各蒸汽发生器所连接的排汽支管上设置主蒸汽隔离阀和位于主蒸汽隔离阀上游的大气排放阀，每个主蒸汽隔离阀对应设置了一个旁路，每个主蒸汽隔离阀的旁路上设置主蒸汽旁路阀。

3)除氧器供汽支管，连接所述蒸汽母管与除氧器，用于将所述蒸汽母管中的蒸汽分配到除氧器。所述除氧器供汽支管上设置除氧器蒸汽调节阀。

4)蒸汽增压管线，连接所述蒸汽母管与除氧器，蒸汽增压管线上设置有稳压阀(即减压稳压阀)和气动隔离阀。具体的，本实施例中的蒸汽增压管线上设置两个所述气动隔离阀和位于两个所述气动隔离阀之间的一个所述稳压阀。气动隔离阀为失气开启设计，在全厂失电的情况下，只需放气即可开启阀门投运该管线。稳压阀的目的是保证除氧器水箱压力不超过设计压力，稳定除氧器水箱内压力，保障除氧器的安全。

以上的蒸汽母管、排汽支管、除氧器供汽支管皆为核电系统既有的管线，本发明仅需增加蒸汽增压管线即可，所述蒸汽增压管线的一端连接蒸汽母管，另一端连接除氧器。为了在除氧器上接入蒸汽增压管线，本发明提供三种方式：

第一种方式，是将蒸汽增压管线连接除氧器供汽支管的除氧器蒸汽调节阀的下游位置。参考图2，此种方式可以使用除氧器原有的蒸汽分配装置，蒸汽经由浸泡在水中的鼓泡管流出，加热除氧器水箱中的给水，同时给除氧器除氧和增压。该方式优势为改造工作量最小。这种方式的不足之处是由于高压蒸汽直接进入水中，除氧器增压速度较慢，同时加热除氧器内的水，消耗蒸汽且较高焓值的给水不利于带走一回路热量。

第二种方式，是将蒸汽增压管线连接除氧器的进水管线。参考图3，此种方式下，蒸汽经过进水管线出口的给水喷雾器(图中三角形所示表示给水喷雾器)进入除氧器水箱的上部空间，直接给除氧器增压。该方式可直接将高压蒸汽注入到除氧器上部气空间，迅速为除氧器增压，不需要用蒸汽加热给水，减少对高压蒸汽的消耗，较低焓值的给水有利于冷却蒸发器带走更多的热量。这种方式的不足之处是，由于除氧器给水管线出口安装有喷雾器，增加了高压蒸汽注入阻力。

第三种方式，是将蒸汽增压管线连接除氧器上与除氧器的气空间直接连通的接口。参考图4，该方式蒸汽通过该管线直接进入除氧器水箱上部空间，给除氧器增压。该种方式虽然会增加少量改造成本，但具备连接第二种方式的优势同时，能够最大限度减小蒸汽注入阻力，有利于快速给除氧器增压。

当然，以上的三种连接方式的目的相同，都是为了将蒸汽引入除氧器，均属于本发明的保护范围。

其中，所述给水管线包括：

1)从除氧器连接至蒸发器给水母管的用于给水的管线，该管线一般使用机组二回路已有管线，如高压加热器旁路管线等，尽量减少沿程流动阻力；

2)与上述1)中的管线连接的给水母管。给水母管用于将除氧器内的水输送至各蒸汽发生器内。

3)多个给水支管，与多个蒸汽发生器一一对应，各给水支管分部连接对应的蒸汽发生器与所述给水母管，用于将所述给水母管中的介质分配到各蒸汽发生器。每个蒸汽发生器所连接的给水支管上设置主给水调节阀，每个主给水调节阀对应设置了一个旁路，每个主给水调节阀的旁路上设置主给水旁路调节阀。

基于以上系统，可以实现本发明的核电厂非能动脉冲冷却方法，本发明的方法是在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时执行，参考图5，所述方法包括如下步骤：

S1)蒸发器隔离步骤：关闭各蒸汽发生器的大气排放阀，将各蒸汽发生器与二回路除氧器之间的蒸汽管线、给水管线全部隔离。

具体的，通过如下方式将各蒸汽发生器与除氧器之间的蒸汽管线全部隔离：关闭各蒸汽发生器所连接的排汽支管上的主蒸汽隔离阀以及主蒸汽隔离阀的旁路上的主蒸汽旁路阀，关闭除氧器供汽支管上的除氧器蒸汽调节阀，关闭蒸汽增压管线上的两个气动隔离阀。实际上，主蒸汽旁路阀、气动隔离阀平时都是关闭的，所以本步骤实际上主要是关闭主蒸汽隔离阀。

