CN113380433B - 核电厂非能动专设安全系统及供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电厂非能动专设安全系统及供水系统，用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，包括至少一个蒸汽加压水箱、蒸汽加压管线、补水管线以及排水管线；蒸汽加压管线与蒸汽加压水箱和核电厂非能动专设安全系统中的蒸汽发生器和/或外置的蒸汽系统连接；补水管线与蒸汽加压水箱和外部水源连接；排水管线与蒸汽加压水箱连接，并与非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统、喷淋系统和/或堆芯组件连接。该供水系统可在能动专设安全系统失效的情况下，及时和迅速对反应堆一回路和堆芯进行有效冷却，使核电站顺利进入安全的冷停堆状态，抑制或缓解反应堆严重事故后果，降低事故危害，提高核电厂的安全性。

Description

核电厂非能动专设安全系统及供水系统

技术领域

本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种核电厂非能动专设安全系统及供水系统。

背景技术

专设安全系统的主要作用是减轻事故所造成的后果。例如，在发生一回路失水、二回路蒸汽/给水管道破裂、蒸汽发生器传热管破裂、失电和低压熔堆等事故时，相应的专设安全系统启动，限制和缓解事故后果，确保核安全功能：

1)反应性控制：即能终止链式裂变反应；

2)堆芯余热导出：无论反应堆状态如何，均能导出堆芯热量；

3)放射性产物包容：放射源的辐射及其防护。

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，通过钢壁安全壳或换热器，可实现对安全壳大气、以及二回路的非能动冷却。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。

AP1000设有安全壳冷却系统(PCS)，其主要作用是在导致安全壳压力和温度升高的设计基准事故下，导出安全壳热量，降低安全壳压力和温度。

中核的华龙一号新增安全壳高位水箱(内存水约3000吨)和浸泡在水箱内的非能动安全壳热量导出系统(PCS)，二次侧非能动余热排出系统(PRS)，堆腔注水冷却系统等非能动安全系统，这些系统通过闭路管道实现能量从蒸汽发生器50或安全壳大气向高位水箱的转移。但这些系统有大量管道在安全壳标高较高的位置，力学分析，管道防甩及埋件设计复杂，给建筑施工和设备安装带来了不小的麻烦。

中广核的华龙一号同样新增安全壳高位水箱(内存水3100吨)和浸泡在水箱内的二次侧非能动余热排出系统(PRS)，没有设计非能动安全壳热量导出系统，该部分功能由(EHR)安全壳热量导出系统的两台泵和热交换器实现。堆坑注水功能由EHR系统水泵实现能动注水，由安全壳内设置的堆坑注水箱实现非能动注水。

相关技术中，诸如《一种核电站非能动专设安全系统》CN201110037783.7该发明公开一种核电厂非能动专设安全系统，该系统包括二次侧非能动余热排出热交换器、蒸汽冷凝水箱、非能动堆腔注水系统、非能动高压堆芯补水箱和相关的阀门与管道。在核电站发生设计基准事故或超设计基准事故时，通过有步骤的投入一系列的非能动与能动的安全设施，及时和迅速对反应堆一回路和堆芯进行有效冷却，使核电站顺利进入安全的冷停堆状态，抑制或缓解反应堆严重事故后果，降低事故危害，提高核电站的安全性。再诸如《一种核电站的非能动专设安全设施》CN201610297360.1该发明提供一种核电站的非能动专设安全设施，其包括：排放管线；热交换器；扩散器；快速卸压阀和注射总管。该发明提供的核电站非能动专设安全设施，与传统核电站的专设安全设施不同，非能动专设安全设施的接管集中设置在压力容器上，通过非能动专设安全设施直接对堆芯进行冷却和注水，增大了自然循环能力，使安全保护系统更加安全可靠。

上文列举的相关技术虽然都能及时和迅速对反应堆一回路和堆芯进行有效冷却，使核电站顺利进入安全的冷停堆状态，抑制或缓解反应堆严重事故后果，降低事故危害，提高核电站的安全性，但是在非能动安全壳冷却系统，二次侧非能动冷却系统，安注系统和/或安全壳喷淋系统失效情况下，则无法继续对对反应堆一回路和堆芯进行有效冷却。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的核电厂非能动专设安全系统及供水系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，与所述核电厂非能动专设安全系统中的非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统、喷淋系统和/或堆芯组件连接，包括至少一个蒸汽加压水箱、蒸汽加压管线、补水管线以及排水管线；

