AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)壓水堆的優(yōu)勢(shì)

1、AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)壓水堆的優(yōu)勢(shì)作者：張冰偉摘要：AP1000之所以成為我國(guó)今后核電技術(shù)的發(fā)展方向，主要得益于它的模塊化建造技術(shù)，簡(jiǎn)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和非能動(dòng)技術(shù)的全面應(yīng)用。AP1000的非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)作為非能動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施的核心系統(tǒng)，在設(shè)備組成、系統(tǒng)運(yùn)行等方面都和傳統(tǒng)壓水堆有了很大的差異，本文主要介紹該系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)壓水堆的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：AP1000  非能動(dòng)  安注   余熱導(dǎo)出     Abstract: As passive technologies are applied in the

2、 passive core cooling system of the AP1000, the system has many differences with the similar system of the traditional PWR named safety injection system.  This paper presents the advantage of the AP1000 PWR as compared to the traditional PWR.Key words:  AP1000, Passive, safety in

3、jection , the core decay heat removal    1.概述     對(duì)于所有核電廠而言，當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)嚴(yán)重的瞬態(tài)或者事故之后最重要的就是將反應(yīng)堆維持在安全停堆狀態(tài)，將它產(chǎn)生的余熱有效的進(jìn)行導(dǎo)出，并限制放射性向環(huán)境的釋放，這就是著名的核安全三原則。為了保證這些原則不被違反，人們?cè)诿恳粋€(gè)反應(yīng)堆建造之初就詳細(xì)設(shè)計(jì)了相關(guān)的系統(tǒng)（我們稱之為專設(shè)安全設(shè)施）用于保護(hù)反應(yīng)堆的安全，這其中最重要的系統(tǒng)就是堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)。雖然對(duì)于不同的反應(yīng)堆，這些系統(tǒng)的設(shè)備和運(yùn)行原理不盡相同，但是我們根

4、據(jù)這些系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力源不同，可以將它們分為能動(dòng)系統(tǒng)和非能動(dòng)系統(tǒng)兩大類。目前世界上正在商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組所采用的堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)大多屬于能動(dòng)系統(tǒng)，即需要依靠安全交流電源來驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備用于輸送、循環(huán)冷卻劑等流體并最終將反應(yīng)堆余熱導(dǎo)出。AP1000作為第三代核電機(jī)組的代表，它采用的是非能動(dòng)的堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)，即這些系統(tǒng)僅僅依靠自然力如重力、壓縮氣體等我們每天所依賴的簡(jiǎn)單物理原理，不需要泵、風(fēng)機(jī)或者其它機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，只要一些閥門開啟之后就可以將非能動(dòng)堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)連成一體，執(zhí)行其堆芯保護(hù)功能，這與二代機(jī)組相比有了很大的不同和改進(jìn)。    

5、0;2.傳統(tǒng)壓水堆（以秦山二期為例）的堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)的構(gòu)成     傳統(tǒng)壓水堆的堆芯冷卻和余熱排出功能主要由安注系統(tǒng)和輔助給水系統(tǒng)來共同實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)上主要是在發(fā)生LOCA事故、彈棒事故、二回路主給水或主蒸汽管道破裂、SGTR等設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故時(shí)為一回路提供硼化和冷卻。其中安注系統(tǒng)可分為高壓安注、中壓安注和低壓安注三個(gè)分系統(tǒng)，其中除了中壓安注系統(tǒng)是非能動(dòng)系統(tǒng)之外，其它兩個(gè)都是能動(dòng)系統(tǒng)，如圖1所示。              

6、     圖1：傳統(tǒng)壓水堆安全注入系統(tǒng)簡(jiǎn)圖     1) 高壓安注分系統(tǒng)     傳統(tǒng)壓水堆的高壓安注分系統(tǒng)由三臺(tái)高壓安注泵（和化學(xué)容積控制系統(tǒng)共用）、一個(gè)硼酸注入箱、兩臺(tái)硼酸輸送泵和相關(guān)管線閥門組成，三臺(tái)高壓安注泵分別由兩列獨(dú)立的安全級(jí)交流電源供電，此系統(tǒng)的主要設(shè)備均位于安全殼外。當(dāng)安注信號(hào)觸發(fā)之后，該系統(tǒng)最先動(dòng)作，高壓安注泵自動(dòng)啟動(dòng)并自動(dòng)將吸入口與換料水箱連通，這些泵克服一回路的壓力把硼酸注入箱和換料水箱當(dāng)中的流體注入到堆芯，以達(dá)到快速冷卻和提供負(fù)反應(yīng)性的目的。但是高壓安