具体的，通过如下方式将各蒸汽发生器与除氧器之间的给水管线全部隔离：关闭连接除氧器至给水母管的管线上的隔离阀，关闭各蒸汽发生器与所述给水母管之间的给水支管上的主给水调节阀以及主给水调节阀的旁路上的主给水旁路调节阀。

S2)蒸发器功能分离步骤：根据事故处理策略的需求选择运行模式，根据运行模式将所有蒸汽发生器划分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分。其中，动力蒸发器是指用于给除氧器加压的蒸发器。冷却蒸发器指将要用于接受除氧器来水，用于冷却一回路的蒸发器。

优选地，一个优选实施方式中，该步骤具体包括：若出现失去全部给水事故，则选择极速后撤模式；若出现全厂失电叠加失去全部给水事故，则选择维持模式；其中，极速后撤模式下的冷却蒸发器的数量大于维持模式下的冷却蒸发器的数量。例如，核电系统存在三台蒸发器条件下，在极速后撤模式下，从全部三台蒸汽发生器中划分出两台蒸汽发生器作为冷却蒸发器，剩下的一台蒸汽发生器作为动力蒸发器；在维持模式下，从全部三台蒸汽发生器中划分出一台蒸汽发生器作为冷却蒸发器，剩下的两台蒸汽发生器作为动力蒸发器。

关于极速后撤模式：以三台蒸发器为例，失去全部给水事故发生后，由于安全级电源仍可用，RRA-RRI-SEC的冷却链路仍然有效，可以通过将2台蒸发器设置为“冷却蒸发器”，另外1台蒸发器设置为“动力蒸发器”，以最大速度进行除氧器加压和蒸发器注水，利用除氧器内的存水实现最大速度冷却，将一回路平均温度从300℃冷却至190℃，达到RRA投入条件，从而避免“充-排模式”的投入。

关于维持模式：同样以三台蒸发器为例，将1台蒸发器设置为“冷却蒸发器”，控制注水流量，稳定一回路温度，等待应急组织恢复给水系统运行。该模式可提供至少6小时应急缓冲时间，从而显著提升给水系统恢复的成功率。

关于“失去全部给水”事故：按照现有事故处理策略，将使用“充-排模式”维持堆芯冷却并后撤。该策略的实施分两步：1、等待；2、开启稳压器泄压管线，启动安注；3、投运安全壳喷淋，通过安全壳喷淋系统(EAS)冷却器将热量传至设备冷却水系统(RRI)，再由重要厂用水系统(SEC)将热量传至大海。该策略可以有效的将机组带至余热排出系统相连的状态，但对机组也存在较大的伤害。实施“充-排模式”操作后，机组可能面临长期停运进行系统设备维修，甚至直接退役的后果。本发明可作为机组失去全部给水事故的缓解手段，在“充-排模式”投入之前，使用本发明的方法和系统以脉冲的方式建立蒸发器给水，按照“极速后撤的模式”运行，将一回路后撤至余热排出系统连接状态，从而避免“充-排模式”的投入。

关于“全厂失电叠加失去全部给水”事故：按照现有的事故处理策略，“全厂失电”将依靠汽动辅助给水泵维持堆芯冷却，“失去全部给水”需要进入“充-排模式”。由于现有事故规程未考虑“全厂失电叠加失去全部给水事故”的情况。按照当前的事故程序，若进入“充-排模式”由于失电导致高压安注无法启动，一回路充水手段丧失，“充-排模式”加速一回路水流失，将导致堆芯提前融化(两小时之内)。如果不仅进入“充-排模式”，将出现堆芯裸露后一回路仍处于100bar以上的情况，最终导致高压熔堆、安全壳直接加热的恶劣后果。本发明可作为“全厂失电叠加失去全部给水事故”后应对措施，以“维持”模式运行，控制注水流量，稳定一回路稳定，等待应急力量恢复给水系统运行，争取应急缓冲时间，有利于给水系统的成功恢复。