所述蒸汽加压管线与所述蒸汽加压水箱和所述核电厂非能动专设安全系统中的蒸汽发生器和/或外置的蒸汽系统连接；

所述补水管线与所述蒸汽加压水箱和外部水源连接；

所述排水管线与所述蒸汽加压水箱连接，并与所述非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统、喷淋系统和/或堆芯组件连接。

优选地，所述蒸汽加压水箱包括箱体、以及设置于所述箱体中将所述箱体中的空间分隔为多个水室的多个隔板。

优选地，所述箱体为卧式箱体，多个所述隔板沿所述箱体的长度方向间隔设置。

优选地，所述箱体包括底壁、以及与所述底壁相对设置的顶壁；

所述底壁上设有朝所述顶壁延伸的多个所述隔板；

所述顶壁上设有朝所述底壁延伸的多个所述隔板；

所述顶壁上的多个所述隔板和所述底壁上的多个所述隔板交错设置使多个水室相互连通。

优选地，每个所述水室上设有排气管线，所述排气管线上设有排气阀。

优选地，所述蒸汽加压水箱为多个，多个所述蒸汽加压水箱依次连接设置；

所述供水系统还包括设置于相邻设置的两个所述蒸汽加压水箱之间以连接相邻设置的两个所述蒸汽加压水箱的串联管线；所述串联管线上设有连通或隔离相邻设置的两个蒸汽加压水箱的串联阀；

所述串联管线与所述排水管线连接；所述串联管线与所述排水管线相接的一端设有出口阀。

优选地，所述补水管线为多个，多个所述补水管线与多个所述蒸汽加压水箱一一对应连接。

优选地，所述蒸汽加压管线上设有蒸汽加压阀。

优选地，所述补水管线上设有补水阀。

本发明还构造一种核电厂非能动专设安全系统，包括非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统、堆芯组件、蒸汽发生器、喷淋系统以及本发明所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统；

所述非能动安全壳冷却系统与所述堆芯组件相对设置；

所述堆芯组件与所述蒸汽发生器连接；

所述二次侧非能动冷却系统与所述蒸汽发生器和/或非能动安全壳冷却系统连接；

所述供水系统的蒸汽加压管线与所述蒸汽发生器连接，所述供水系统的排水管线与所述非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统、喷淋系统和/或堆芯组件连接。

实施本发明的核电厂非能动专设安全系统及供水系统，具有以下有益效果：该供水系统通过设置至少一个蒸汽加压水箱，并通过将与蒸汽加压水箱连接的蒸汽加压管线与核电厂非能动专设安全系统中的蒸汽发生器连接，将排水管线与该蒸汽加压水箱连接，并与该非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统和/或堆芯组件连接，从而可作为备用手段，在能动专设安全系统失效的情况下，对非能动安全壳冷却系统、二次侧非能动冷却系统和/或堆芯组件进行供水，及时和迅速对反应堆一回路和堆芯进行有效冷却，使核电站顺利进入安全的冷停堆状态，抑制或缓解反应堆严重事故后果，降低事故危害，提高核电厂的安全性。

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是本发明一些实施例中核电厂非能动专设安全系统的结构示意图。

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。

图1示出了本发明核电厂非能动专设安全系统的一些优选实施例。该核电厂非能动专设安全系统在反应堆发生事故后，能动专设安全系统失效的情况下，作为其备用的非能动专设安全系统，建立堆芯冷却能力，保证放射性包容，限制和缓解事故后果，确保核安全。同时可以取代现有三代核电机组安全壳高位水箱，降低安全壳荷载，提高安全壳安全性。

如图1所示，在一些实施例中，该核电厂非能动专设安全系统可包括安全壳10、堆芯组件20、非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、蒸汽发生器50、喷淋系统70以及供水系统60。该安全壳10可用于收容堆芯组件20、非能动安全壳冷却系统30、蒸汽发生器50。该堆芯组件20可设置于该安装壳10中，并可与该蒸汽发生器50连接。该非能动安全壳冷却系统30可设置于该安装壳10的上部空间，且与该堆芯组件20相对设置，可用于对该堆芯组件20进行冷却。该二次侧非能动冷却系统40可设置于该安全壳10的上部，可与该蒸汽发生器50和该非能动安全冷却系统30连接。在一些实施例中，该二次侧非能动冷却系统40可以为两组，其中一组可与该蒸汽发生器50连接，另一组可与该非能动安全冷却系统30连接。在一些实施例中，该蒸汽发生器50可与该堆芯组件20和该二次侧非能动冷却系统40连接。在一些实施例中，该喷淋系统70可设置于该安全壳10的上部空间，可与该堆芯组件20相对设置，可通过喷淋对堆芯组件20进行冷却。在一些实施例中，该供水系统可与该非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70以及堆芯组件20连接，可向该非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70以及该堆芯组件20进行供水。当然，可以理解地，在其他一些实施例中，也可只与该非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70或者堆芯组件20连接。