7、注泵在啟動(dòng)之后為了防止氣蝕，需要低壓安注泵為其預(yù)先增壓，以提高其吸入壓頭。同時(shí)，由于在硼酸注入箱的儲(chǔ)存的是高濃度（約4）的硼酸溶液，很容易造成結(jié)晶而導(dǎo)致管道部分堵塞，所以需要在其進(jìn)出口管道和箱體上安裝加熱裝置。     2) 中壓安注分系統(tǒng)     中壓安注分系統(tǒng)是傳統(tǒng)壓水堆當(dāng)中唯一一個(gè)非能動(dòng)的安全注入系統(tǒng)，主要由兩個(gè)由氮?dú)饧訅旱陌沧⑾湟约跋嚓P(guān)管線組成，其設(shè)備位于安全殼內(nèi)。在每個(gè)安注箱中都儲(chǔ)存有50堆芯容量的硼酸溶液，當(dāng)一回路的壓力降到安注箱的壓力（約4.65MPa）之下時(shí)，硼酸溶液就開始向堆芯注入，防止堆芯熔化。

8、     3) 低壓安注分系統(tǒng)     低壓安注分系統(tǒng)主要由兩臺(tái)低壓安注泵和相應(yīng)的管線閥門組成，其中低壓安注泵位于安全殼外。在電站正常運(yùn)行期間，泵的進(jìn)出口電動(dòng)隔離閥是打開的，兩條管線由止回閥隔離，以使低壓安注泵在接到安注信號(hào)后能迅速啟動(dòng)，從換料水箱吸水。當(dāng)一回路壓力低于低壓安注泵出口壓頭時(shí)，開始向一回路冷段和壓力容器或冷段和熱段及壓力容器注水。當(dāng)換料水箱出現(xiàn)低水位信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)為從安全殼地坑吸水進(jìn)行再循環(huán)注入。與高壓安注泵類似，低壓安注泵也是由兩列冗余的安全級(jí)交流電源來供電的。    &#

9、160;通過上文我們可以知道，傳統(tǒng)壓水堆的安注系統(tǒng)主要是在發(fā)生一回路失水事故情況下，向堆芯注入冷卻水并提供負(fù)反應(yīng)性，而如果發(fā)生的事故屬于非冷卻劑嚴(yán)重喪失事故（包括SGTR，喪失主給水等），則安注系統(tǒng)注入一回路的硼酸溶液的量有限，所以最重要的功能是向堆芯提供足夠的負(fù)反應(yīng)性，但是對(duì)于停堆后余熱導(dǎo)出并沒有很大的貢獻(xiàn)。所以，此時(shí)的余熱導(dǎo)出主要依靠安全相關(guān)的輔助給水系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)壓水堆的輔助給水系統(tǒng)主要包括兩臺(tái)100%容量電動(dòng)輔助給水泵、兩臺(tái)100%容量汽動(dòng)輔助給水泵、一個(gè)輔助水箱以及相應(yīng)的閥門、管線，其流程簡(jiǎn)圖如圖3所示。當(dāng)此類事故發(fā)生之后，在反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)（SG水位低，SG給水流量低等）的作用

10、下啟動(dòng)相應(yīng)的電動(dòng)或者汽動(dòng)輔助給水泵，將輔助水箱當(dāng)中的水送入SG產(chǎn)生蒸汽帶走一回路熱量，并最終將蒸汽排向凝汽器或者通過SG大氣釋放閥排向大氣，從而保證了一回路余熱的有效導(dǎo)出和壓力邊界的完整性。在設(shè)計(jì)上，汽動(dòng)輔助給水泵在主蒸汽管道壓力0.7MPa至8.6MPa之間均可運(yùn)行，保證了汽動(dòng)輔助給水泵可將一回路冷卻至余熱排除系統(tǒng)投入的狀態(tài)。    通過對(duì)傳統(tǒng)反應(yīng)堆的堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)的介紹，我們可以知道它主要依靠能動(dòng)設(shè)備的多樣化和冗余來保證其設(shè)計(jì)功能能夠?qū)崿F(xiàn)，但是這也造成了以下一些弊端：     1.投資高，設(shè)備維護(hù)工作量

