M310機(jī)組和ACP1000機(jī)組能動(dòng)安全系統(tǒng)差異性研究

1、    m310機(jī)組和acp1000機(jī)組能動(dòng)安全系統(tǒng)差異性研究    袁博+樊文摘 要： 選取典型核電站壓水堆m310機(jī)組和acp1000機(jī)組，兩者有很多類似的地方。本文簡(jiǎn)短的介紹了兩種機(jī)組的部分能動(dòng)安全系統(tǒng)的組成及運(yùn)行，并做了分析和比較，最終得出結(jié)論，即acp1000機(jī)組豐富和完善了核電廠事故預(yù)防和緩解手段，充分保證核電廠的安全性。關(guān)鍵詞： 能動(dòng)安全系統(tǒng)；差異；影響1概述運(yùn)行壓水堆核電站中，m310機(jī)組來源于法國(guó)，為第二代核電技術(shù)，有著非常豐富的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。acp1000機(jī)組是我國(guó)自主研發(fā)的第三代核電技術(shù)，目前仍然處于建設(shè)施工階段。兩種堆型有一些相

2、似之處，本文選擇部分能動(dòng)安全系統(tǒng)（安注系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、應(yīng)急硼注入系統(tǒng)、堆腔注水冷卻系統(tǒng)等）的工藝構(gòu)造及其對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響給大家作簡(jiǎn)短的介紹和分析對(duì)比，希望對(duì)核電工作起到借鑒意義。2安注系統(tǒng)2.1系統(tǒng)組成與差異分析壓水堆核電廠對(duì)一回路冷段大破口冷卻劑喪失始發(fā)嚴(yán)重事故下，采取堆腔注水緩解事故進(jìn)程1。m310的安注系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)子系統(tǒng)組成：高壓安注子系統(tǒng)、低壓安注子系統(tǒng)、安注箱注入子系統(tǒng)、4%硼酸溶液再循環(huán)回路、兩機(jī)組共用的水壓試驗(yàn)子系統(tǒng)。其中高壓安注子系統(tǒng)的兩臺(tái)高壓安注泵是利用上充系統(tǒng)的兩臺(tái)上充泵在安注時(shí)充當(dāng)安注泵2；而acp1000取消了高壓安注子系統(tǒng)與4%硼酸溶液再循環(huán)回路，另

3、設(shè)中壓安注安注子系統(tǒng)，即將安注系統(tǒng)與上充系統(tǒng)徹底分離。中壓安注子系統(tǒng)包括兩臺(tái)中壓安注泵，中壓安注泵的出口壓力為10mpa，為了保證安注時(shí)，中壓安注系統(tǒng)能夠向一回路打入硼酸溶液，acp1000另行設(shè)計(jì)了快速冷卻功能，即安注信號(hào)觸發(fā)時(shí)，大氣旁路排放系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)以100/h的速率冷卻一回路，快速降低一回路壓力，保證中壓安注的有效性。m310安注系統(tǒng)運(yùn)行分為三個(gè)階段，即冷段直接注入階段、冷熱段同時(shí)注入階段和再循環(huán)注入階段。安注時(shí)，高低壓安注泵同時(shí)從換料水箱吸水，同時(shí)高壓安注泵吸入口與低壓安注泵出口相連，低壓安注泵起到為高壓安注泵增壓的功能；高壓安注泵將硼酸注入箱中的濃硼酸打入一回路冷段。當(dāng)換料水箱液位低

4、2時(shí)，高壓安注泵吸入口與換料水箱之間的連接閥關(guān)閉，當(dāng)換料水箱液位低三時(shí)，低壓安注泵吸入口切換到安全殼地坑，安注以再循環(huán)方式運(yùn)行。acp1000在設(shè)計(jì)上取消了外置式換料水箱，以內(nèi)置式換料水池取代，換料水池位于反應(yīng)堆廠房。在運(yùn)行方式上，當(dāng)安注信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，兩臺(tái)中壓安注泵和兩臺(tái)高壓安注泵同時(shí)啟動(dòng)，中壓安注泵和低壓安注泵同時(shí)從換料水池取水，并且中壓安注泵不需要低壓安注泵的增壓；安注系統(tǒng)的運(yùn)行方式只有冷段注入和冷熱段同時(shí)注入兩個(gè)階段，取消了再循環(huán)運(yùn)行階段。acp1000安注系統(tǒng)新增了安注信號(hào)：p15信號(hào)（一回路壓力小于2mpa、一回路溫度小于180且三個(gè)環(huán)路流量低低）存在時(shí)，若環(huán)路水位低，則安注自動(dòng)觸發(fā)；