进一步地，在一些实施例中，堆芯组件20可设置于该安全壳10的下部，可包括压力容器21，该压力容器21可以为核燃料反应容器。该压力容器21可置于堆坑中，该压力容器21的冷却剂输入端可与低压安注系统23连接，该堆坑可与堆坑注水系统22连接。该压力容器21的冷却剂输出端可与蒸汽发生器50连接。

进一步地，在一些实施例中，该非能动安全壳冷却系统30可包括螺旋盘管，该螺旋盘管可设置于该安全壳10的穹顶区域，且可与该二次侧非能动冷却系统40连接，具体地，在一些实施例中，该螺旋盘管可与该二次侧非能动冷却系统40的换热器42连接。

进一步地，在一些实施例中，该二次侧非能动冷却系统40可包括水箱41、以及设置于该水箱41中的换热器42。该水箱41可与该供水系统60连接，可由该供水系统60给该水箱41进行供水。该换热器42可设置于该水箱41中，可与水箱41中的水体进行热交换。在一些实施例中，其中一组的二次侧非能动冷却系统40的换热器42的出口端可与该非能动安全壳冷却系统30的入口端连接，其入口端可与该非能动安全壳冷却系统30的出口端连接，可将冷却后的水体输送至该非能动安全壳冷却系统，并对接收该非能动安全壳冷却系统30对安全壳10进行冷却后形成的高温水体，另一组的二次侧非能动冷却系统40的换热器42的入口端可与该蒸汽发生器50的蒸汽出口连接，其出口端可与该供水系统60连接，可对该蒸汽发生器50输出的蒸汽进行冷却，并将冷却后形成水体输送至该供水系统60，形成循环利用。

进一步地，在一些实施例中，该蒸汽发生器50可以为3台，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该蒸汽发生器50可不限于3台。该3台蒸汽发生器50的蒸汽出口管线51可相互连接。每台蒸汽发生器50可包括壳体以及设置于该壳体中的换热管。该壳体的入口端可与该供水系统60连接，该供水系统60可向该壳体的入口端输送水体。该壳体的蒸汽出口端可连接蒸汽出口管线51，该蒸汽出口管线51可与蒸汽输出管线53连接，以将蒸汽输送至汽轮机，以推动汽轮机做功。在一些实施例中，该蒸汽出口管线51上可设置排压管线52，该排压管线52上可设置大气排放阀521，该大气排放阀521打开，可给该蒸汽出口管线51及时排压。该蒸汽输出管线53上可与该蒸汽加压母管54的一端连接，该蒸汽加压母管54的另一端可与该供水系统60连接，以输送蒸汽至该供水系统60，以给该供水系统60进行加压，使得供水系统60输出水体。在一些实施例中，该蒸汽加压母管54上可设置主蒸汽隔离阀541，该主蒸汽隔离阀541打开，可向该供水系统60输送蒸汽。

进一步地，在一些实施例中，喷淋系统70可设置于该非能动安全壳冷却系统30的下方，可位于该堆芯组件20的上方，可向堆芯组件20进行喷淋，以冷却堆芯组件20。在一些实施例中，该喷淋系统70可与该供水系统60连接，可由该供水系统60对其进行供水。

进一步地，在一些实施例中，该供水系统60可包括至少一个蒸汽加压水箱61、蒸汽加压管线62、补水管线63以及排水管线64。该蒸汽加压水箱61可接入该蒸汽发生器50产生的蒸汽，通过蒸汽进行加压，驱动置于该蒸汽加压水箱61中的水体输送出。该蒸汽加压管线62可与该蒸汽加压水箱61和该蒸汽发生器50连接，具体地，在一些实施例中，该蒸汽加压管线62可该蒸汽加压母管54和该蒸汽加压水箱61的加压蒸汽入口连接。该补水管线63可与该蒸汽加压水箱61和外部水源，可及时给该蒸汽加压水箱61及时补水。在一些实施例中，该排水管线64可与该蒸汽加压水箱61连接，且可与该非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70以及堆芯组件20连接。当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该排水管线64也可只与非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70或者堆芯组件20连接。