11、大。由于傳統(tǒng)壓水堆為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加了大量的設(shè)備冗余（3臺(tái)高壓安注泵，4臺(tái)輔助給水泵，2臺(tái)低壓給水泵，大量的電動(dòng)閥），這個(gè)提高了電廠的建設(shè)成本，同時(shí)由于這些設(shè)備均為安全相關(guān)設(shè)備，需要定期進(jìn)行性能試驗(yàn)（試驗(yàn)周期半個(gè)月到3個(gè)月之間），給電廠運(yùn)行人員增加了很大的工作負(fù)擔(dān)，并且許多在長(zhǎng)期的反復(fù)試驗(yàn)當(dāng)中也易被損壞而造成損失。     2.傳統(tǒng)壓水堆的能動(dòng)設(shè)備基本布置在安全殼外，使得這些設(shè)備可用性容易受到外界因素的影響。同時(shí)，由于這些設(shè)備位于安全殼外，增加了安全殼貫穿件的數(shù)量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)壓水堆僅堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)就有12個(gè)安全殼貫穿件。而我們知道，

12、安全殼貫穿件的數(shù)目越多，對(duì)安全殼完整性的威脅就越大。     3.在傳統(tǒng)壓水堆的當(dāng)中，除了中壓安注子系統(tǒng)之外，其余均為能動(dòng)設(shè)備，并且在系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中系統(tǒng)需要多次借助電動(dòng)閥等能動(dòng)設(shè)備改變?cè)诰€才能將事故引導(dǎo)至最終的穩(wěn)定狀態(tài)，這就提高了發(fā)生人因和設(shè)備故障的概率。     4.當(dāng)傳統(tǒng)壓水堆發(fā)生非冷卻劑嚴(yán)重喪失事故時(shí)，如前文所述，傳統(tǒng)壓水堆在正常余熱排出系統(tǒng)投入前主要依靠輔助給水系統(tǒng)來帶走余熱，如果此時(shí)發(fā)生疊加故障而導(dǎo)致輔助給水或SG不可用，則一回路將不可避免的超溫超壓而開啟穩(wěn)壓器安全閥，向安全殼釋放放射性冷卻劑，導(dǎo)致放

13、射性的擴(kuò)散。所以，傳統(tǒng)壓水堆在發(fā)生此類事故時(shí)缺少一個(gè)備用的余熱排出途徑。     5.傳統(tǒng)壓水堆的堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)當(dāng)中，部分管道含有濃硼酸（主要是硼酸箱及其管道），濃度在7000至9000PPM之間，在常溫下極易附著于管道表面結(jié)晶而堵塞管道，因而需要長(zhǎng)期投運(yùn)電加熱器用于保溫而防止結(jié)晶。     AP1000的堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候大量采用了非能動(dòng)技術(shù)，從而避免了傳統(tǒng)壓水堆的上述弊端，增加了系統(tǒng)的可靠性，下文就開始對(duì)AP1000的堆芯冷卻和余熱排除系統(tǒng)進(jìn)行介紹。    

14、 3.AP1000堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)的構(gòu)成     AP1000的非能動(dòng)堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)由應(yīng)急堆芯余熱導(dǎo)出子系統(tǒng)、安注子系統(tǒng)和安全殼內(nèi)PH控制子系統(tǒng)組成，主要包括一個(gè)非能動(dòng)余熱導(dǎo)出熱交換器（PRHRHX）、兩個(gè)堆芯補(bǔ)水箱（CMT）、兩個(gè)安注箱（ACC）、一個(gè)pH調(diào)整化學(xué)藥品的籃筐和一個(gè)安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST）以及相關(guān)的閥門、管道和儀表，這些設(shè)備均被設(shè)置在鋼制安全殼內(nèi)部。本系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)壓水堆類似，主要也是在發(fā)生LOCA事故、彈棒事故、二回路主給水或主蒸汽管道破裂、SGTR等設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故時(shí)為一回路提供硼化和冷卻。 