5、p15信號(hào)不存在且一回路壓力小于13.8mpa，若環(huán)路熱管段飽和裕度低（10），則安注觸發(fā)。此外，安注觸發(fā)的動(dòng)作中，acp1000增加了停運(yùn)主泵動(dòng)作。m310中壓安注箱的容積為47.7m3，5號(hào)增加為65.5m3；在安注泵電機(jī)的冷卻方式上，acp1000采用兩種冷源，與m310相比，增加電氣廠房冷凍水作為設(shè)備冷卻水的備用，提高安注泵運(yùn)行穩(wěn)定性。2.2運(yùn)行影響分析避免了與上充系統(tǒng)之間的影響，獨(dú)立性增強(qiáng)；cia復(fù)位后，可以重新建立上充，一回路大破口時(shí)，可以與中壓安注系統(tǒng)同時(shí)向一回路注水，安全性提高；安注觸發(fā)時(shí)，避免了由于停止安注操作慢導(dǎo)致穩(wěn)壓器安全閥開啟，進(jìn)而避免了由于穩(wěn)壓器泄壓箱爆破盤開啟導(dǎo)致事

6、故惡化；余排連接情況下失水事故，安注可自動(dòng)啟動(dòng)以及一回路失水時(shí)自動(dòng)停運(yùn)主泵，延長(zhǎng)操縱員不干預(yù)時(shí)間；中壓安注和低壓安注子系統(tǒng)完全分離與內(nèi)置換料水箱的設(shè)計(jì)可以使安注運(yùn)行變得簡(jiǎn)單可靠。取消硼酸注入箱和硼酸再循環(huán)回路，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定性提高（取消硼酸注入箱帶來的不利影響由應(yīng)急硼酸注入系統(tǒng)彌補(bǔ)）；安注泵采用雙路冷卻，可靠性提高。3輔助給水系統(tǒng)3.1系統(tǒng)組成與差異分析輔助給水系統(tǒng)作為主給水系統(tǒng)的備用， 向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)供應(yīng)給水， 是核電站十分重要的安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是： 在電站正常啟動(dòng)和停堆過程中可代替主給水系統(tǒng)傳遞一回路熱量； 在電站事故工況下， 作為安全設(shè)施之一， 為反應(yīng)堆建立起二次熱阱，

7、導(dǎo)出堆芯衰變熱，并將主回路系統(tǒng)冷卻到余熱排出可以投運(yùn)或更低的溫度水平3。m310輔助給水系統(tǒng)的主要設(shè)備有：一個(gè)輔助給水箱，四臺(tái)輔助給水泵（包括兩臺(tái)汽動(dòng)泵和兩臺(tái)電動(dòng)泵），帶有流量調(diào)節(jié)閥的向蒸汽發(fā)生器供水的管路，除氣裝置等。acp1000輔助給水系統(tǒng)包括兩個(gè)輔助貯水池、一個(gè)泵子系統(tǒng)和一套與蒸汽發(fā)生器相連的給水管線，給水管線上裝有流量調(diào)節(jié)閥和給水隔離閥。m310輔助給水箱的效容積為900m3，acp1000兩個(gè)給水池之間設(shè)有連接管道；每個(gè)水池為50%容量，總有效容積為1136m3，更能滿足799m3的需求量4。在泵體布置上，兩機(jī)組也有差異：5號(hào)機(jī)為一臺(tái)汽動(dòng)泵和一臺(tái)電動(dòng)泵為一列，兩列布置；而m310布