S3)冷却蒸发器卸压步骤：调低冷却蒸发器的大气排放阀的压力设定值，等待冷却蒸发器的大气排放阀打开。如此，可以减少另外两台蒸发器耗水，并尽量降低一回路温度。

S4)除氧器一级加压步骤：开启所述蒸汽增压管线上的气动隔离阀，以便利用蒸汽管线中的剩余高压蒸汽为所述除氧器加压。

为了保证安全可靠，本步骤中优选是逐渐调低冷却蒸发器的大气排放阀的压力设定值以降低冷却蒸发器的压力，直至冷却蒸发器的大气排放阀完全打开

S5)打通给水管线步骤：解除冷却蒸发器的给水管线的隔离。

具体的，所述的解除冷却蒸发器的给水管线的隔离，包括：开启连接除氧器至给水母管的管线上的隔离阀，并开启所述给水母管至冷却蒸汽发生器之间的给水支管上的主给水调节阀和/或主给水调节阀的旁路上的主给水旁路调节阀。

S6)除氧器二级加压步骤：解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离，以维持常规岛蒸汽管线压力并持续向除氧器增压。其中，所述的解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离，具体包括：打开各蒸汽发生器的主蒸汽隔离阀的旁路上的主蒸汽旁路阀。

需要说明的是，上述的步骤S5和S6可同时进行。

执行以上步骤之后，由动力蒸发器的蒸汽维持除氧器压力稳定在设计最大值。冷却蒸发器迅速排出蒸汽，随着水装量减少，将逐渐接近干涸状态，冷却蒸发器压力降低，蒸汽排放流量下降。由于除氧器的蒸汽增压管线上的稳压阀可以保证除氧器的压力稳定，随着冷却蒸发器的压力逐渐降低，除氧器与冷却蒸发器之间的压差将逐渐增大，当压差增大到足够克服流动阻力时，除氧器内的水开始向冷却蒸发器注入，建立主给水流量，该阶段为进水阶段。进一步，随着冷却蒸发器内给水被加热汽化，蒸发器内压力上升，除氧器与冷却蒸发器压差又将减小，当压差不足以克服给水管线流动阻力时，主给水流量中断。此时，冷却蒸发器内的蒸汽排放流量迅速上升，从而带走一回路的热量，该阶段为排汽阶段。随着排汽的进行，冷却蒸发器内的水装量逐渐减少，压力降低，供水压差增大，主给水流量重新建立，继续进行新一轮冷却。整个运行过程中，进水阶段和排汽阶段呈现交错周期变化的形态，冷却功率以脉冲非线性的形式变化，从而完成对一回路的冷却。

下面以在CP1000机组配置非能动脉冲冷却系统为例进行说明。

1)水源

冷却堆芯需要足够的水源作为冷却介质。本例采用机组二回路除氧器(ADG)内的除氧水作为冷却水源。CPR1000机组的除氧器总容积708m³，正常运行时内部贮存有408m³饱和水和300m³饱和蒸汽。在不同ADG压力的ADG水装量的情况下，基于保守考虑假设除氧器内的水为饱和状态，计算停堆20分钟后冷却堆芯的维持时间，为177-426min。下表1示意了不同的ADG压力和ADG除氧器水装量下的停堆时间。

表1

2)注水动力

“全厂失电+失去全部给水”事故后，需要尽快恢复堆芯冷却，由于所有转动设备均失效，无法通过水泵向SG供水。蒸发器位置和压力较高，无法依靠重力势能实现注水。核蒸汽供应系统内仍然留存有大量的高温高压水和高温高压蒸汽，核蒸汽供应系统内的高压蒸汽与低压蒸发器之间的压力差可作为注水动力，驱动低压水注入蒸发器。

CPR1000机组的除氧器位于28米标高处，略高于蒸发器给水管线入口，非能动注水的势能差较小。除氧器设计最大压力为14bar.a。停堆后，蒸发器压力定值自动调整为78.5bar.g，即使主蒸汽隔离阀(MSIV)关闭，其下游管线内存汽压力也在60bar以上。这部分能量均可用于提升及维持除氧器压力至设计压力。

3)注水条件与注水通道

蒸发器隔离之后，需尽快打通注水通道，开启主给水调节阀和/或主给水旁路调节阀。由于冷却蒸发器的大气排放阀全部开启，冷却蒸发器内的水将迅速蒸发排出。随着蒸汽的排放，冷却蒸发器压力降低，除氧器与冷却蒸发器之间的压差将逐渐增大，当压差增大到足以克服流动阻力时，除氧器内的水将在压差的驱动下进入冷却蒸发器。