15、0;   1) 應(yīng)急堆芯余熱導(dǎo)出子系統(tǒng)     應(yīng)急堆芯余熱導(dǎo)出子系統(tǒng)是非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)(PXS)的組成部份之一。系統(tǒng)的主要設(shè)備是非能動(dòng)余熱導(dǎo)出熱交換器。該熱交換器布置在IRWST內(nèi)，換料水箱內(nèi)的水作為PRHR熱交換器的冷卻介質(zhì)和熱源。其系統(tǒng)流程如圖4所示。                  圖4：非能動(dòng)余熱排出子系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖    &

16、#160;IRWST的位置高于反應(yīng)堆，PRHR熱交換器入口管線與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)1環(huán)路的主管道熱段相連接，入口管路上裝有一個(gè)常開的電動(dòng)閥，保證在正常運(yùn)行時(shí)熱交換器中的壓力與RCS冷卻劑壓力相同，以防止在熱交換器最初啟動(dòng)時(shí)發(fā)生水錘現(xiàn)象，同時(shí)由于熱交換器的傳熱管浸沒在IRWS當(dāng)中，所以熱交換器中的水溫與IRWST中的水溫相同，這樣在電廠運(yùn)行期間就可以由溫差和重力差建立并保持自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)壓頭。熱交換器的出口管線與1號(hào)蒸發(fā)器冷段腔室相連接，出口管線上有兩個(gè)并聯(lián)常關(guān)氣動(dòng)閥，當(dāng)這兩個(gè)閥門收到安全驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，它們就自動(dòng)打開。這時(shí)，由于PRHR熱交換器和反應(yīng)堆之間存在著位差和溫差，因此氣動(dòng)閥打開后即產(chǎn)生反應(yīng)堆

17、冷卻劑的自然循環(huán)流，其方向與主泵產(chǎn)生的強(qiáng)制流方向相同。主泵脫扣前，主泵能同時(shí)為PRHR熱交換器提供強(qiáng)制流。主泵停止后反應(yīng)堆的衰變熱繼續(xù)由自然循環(huán)方式傳至換料水箱。     當(dāng)熱交換器運(yùn)行一段時(shí)間之后，換料水箱內(nèi)的水達(dá)到飽和溫度，箱內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入鋼制安全殼內(nèi)，并由安全殼的壁面冷卻。冷凝水沿鋼殼內(nèi)壁向下流并最終由集水槽收集后被引回?fù)Q料水箱內(nèi)，冷凝水繼續(xù)作為熱交換器的冷卻介質(zhì)。鋼安全殼外壁由非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)噴灑水形成的水膜和安全殼外自然對(duì)流的空氣進(jìn)行冷卻，最后將反應(yīng)堆的衰變熱排入最終熱阱大氣。需要指出，非能動(dòng)余熱排出子系統(tǒng)只是在一回路冷卻劑沒有嚴(yán)重喪失的

18、情況下（CMT的低2水位之上）才能發(fā)揮其作用，否則就失去了自然循環(huán)的動(dòng)力。     類似于傳統(tǒng)壓水堆的輔助給水系統(tǒng)，AP1000設(shè)置了啟動(dòng)給水系統(tǒng)用于在機(jī)組起?；蚴鹿薁顟B(tài)下帶出堆芯熱量，延緩PRHR的啟動(dòng)，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，它的主要設(shè)備是兩臺(tái)啟動(dòng)給水泵。與傳統(tǒng)壓水堆不同的是，AP1000的啟動(dòng)給水系統(tǒng)是非安全級(jí)的，不用于事故分析。     相對(duì)于傳統(tǒng)壓水堆，AP1000的應(yīng)急堆芯余熱導(dǎo)出子系統(tǒng)是一個(gè)完全新增設(shè)的系統(tǒng)，正是這個(gè)子系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)壓水堆余熱導(dǎo)出手段不足。當(dāng)發(fā)生非冷卻劑嚴(yán)重喪失事故時(shí)，如果AP1000的啟