8、置為兩臺(tái)電動(dòng)泵一組，兩臺(tái)電動(dòng)泵一組。對(duì)于m310，當(dāng)輔助給水系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，輔助給水泵出口調(diào)節(jié)閥保護(hù)全開，當(dāng)運(yùn)行人員需要調(diào)節(jié)給水流量時(shí)，需要手動(dòng)復(fù)位保護(hù)信號(hào)，然后手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度；若調(diào)節(jié)不及時(shí)，蒸發(fā)器則會(huì)有滿溢風(fēng)險(xiǎn)。而acp1000則對(duì)此做了兩點(diǎn)改進(jìn)：第一，在每個(gè)給水環(huán)路的母管上設(shè)置了串聯(lián)的2臺(tái)電動(dòng)隔離閥，在輔助給水系統(tǒng)備用和正常運(yùn)行期間處于常開；當(dāng)其中一臺(tái)蒸汽發(fā)生器出現(xiàn)高高液位，同時(shí)穩(wěn)壓器低低液位時(shí)，觸發(fā)隔離命令隔離該蒸汽發(fā)生器對(duì)應(yīng)給水隔離閥，以便防止蒸汽發(fā)生器滿溢，上述隔離命令同時(shí)觸發(fā)閉鎖信號(hào)閉鎖剩下兩個(gè)環(huán)路的蒸汽發(fā)生器給水隔離信號(hào)，防止多臺(tái)蒸汽發(fā)生器給水喪失；第二，輔助給水系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)后

9、，當(dāng)蒸汽發(fā)生器的液位到達(dá)高液位整定值時(shí)觸發(fā)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥的復(fù)位命令，使得這些閥門處于通過蒸汽發(fā)生器液位進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)閥門開度的運(yùn)行模式，以便調(diào)節(jié)注入蒸汽發(fā)生器的給水流量，保證蒸汽發(fā)生器不發(fā)生滿溢。同時(shí)機(jī)組運(yùn)行人員在啟動(dòng)電動(dòng)泵的指示被執(zhí)行以后，也可以將這些閥門復(fù)位到它們定位器的控制之下，以調(diào)整注入蒸汽發(fā)生器的流量，防止蒸汽發(fā)生器滿溢。 3.2運(yùn)行影響分析新增一個(gè)輔助給水池，可靠性提高；輔助給水泵兩列設(shè)計(jì)，避免因共模故障導(dǎo)致同時(shí)喪失兩臺(tái)電動(dòng)泵或兩臺(tái)汽動(dòng)泵（比如由于給水泵口母管斷裂會(huì)導(dǎo)致同時(shí)喪失兩臺(tái)電動(dòng)泵或汽動(dòng)泵）；輔助給水泵啟動(dòng)后可自動(dòng)隔離單臺(tái)蒸發(fā)器輔助給水，避免了由于操縱員干預(yù)不及時(shí)導(dǎo)致蒸發(fā)器滿溢，防

10、止事故嚴(yán)重化；可自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器水位，延長(zhǎng)操縱員不干預(yù)時(shí)間。4應(yīng)急硼注入系統(tǒng)4.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介應(yīng)急硼注入系統(tǒng)是acp1000新增的安全系統(tǒng)，它包括 a、b兩列，每個(gè)系列的容量為50%。每列包含一臺(tái)硼注泵；一臺(tái)硼酸注入箱；一條硼酸再循環(huán)回路；一臺(tái)安全閥。兩個(gè)系列的注入管道在進(jìn)入安全殼后合并成一根母管，再?gòu)哪腹苌辖映鋈齻€(gè)支管，分別接至三條安全注入系統(tǒng)中壓安注向冷段注入的管道上。反應(yīng)堆硼水補(bǔ)給系統(tǒng)向硼酸注入箱充入7000-8000ppm的含硼水。正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)急硼注入系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。為防止硼酸結(jié)晶，當(dāng)出現(xiàn)硼酸注入箱硼酸溶液低溫報(bào)警時(shí)，操作員可手動(dòng)啟動(dòng)硼注泵，通過循環(huán)管線對(duì)硼溶液進(jìn)行攪混。自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)為主給