进一步地，在一些实施例中，该蒸汽加压水箱61可包括箱体611、多个隔板612。该箱体611可以为卧式箱体，该多个隔板612可设置于该箱体611中，且可沿该箱体611的长度方向间隔设置，并可与该箱体611的底壁呈设定夹角设置，以进行导流，以及将该箱体611中的空间分隔为多个水室613。具体地，在一些实施例中，该箱体611可包括底壁以及与该底壁相对设置的顶壁。该底壁上设有多个隔板612，该顶壁上也设有多个隔板612，该底壁上的多个隔板612可朝该顶壁延伸设置，可与该底壁垂直设置，以形成垂直导流设计，该顶壁上的多个隔板612可朝该底壁延伸设置，且可与该顶壁垂直设置，以形成垂直导流设计。该隔板612的高度可小于该箱体611的高度，该顶壁上的多个隔板612和该低壁上的多个隔板612可交错设置，使得该多个水室613相互连通，以引导蒸汽从一个水室613下端进入另一个水室的上端，其中，垂直导流设计的好处是避免热蒸汽与冷水过多接触，减少蒸汽消耗。利用水的温度越高密度越小的特性，使蒸汽或热水始终处于冷水的上方，从而限制蒸汽与冷水的接触面积，减少蒸汽消耗、降低水温上升。在一些实施例中，该箱体611的左端水室613上部可设置加压蒸汽入口，该加压蒸汽入口可与蒸汽加压管线62连接，该箱体611的右端水室613的下部可设置排水口，该排水口可与该排水管线64连接。在一些实施例中，每个水室613上可设置排气管线614，该排气管线614可用于将每个水室613中的蒸汽排出。在一些实施例中，该排气管线614上可设置排气阀6141，该排气阀6141打开，可使得水室613中的蒸汽从该排气管线614排出。当箱体611排空后，可开启该排气阀6141，排出箱体611的高压蒸汽，对水箱进行卸压。

进一步地，在一些实施例中，该蒸汽加压管线62可与该蒸汽加压水箱61一一对应设置，可连接于该蒸汽加压水箱61水室613上部的加压蒸汽入口，从而可使得高压蒸汽可从每一水室613的上部进入，将水向下压，从排水管线64注入至非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70以及堆芯组件20，也可以经过串联管线65进入下一级蒸汽加压水箱61。在一些实施例中，该蒸汽加压管线62上可设置旁路阀621，该旁路阀621开启，可使得蒸汽加压母管54中的蒸汽输出至蒸汽加压管线62，并输入至蒸汽加压水箱61。在一些实施例中，该蒸汽加压管线62还可与外置的蒸汽系统连接。该外置的蒸汽系统可以为SVA辅助蒸汽系统以及相邻机组主蒸汽系统。该蒸汽加压管线62可选择该核电厂非能动专设安全系统的蒸汽发生器50进行供气，也可选择外置的蒸汽系统进行供气。其中，当采用蒸汽发生器50进行供气时，可打开大气排放阀521将蒸汽压力降至15bar.G，SVA辅助蒸汽供气时，不减压。

进一步地，在一些实施例中，该补水管线63可与该蒸汽加压水箱61一一对应设置，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该补水管线63可不限于与该蒸汽加压水箱61一一对应设置。该补水管线63的一端可与该箱体611左端的水室613下部的入水口连接，另一端可与外部水源连接。具体地，在一些实施例中，该补水管线63的一端可与该山顶高位水箱和/或厂内除盐水箱连接，从而可及时向该蒸汽加压水箱61进行补水。在一些实施例中，该补水管线61上可设置补水阀631，该补水阀631开启，该补水管线63可向该蒸汽加压水箱61进行供水。由于蒸汽加压水箱61安装于地面高度，厂内除盐水箱水位较高，厂区山上一般都有水箱，而且位置更高。所以，可以在蒸汽加压水箱61彻底卸压后，可开启补水阀631利用重力补水。补水完毕后，关闭补水阀631，即可将其重新投运蒸汽加压水箱61，或置于备用状态。

进一步地，在一些实施例中，该排水管线64的一端可与该蒸汽加压水箱61右端的水室下部的水体出口连接，该排水管线64上可设置多个分支管路，分别与非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70以及堆芯组件20连接。在一些实施例中，该排水管线64上可设置排水阀641，该排水阀641打开，可向非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70以及堆芯组件20排水。在一些实施例中，该排水管线64的分支管路上也可对应设置有排水阀641。