19、動(dòng)給水系統(tǒng)不可用，則應(yīng)急堆芯余熱導(dǎo)出子系統(tǒng)將自動(dòng)投運(yùn)，并最終將反應(yīng)堆熱量通過鋼制安全殼排向大氣。     2) 安注子系統(tǒng)     安注子系統(tǒng)主要由兩個(gè)堆芯補(bǔ)給箱（CMT），兩個(gè)安注箱（ACC），一個(gè)安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST）以及相應(yīng)的管道、閥門組成。安注子系統(tǒng)的主要流程如圖5所示。     CMT位于安全殼內(nèi)，其位置稍高RCS的主泵。反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，箱內(nèi)充滿濃度較高（約3400PPM）、低溫的含硼水。每臺(tái)CMT的入口壓力平衡管上裝有一個(gè)常開電動(dòng)閥，入口管與RCS的冷段

20、連接。壓力平衡管線正常運(yùn)行時(shí)是連通的，以保持CMT內(nèi)的壓力等于RCS壓力，以避免在CMT安注時(shí)發(fā)生水錘現(xiàn)象。每臺(tái)CMT出口的注射管上安裝兩個(gè)并聯(lián)的常關(guān)氣動(dòng)隔離閥和兩個(gè)串聯(lián)的逆止閥，出口管經(jīng)壓力容器直接注入管線與反應(yīng)堆壓力容器相接。當(dāng)CMT接收到動(dòng)作信號(hào)時(shí)，出口管線上兩個(gè)常關(guān)的氣動(dòng)隔離閥就自動(dòng)開啟，使得CMT可以以水循環(huán)注射或者蒸汽補(bǔ)償注射向一回路注入濃硼酸。  圖5：安注子系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖     兩臺(tái)安注箱同樣位于安全殼內(nèi)，充有含硼水（約2600PPM），氣腔由壓縮氮?dú)饧訅海s4.9MPa），當(dāng)一回路壓力低于安注箱的壓力時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)快速注射。安注

21、箱出口管上裝有一個(gè)常開的電動(dòng)隔離和兩個(gè)串聯(lián)的止回閥，出口管與反應(yīng)堆壓力容器的直接注射管相接。     安全殼內(nèi)換料水箱的位置略高于一回路主管道，內(nèi)置2100立方米濃度為2600PPM左右的硼酸。每個(gè)系列的注射管上各有一個(gè)常開的電動(dòng)閥，兩個(gè)并聯(lián)的止回閥和兩個(gè)并聯(lián)的爆破閥。爆破閥根據(jù)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)第4級(jí)閥門的動(dòng)作信號(hào)自動(dòng)打開。只有RCS完全卸壓后才能實(shí)現(xiàn)換料水箱的重力注射。     安注子系統(tǒng)的順利投入還需要自動(dòng)卸壓系統(tǒng)（ADS）的輔助。     3) 安全殼內(nèi)PH控制子系統(tǒng) &#

22、160;   安全殼內(nèi)pH控制子系統(tǒng)的主要設(shè)備是pH控制籃筐，其布置高度低于事故后最低的淹沒水位，當(dāng)淹沒水位達(dá)到籃子高度時(shí)，即形成非能動(dòng)的化學(xué)物添加。在發(fā)生LOCA時(shí)，堆芯損壞，RCS中的放射性釋放到安全殼內(nèi)。此時(shí)pH控制子系統(tǒng)用于向安全殼再循環(huán)水中添加化學(xué)物質(zhì)TSP（磷酸三鈉），以中和硼酸并將安全殼再循環(huán)水的pH值控制在7.0-9.5范圍內(nèi)，這樣可以形成碘酸鈉沉淀，從而減少了由于水的輻照分解而導(dǎo)致有機(jī)碘的產(chǎn)生，最終減少安全殼內(nèi)的氣載放射性碘和廠外劑量。同時(shí)，我們知道AP1000的第三道安全屏障是鋼制安全殼，而不銹鋼在酸性環(huán)境下更容易受到酸性腐蝕和應(yīng)力腐蝕的威脅，