4)系统投运

以1台蒸发器作为冷却蒸发器，另外2台作为动力蒸发器为例，按照步骤S1-S6投运系统，具体的：参考图6，在经过步骤S1和S2之后，关闭了3台蒸发器的主蒸汽隔离阀。并将2号蒸发器作为冷却蒸发器，1号和3号蒸发器作为动力蒸发器。参考图7，执行步骤S3，调低冷却蒸发器的大气排放阀压力设定值，冷却蒸发器卸压。最终冷却蒸发器的大气排放阀全开。参考图8，执行步骤S4实现除氧器一级加压。开启除氧器蒸汽增压管线上的气动隔离阀，利用蒸汽管道余汽为除氧器加压至设计最大压力。参考图9，执行步骤S5，打通给水管线。参考图10，执行步骤S6，除氧器二级加压。该系统以脉冲的方式运行，进水阶段和排汽阶段交替进行，对蒸发器而言，交替处于接近干涸和充水升压的工况。其中，图6-10中将发生了状态变化的阀门用椭圆圈出。

开始冷却时，蒸发器一次侧温度约290℃，二次侧温度为170℃(13bar.a)，温差约120℃，随着冷却的进行，温差将逐渐降低。正常运行时，蒸发器一次侧进口温度327℃，二次侧给水温度224℃，蒸汽温度284℃，计算蒸发器再循环水的升温作用，管板处二次侧水温度约270℃，一二次侧温差约60℃。从温差上看，非能动脉冲冷却使用加压的除氧器，给水温度比正常运行时降低不多，蒸发器可以承受这一温差。冷却时，由于壁面会在干涸/再润湿的状态下反复，会对传热管产生一定的应力，由于冷却水与壁面温差较小，该应力亦应可承受。参考表2，我们利用专用工具计算M310机组和CPR1000机组ASG水箱维持时间，ASG水箱耗干后投运非能动脉冲冷却系统，可新增约14小时维持时间。将CPR1000机组自持时间延长至2天。

表2

综上，本发明的有益效果如下：

1)为“全场失电叠加失去全部给水”事故提供一种首选应对措施，稳定一回路温度，延缓堆芯融化时间，为后续福岛事故后改进措施、应急支持等提供充足的时间，有助于事故控制；

2)为“失去全部给水”提供一种缓解手段，避免机组进入“充排模式”，造成机组长时间大修甚至提前退役的严重后果；

3)引入了脉冲冷却的运行方式，该系统不依赖电源，在全厂失电的情况下仍能建立蒸发器给水。根据机组实际可用设备，利用核蒸汽供应系统内的高压设备与低压冷却蒸发器之间的压差，以非能动的方式为蒸汽发生器供水，恢复堆芯冷却。

4)使用除氧器的高温水作为给水水源，除氧器内的除氧水温度较高，水质优良，含氧量低无杂质，对SG损伤影响小；

5)对正常运行无影响，但可解决福岛后改进项的遗留问题。同时可以优化失去全部给水事故的控制策略，避免事故升级而使用“充排模式”，导致机组长时间维修甚至提前退役的严重后果；

6)是对机组现有设备功能的深度挖潜，具有对机组改造小、成本低、便于实施(仅新增数台阀门，十余米管道等)的优点；

7)在所有装备了除氧器的压水堆核电厂均可配置非能动脉冲冷却系统，可以整体提升核电厂应对极限事故的能力。

需要说明的是，本文中所述的“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种核电厂非能动脉冲冷却方法，用于在出现失去全部给水事故或者全厂失电叠加失去全部给水事故时执行，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

蒸发器隔离步骤：关闭各蒸汽发生器的大气排放阀，将各蒸汽发生器与二回路除氧器之间的蒸汽管线、给水管线全部隔离，所述蒸汽管线包括：蒸汽母管；连接各个蒸汽发生器与所述蒸汽母管的排汽支管；连接所述蒸汽母管与除氧器的除氧器供汽支管；以及连接所述蒸汽母管与除氧器且设置有稳压阀和气动隔离阀的蒸汽增压管线；

蒸发器功能分离步骤：根据事故处理策略的需求选择运行模式，根据运行模式将所有蒸汽发生器划分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分；