进一步地，在一些实施例中，该蒸汽加压水箱61可以为多个，该多个蒸汽加压水箱61可依次连接设置，形成一个多级水箱组。具体地，在一些实施例中，该蒸汽加压水箱61可以为四个，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该蒸汽加压水箱61可不限于四个，可以为一个或者大于四个。进一步地，在一些实施例中，该供水系统还包括串联管线65。该串联管线65可设置于相邻设置的两个蒸汽加压水箱61之间，可用于连接相邻设置的两个蒸汽加压水箱61，从而可使得相邻设置的两个蒸汽加压水箱61连通。在一些实施例中，该串联管线65上可设置串联阀651，该串联阀651可用于连通或者隔离相邻设置的两个蒸汽加压水箱61，该串联阀651开启，可使得该多个蒸汽加压水箱61形成一个多级水箱，该串联阀651关闭，每个蒸汽加压水箱61均为独立的水箱。在一些实施例中，该串联管线65还可与该排水管线64连接，在一些实施例中，该串联管线65与该排水管线64相接的一端可设置出口阀652。该出口阀652开启可使得该串联管线65与该排水管线64连通。通过该串联阀651和该出口阀652，可实现对蒸汽加压水箱串联运行，也可实现蒸汽加压水箱的切除/隔离和投运。根据蒸汽加压水箱61的存水情况，利用蒸汽加压水箱61的出口阀652和串联阀651可以实现对蒸汽加压水箱61独立运行或并联运行，也可以实现排空蒸汽加压水箱61或缺水蒸汽加压水箱61的切除/隔离。

该核电厂非能动专设安全系统，通过非能动的方式，利用外置的蒸汽系统和/或蒸汽发生器产生的高温高压蒸汽，将蒸汽加压水箱61中的水注入至非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70和堆芯组件20。该核电厂非能动专设安全系统的投运可包括三个步骤，分别为蒸汽发生器分离减压、蒸汽加压水箱61加压向用户供水、蒸汽加压水箱再充水。具体操作为：

1、蒸汽发生器分离减压。蒸汽发生器50分离指实施主蒸汽隔离，关闭3台蒸汽发生器50的主蒸汽隔离阀541。并打开大气排放阀521将蒸汽压力降至15bar.G。通过SVA辅助蒸汽供气时，不减压；

2、蒸汽加压水箱61加压向非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70和堆芯组件20供水。系统投运时，将蒸汽加压水箱61的蒸汽加压阀621开启，蒸汽加压水箱61升压至运行压力。再将蒸汽加压水箱61的出口阀652开启，蒸汽加压水箱61存水从排水管线64输出向非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、喷淋系统70和堆芯组件20供水；

3、蒸汽加压水箱61再充水。蒸汽加压水箱61排空后，内部充满高压蒸汽。将排空是蒸汽加压水箱61与其他蒸汽加压水箱61隔离，开启每一水室613对应的排气管线614卸压，再打开补水阀631给对应的蒸汽加压水箱61进行补水。

根据事故控制策略的需要，非能动专设安全系统有“安注模式”、“安全壳喷淋模式”、“安全壳冷却模式”、“二次侧补水模式”、“二次侧非能动冷却模式”和“堆坑注水模式”等六种运行模式，具体如下：

(1)安注模式

在发生一回路破口事故后，如果安注系统已启动，则一回路水装量会得以恢复。如果安注系统由于设备或外部灾害等原因失效，可以采本发明的供水系统60向堆芯组件20注水。发明的供水系统60投运后，水箱出口水温约30℃，压力15bar.G或12bar.G，其压头与低压安注泵出口压头相同，出口水温与换料水箱水温接近，因此可以作为一列低压安注使用。

(2)安全壳喷淋模式

在发生一回路破口事故后，如果安全壳喷淋系统已启动，则安全壳压力会降低。如果安全壳喷淋系统由于设备或外部灾害等原因失效，可以采本发明的供水系统60向安全壳进行喷淋。发明的供水系统60投运后，水箱出口水温约30℃，压力15bar.G或12bar.G，其压头与安全壳喷淋泵出口压头相同，出口水温与换料水箱水温接近，因此可以作为一列安全壳喷淋使用。