11、水低流量疊加中間量程的中子通量產(chǎn)生的功率允許信號(hào)（atws 信號(hào)）或反應(yīng)堆緊急停堆信號(hào)發(fā)出15秒后中子注量率仍高于停堆信號(hào)發(fā)出時(shí)的10%，系統(tǒng)啟動(dòng)后向堆芯注入最低濃度為7000ppm的含硼水，實(shí)現(xiàn)快速降低堆芯反應(yīng)性控制并維持堆芯處于次臨界狀態(tài)，從而限制堆芯燃料包殼溫度和一回路壓力峰值。操縱員根據(jù)相關(guān)堆芯參數(shù)判斷實(shí)際的硼化效果，如果已達(dá)到要求，操縱員可手動(dòng)停運(yùn)系統(tǒng)，或當(dāng)硼酸注入箱內(nèi)的溶液用完時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停運(yùn)。4.2運(yùn)行影響分析彌補(bǔ)了取消安注系統(tǒng)中硼酸注入箱設(shè)計(jì)帶來的不利影響（反應(yīng)堆緊急停堆信號(hào)發(fā)出15秒后中子注量率仍高于停堆信號(hào)發(fā)出時(shí)的10%信號(hào)）；增加一回路應(yīng)急硼注入手段，和硼化回路互為備用，

12、增加冗余，安全性提高。增加一回路應(yīng)急補(bǔ)水手段（出口壓力24mpa）；在發(fā)生未停堆的預(yù)期瞬態(tài)事故工況下，應(yīng)急硼注入系統(tǒng)向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)快速注入濃硼酸溶液，將堆芯帶入次臨界狀態(tài)；在緊急停堆但發(fā)生卡棒的情況下可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)干預(yù)。5堆腔注水冷卻系統(tǒng)5.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介能動(dòng)注入子系統(tǒng)設(shè)置了并聯(lián)的兩個(gè)系列，每個(gè)系列配備了一臺(tái)堆腔注水泵，其入口分別與安注系統(tǒng)相應(yīng)系列的安注泵的入口管道相連，嚴(yán)重事故工況下由安全注入系統(tǒng)的安全殼內(nèi)置換料水池取水；同時(shí)，堆腔注水泵的入口還與消防水分配系統(tǒng)相連，將消防水作為能動(dòng)注入的備用水源。兩臺(tái)堆腔注水泵出口管線在經(jīng)過安全殼隔離閥，貫穿安全殼后再合并為母管后注入堆腔。注水管道與保溫層的

13、底部相連，注入的冷卻水通過壓力容器外壁與保溫層內(nèi)壁之間的流道向上流動(dòng)，最終從保溫層筒體上部的排放窗口流出，并返回到換料水池。非能動(dòng)部分設(shè)置在安全殼內(nèi)，在安全殼內(nèi)設(shè)置非能動(dòng)堆腔注水箱，水箱內(nèi)的水質(zhì)為除鹽水。在嚴(yán)重事故發(fā)生，且cis能動(dòng)注入部分不可用的情況下，安全殼內(nèi)非能動(dòng)堆腔注水箱內(nèi)的水能夠依靠重力注入堆腔中壓力容器保溫層內(nèi)，淹沒反應(yīng)堆壓力容器下封頭到一定高度，并補(bǔ)償堆腔內(nèi)水的蒸發(fā)量，以“非能動(dòng)”的方式實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆壓力容器的冷卻5。5.2運(yùn)行影響分析堆腔注水冷卻系統(tǒng)在發(fā)生堆芯熔化的嚴(yán)重事故后，通過壓力容器外冷卻帶走堆芯熔融物熱量，降低反應(yīng)堆壓力容器外壁的溫度，維持壓力容器的完整性，實(shí)現(xiàn)壓力容器內(nèi)堆芯熔融物的滯留，提高了反應(yīng)堆的安全性。6總結(jié)acp1000機(jī)組對(duì)部分能動(dòng)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更改，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的多樣性、多重性和獨(dú)立性，豐富和完善了核電廠事故預(yù)防和緩解手段，充分保證核安全，使得機(jī)組安全可靠性能提高，提升了機(jī)組的安全性。參考