冷却蒸发器卸压步骤：调低冷却蒸发器的大气排放阀的压力设定值，等待冷却蒸发器的大气排放阀打开；

除氧器一级加压步骤：开启所述蒸汽增压管线上的气动隔离阀，以便利用蒸汽管线中的剩余高压蒸汽为所述除氧器加压；

打通给水管线步骤：解除冷却蒸发器的给水管线的隔离；

除氧器二级加压步骤：解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离，以维持常规岛蒸汽管线压力并持续向除氧器增压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法通过如下方式将各蒸汽发生器与除氧器之间的蒸汽管线全部隔离：关闭各蒸汽发生器所连接的排汽支管上的主蒸汽隔离阀以及主蒸汽隔离阀的旁路上的主蒸汽旁路阀，关闭除氧器供汽支管上的除氧器蒸汽调节阀，关闭蒸汽增压管线上的气动隔离阀；

所述的解除动力蒸发器所连接的排汽支管的隔离，包括：开启各蒸汽发生器的主蒸汽隔离阀的旁路上的主蒸汽旁路阀。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法通过如下方式将各蒸汽发生器与除氧器之间的给水管线全部隔离：关闭连接除氧器至给水母管的管线上的隔离阀，关闭各蒸汽发生器与所述给水母管之间的给水支管上的主给水调节阀以及主给水调节阀的旁路上的主给水旁路调节阀；

所述的解除冷却蒸发器的给水管线的隔离，包括：开启连接除氧器至给水母管的管线上的隔离阀，并开启所述给水母管至冷却蒸汽发生器之间的给水支管上的主给水调节阀和/或主给水调节阀的旁路上的主给水旁路调节阀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据事故处理策略的需求选择运行模式，包括：

若出现失去全部给水事故，则选择极速后撤模式；

若出现全厂失电叠加失去全部给水事故，则选择维持模式；

其中，极速后撤模式下的冷却蒸发器的数量大于维持模式下的冷却蒸发器的数量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据运行模式将所有蒸汽发生器划分为动力蒸发器和冷却蒸发器两部分，包括：

在极速后撤模式下，从全部三台蒸汽发生器中划分出两台蒸汽发生器作为冷却蒸发器，剩下的一台蒸汽发生器作为动力蒸发器；

在维持模式下，从全部三台蒸汽发生器中划分出一台蒸汽发生器作为冷却蒸发器，剩下的两台蒸汽发生器作为动力蒸发器。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却蒸发器卸压步骤具体包括：逐渐调低冷却蒸发器的大气排放阀的压力设定值以降低冷却蒸发器的压力，直至冷却蒸发器的大气排放阀完全打开。

7.一种核电厂非能动脉冲冷却系统，用于实现如权利要求1-6任一项所述的方法，所述系统包括多个蒸汽发生器和二回路除氧器，所述多个蒸汽发生器和除氧器之间连接有蒸汽管线以及给水管线，其特征在于，所述蒸汽管线包括：蒸汽母管；连接各个蒸汽发生器与所述蒸汽母管、用于将各个蒸汽发生器的蒸汽引出并汇入到所述蒸汽母管的排汽支管；连接所述蒸汽母管与除氧器、用于将所述蒸汽母管中的蒸汽分配到除氧器的除氧器供汽支管；以及连接所述蒸汽母管与除氧器且设置有稳压阀和气动隔离阀的蒸汽增压管线。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述蒸汽增压管线上设置两个所述气动隔离阀和位于两个所述气动隔离阀之间的一个所述稳压阀。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述蒸汽增压管线的一端连接蒸汽母管；另一端连接除氧器上与除氧器的气空间直接连通的接口，或者另一端连接除氧器供汽支管的除氧器蒸汽调节阀的下游位置，或者另一端连接除氧器的进水管线。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述给水管线包括：给水母管；从除氧器连接至所述给水母管的管线；以及连接所述给水母管和各蒸汽发生器、将所述给水母管中的介质分配到各蒸汽发生器的给水支管；其中，每个蒸汽发生器所连接的给水支管上设置主给水调节阀，主给水调节阀的旁路上设置主给水旁路调节阀；

各蒸汽发生器所连接的排汽支管上设置主蒸汽隔离阀和位于主蒸汽隔离阀上游的大气排放阀，每个主蒸汽隔离阀的旁路上设置主蒸汽旁路阀。

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