(3)安全壳冷却模式

对于安装有安全壳非能动冷却系统的电厂，设计上可以取消安全壳高位水箱，仅保留换热器42和浸泡该换热器42的水箱41，当需要投入安全壳非能动冷却系统时，通过蒸汽加压水箱61或能动水泵向浸泡该换热器42的水箱41注水，从而减少安全壳荷载。

(4)二次侧补水模式

发生失去全部给水事故时，对于未安装二次侧非能动冷却系统的核电厂，非能动专设系统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，使用蒸汽加压水箱61代替主给水系统(ARE)或辅助给水系统(ASG)给SG补水，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。

(5)二次侧非能动冷却模式

发生失去全部给水事故时，对于安装二次侧非能动冷却系统的核电厂，可以在保留换热器42和浸泡该换热器42的水箱41，可更换体积较小的水箱41至维持数小时运行，当二次侧非能动冷却系统投运时，由蒸汽加压水箱61提供持续补水，或直接取代二次侧非能动冷却系统。

(6)堆坑注水模式当电站发生严重事故(堆芯出口温度达到650℃)时，堆腔注水系统(RPF)大流量(大于360m3/h)阶段能够在半个小时内将堆腔充满水(堆腔高度为-3.5m～7.7m，空间体积为约180m3)，然后转入小流量(约40m3/h)补水阶段，以补偿蒸发损失，此阶段持续约24小时，当消防水分配系统(JPD)无法供水或不能提供足够水量时，考虑在系统上增加临时注水接口，从蒸汽加压水箱61取水，注入堆腔。

在出现以下事故时，通过采用本发明核电厂非能动专设安全系统可缓解反应堆事故后果，具体如下：

1、一回路破口事故

一回路破口事故发生后，安注系统和喷淋系统根据一回路的温度压力以及安全壳10压力等参数自动启动，则一回路的水装量得以恢复，安全壳10压力也会下降。对于安装有安全壳10非能动冷却系统的电厂，当安全壳10压力和温度升高时，安全壳10上设置的位水箱，通过钢壁安全壳10或换热器，可实现对安全壳10大气进行冷却。如果安注系统的设备故障或由于外部灾害无法运行时，则一回路水装量无法恢复，会导致堆芯的裸露。如果安全壳10喷淋的设备故障或由于外部灾害无法运行时，则反应堆第三道屏障有破裂风险，放射性外泄风险增大。

本发明所述的非能动专设安全系统运行操作简单，不依靠外部资源(如水源、电源)，能够在事故后快速投入运行，缓解事故后果。因此，投运非能动专设安全系统应作为“一回路破口事故”后对安注系统和安全壳10中喷淋系统70的有效后备。

对于安装有安全壳10非能动冷却系统的电厂，采用本发明后设计上可以取消安全壳10高位水箱，仅保留换热器41和浸泡换热器41的水箱42，当需要投入安全壳非能动冷却系统时，通过蒸汽加压水箱61或能动水泵向浸泡换热器41的水箱42注水，从而减少安全壳10荷载。

2、失去全部给水事故

在“失去全部给水”事故后，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10喷淋，通过安全壳10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。

对于未安装二次侧非能动冷却系统的核电厂，本发明所述的非能动专设系统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，使用本发明所述非能动专设安全系统建立蒸汽发生器50给水，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。对于已安装二次侧非能动冷却系统的核电厂，可以在保留换热器和浸泡换热器的水箱，缩小水箱体积至维持数小时运行，当二次侧非能动冷却系统投运时，由蒸汽加压水箱提供持续补水，或直接取代二次侧非能动冷却系统。

本发明所述的非能动专设安全系统运行操作简单，不依靠外部资源(如水源、电源)，能够在事故后快速投入运行，缓解事故后果。因此，对于未安装二次侧非能动冷却系统的核电厂，投运非能专设安全系统应作为“失去全部给水事故”后的首选应对措施。对于已安装二次侧非能动冷却系统的核电厂，可以在保留换热器42和浸泡换热器42的水箱41，更换体积较小的水箱至维持数小时运行，当二次侧非能动冷却系统投运时，由蒸汽加压水箱61提供持续补水。

3、严重事故

在电站发生严重事故，堆芯熔融物落入反应堆压力容器(RPV)21下封头时，向堆腔内注水进行压力容器21外部冷却，并与其他安全功能(如一回路卸压等)同时作用以保持RPV完整性，从而将堆芯熔融碎片滞留于压力容器21中，防止大多数可能威胁安全壳10完整性的堆外现象(安全壳10直接加热、蒸汽爆炸、熔融物-混凝土反应等)。

配置了堆腔注水系统(RPF)的核电厂，RPF大流量阶段能够在半个小时内将堆腔充满水，然后转入小流量补水阶段，以补偿蒸发损失，此阶段持续约24小时，当消防水分配系统(JPD)无法供水或不能提供足够水量时，可在系统上增加临时注水接口，从本发明的蒸汽加压水箱61取水，注入堆腔。

再如图1所示，以在安装了安全壳高位的水箱41的三代机组配置有4个蒸汽加压水箱60的非能动专设安全系统发生一回路破口事故为实施例。

水源

冷却堆芯需要足够的水源作为冷却介质。安全壳10降温降压需要足够的水源作为喷淋水源。本实施案例采用厂内除盐水作为冷却水源。

注水动力

事故后蒸汽发生器50产生的主蒸汽仍有高温高压的能量，经大气排放阀521减压后可作为注水动力，驱动蒸汽加压水箱61的低压水注入需要冷却水的系统。

注水条件与注水通道

蒸汽发生器50隔离之后，需尽快打通注水通道，开启相关系统与蒸汽加压水箱61直接连接的排放阀641。

4、系统投运

按照技术方案中的3个步骤投运该系统。

第1步：蒸汽发生器分离减压。实施主蒸汽隔离，关闭3台蒸汽发生器50的主蒸汽隔离阀。并经减压阀将蒸汽压力降至15bar.G。通过SVA辅助蒸汽供气时，不减压。

第2步：蒸汽加压水箱61加压向堆芯组件20、非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、蒸汽发生器50、和/或喷淋系统70供水。供水系统投运时，第一蒸汽加压水箱61的蒸汽加压阀621开启，蒸汽加压水箱61升压至运行压力。最后一个蒸汽加压水箱61的出口阀652开启，蒸汽加压水箱61存水从排水管线64输出向堆芯组件20、非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、蒸汽发生器50、和/或喷淋系统70供水。

第3步：蒸汽加压水箱61再充水。蒸汽加压水箱61排空后，内部充满高压蒸汽。将其与其他蒸汽加压水箱61隔离，开启每一水室613对应的排气管线614进行卸压。由于蒸汽加压水箱安装于地面高度，厂内除盐水箱水位较高，厂区山上一般都有水箱，而且位置更高。所以可以在蒸汽加压水箱61彻底卸压后，开启补水阀631利用重力补水。补水完毕后，关闭补水阀，即可将其重新投入蒸汽加压水箱61，或置于备用状态。

5、一回路破口事故处理

按照技术方案中的3个步骤投运该系统。

第1步：蒸汽发生器分离减压。实施主蒸汽隔离，关闭3台蒸汽发生器50的主蒸汽隔离阀。并经减压阀将蒸汽压力降至15bar.G。通过SVA辅助蒸汽供气时，不减压。

第2步：蒸汽加压水箱61加压向堆芯组件20、非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、蒸汽发生器50、和/或喷淋系统70供水。供水系统投运时，第一蒸汽加压水箱61的蒸汽加压阀621开启，蒸汽加压水箱61升压至运行压力。最后一个蒸汽加压水箱61的出口阀652开启，蒸汽加压水箱61存水从排水管线64输出向堆芯组件20、非能动安全壳冷却系统30、二次侧非能动冷却系统40、蒸汽发生器50、和/或喷淋系统70供水。

第3步：蒸汽加压水箱61再充水。蒸汽加压水箱61排空后，内部充满高压蒸汽。将其与其他蒸汽加压水箱61隔离，开启每一水室613对应的排气管线614进行卸压。由于蒸汽加压水箱安装于地面高度，厂内除盐水箱水位较高，厂区山上一般都有水箱，而且位置更高。所以可以在蒸汽加压水箱61彻底卸压后，开启补水阀631利用重力补水。补水完毕后，关闭补水阀，即可将其重新投入蒸汽加压水箱61，或置于备用状态。

该核电厂非能动专设安全系统的有益效果如下：

1、无需在安全壳10上部安装超大型水箱，降低安全壳10荷载，提高安全壳安全性；

2、可作为所有低压注入和安全壳喷淋专设安全系统的后备手段，提高核电厂安全性；

3、优化“失去全部给水”事故处理策略，避免机组进入“充排模式”造成机组长时间大修甚至退役的严重后果。

4、作为堆腔注水的后备水源，可以防止大多数可能威胁安全壳完整性的堆外现象，增加了堆腔冷却时间。

5、对于三代堆安全壳，可以减少安全壳10的贯穿件，减少事故情况下放射性释放可能途径，降低对公众潜在放射性释放风险；也可以缩小水池规模，投运时由蒸汽加压水箱61充水；

6、投入运行后，具有长期非能动运行特性，蒸汽加压水箱61再充水，再投运均无需利用外接能源，可长期非能动运行。其余高位水箱由于安装标高太高，无法实现非能动再充水；

7、与安全壳高位水箱相比，水箱组可在工厂模块化建造完毕后现场组装，不占用施工关键路径，减少安全壳施工时间；

8、水箱组运行方式灵活，双机组安装一套蒸汽加压水箱61，运行时根据事故具体情况，既可以全部向一台机组供水，可也分为向两台机组共同供水，实现双机组公用，进一步降低核电厂造价。

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 (9)

1.一种用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，与所述核电厂非能动专设安全系统中的非能动安全壳冷却系统(30)、二次侧非能动冷却系统(40)、喷淋系统(70)和/或堆芯组件(20)连接，其特征在于，包括至少一个蒸汽加压水箱(61)、蒸汽加压管线(62)、补水管线(63)以及排水管线(64)；

所述蒸汽加压水箱(61)包括箱体(611)、以及设置于所述箱体(611)中将所述箱体(611)中的空间分隔为多个水室(613)的多个隔板(612)；

所述蒸汽加压管线(62)与所述蒸汽加压水箱(61)和所述核电厂非能动专设安全系统中的蒸汽发生器(50)和/或外置的蒸汽系统连接；

所述补水管线(63)与所述蒸汽加压水箱(61)和外部水源连接；

所述排水管线(64)与所述蒸汽加压水箱(61)连接，并与所述非能动安全壳冷却系统(30)、二次侧非能动冷却系统(40)、喷淋系统(70)和/或堆芯组件(20)连接。

2.根据权利要求1所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，所述箱体(611)为卧式箱体，多个所述隔板(612)沿所述箱体(611)的长度方向间隔设置。

3.根据权利要求2所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，所述箱体(611)包括底壁、以及与所述底壁相对设置的顶壁；

所述底壁上设有朝所述顶壁延伸的多个所述隔板(612)；

所述顶壁上设有朝所述底壁延伸的多个所述隔板(612)；

所述顶壁上的多个所述隔板(612)和所述底壁上的多个所述隔板(612)交错设置使多个水室(613)相互连通。

4.根据权利要求1所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，每个所述水室(613)上设有排气管线(614)，所述排气管线(614)上设有排气阀(6141)。

5.根据权利要求1所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，所述蒸汽加压水箱(61)为多个，多个所述蒸汽加压水箱(61)依次连接设置；

所述供水系统还包括设置于相邻设置的两个所述蒸汽加压水箱(61)之间以连接相邻设置的两个所述蒸汽加压水箱(61)的串联管线(65)；所述串联管线(65)上设有连通或隔离相邻设置的两个蒸汽加压水箱(61)的串联阀(651)；

所述串联管线(65)与所述排水管线(64)连接；所述串联管线(65)与所述排水管线(64)相接的一端设有出口阀(652)。

6.根据权利要求5所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，所述补水管线(63)为多个，多个所述补水管线(63)与多个所述蒸汽加压水箱(61)一一对应连接。

7.根据权利要求1所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，所述蒸汽加压管线(62)上设有蒸汽加压阀(621)。

8.根据权利要求1所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统，其特征在于，所述补水管线(63)上设有补水阀(631)。

9.一种核电厂非能动专设安全系统，其特征在于，包括非能动安全壳冷却系统(30)、二次侧非能动冷却系统(40)、堆芯组件(20)、蒸汽发生器(50)、喷淋系统(70)以及权利要求1至8任一项所述的用于核电厂非能动专设安全系统的供水系统(60)；

所述非能动安全壳冷却系统(30)与所述堆芯组件(20)相对设置；

所述堆芯组件(20)与所述蒸汽发生器(50)连接；

所述二次侧非能动冷却系统(40)与所述蒸汽发生器(50)和/或非能动安全壳冷却系统(30)连接；

所述供水系统(60)的蒸汽加压管线(62)与所述蒸汽发生器(50)连接，所述供水系统(60)的排水管线(64)与所述非能动安全壳冷却系统(30)、二次侧非能动冷却系统(40)、喷淋系统(70)和/或堆芯组件(20)连接。

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