23、所以向安全殼內(nèi)添加TSP也減少了在安全殼再循環(huán)狀態(tài)下鋼制安全殼不銹鋼部件發(fā)生酸性腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂的可能性，從而保護(hù)了安全殼的完整性。在傳統(tǒng)壓水堆當(dāng)中也有類似功能，不過是通過安全殼噴淋系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，且需要改變能動(dòng)設(shè)備（泵和電動(dòng)閥）的在線來實(shí)現(xiàn)。     通過上文介紹，我們可以清楚的知道AP1000的安注子系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)壓水堆，最大的不同在于沒有任何由交流電源供電的能動(dòng)設(shè)備（如泵，交流電動(dòng)閥等），僅僅依靠重力、壓縮空氣、直流電源（用于氣動(dòng)閥、爆破閥、直流電動(dòng)閥）和密度差就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行，這大大降低了設(shè)備的故障概率。同時(shí)AP1000的所有設(shè)備、管道均位于安

24、全殼內(nèi)部，減少安全殼貫穿件的數(shù)目，增加了設(shè)備的可靠性。     下面我們?cè)俦容^一下壓水堆和AP1000堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)在系統(tǒng)運(yùn)行方面的差異：     4.傳統(tǒng)壓水堆和AP1000堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)的不同動(dòng)作過程     1.AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的動(dòng)作過程     首先，當(dāng)CMT接收到動(dòng)作信號(hào)之后，開啟其出口管線上的兩個(gè)并聯(lián)的氣動(dòng)隔離閥，由重力和密度差作為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)對(duì)一回路進(jìn)行高壓安注。這一過程一般可以持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，但是

25、根據(jù)一回路冷卻劑喪失的快慢具體的時(shí)間也會(huì)有所不同。當(dāng)CMT啟動(dòng)之后，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)PRHR HX的投入，并同時(shí)停運(yùn)主泵。此時(shí)反應(yīng)堆的衰變熱由PRHR HX通過自然循環(huán)傳遞給換料水箱內(nèi)的水。不過這一過程只針對(duì)非冷卻劑喪失的事故才有效。     其次，如果CMT的投入并沒有緩解事故的發(fā)展，隨著一回路冷卻劑的喪失導(dǎo)致CMT液位進(jìn)一步下降，如果CMT的液位達(dá)到“低1”就觸發(fā)第1級(jí)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第2級(jí)、第3級(jí)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)則根據(jù)不同的時(shí)間延遲信號(hào)投入，具體的實(shí)現(xiàn)方式為依次開啟穩(wěn)壓器上部的6個(gè)直流電動(dòng)卸壓閥。在自動(dòng)卸壓系統(tǒng)（ADS）啟動(dòng)降壓達(dá)到RNS泵的注入能力

26、之后，如果正常余熱排出系統(tǒng)（RNS）依然可用，操作員可以通過RNS泵從燃料裝載井或換料水箱中取水向一回路中注入，這一功能類似于傳統(tǒng)壓水堆的低壓安注泵功能，但在AP1000當(dāng)中，這并不是安全相關(guān)功能也不要求RNS在事故狀態(tài)下可用。同時(shí)當(dāng)一回路的壓力由于ADS的動(dòng)作而降到安注箱（ACC）的壓力之下時(shí)，安注箱當(dāng)中的硼酸溶液就會(huì)在高壓氮?dú)獾淖饔孟驴焖僮⑷攵研?，提供大約幾分鐘的高速注射流對(duì)堆芯進(jìn)行冷卻和硼化。     然后，如果RNS系統(tǒng)和ACC的投入并沒有阻止CMT注入在下降到低2水位之前停止，最終將導(dǎo)致ADS第四級(jí)爆破卸壓閥啟動(dòng)，一回路完全卸壓，進(jìn)而造成安全殼

27、內(nèi)換料水箱（IRWST）出口爆破閥開啟，在重力的作用下IRWST中的濃硼酸直接向一回路注入，這一過程可以在較低的安注流量下維持很長(zhǎng)的時(shí)間，最?？芍翑?shù)天。當(dāng)IRWST的液位下降到“低3”液位，最終觸發(fā)安全殼再循環(huán)爆破閥動(dòng)作，將一回路過渡到安全殼再循環(huán)模式，并維持在這一模式通過安全殼帶走反應(yīng)堆余熱，保持反應(yīng)堆在安全停堆狀態(tài)。     總結(jié)非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的動(dòng)作過程，可以將其分為四個(gè)階段：a. 兩臺(tái)CMT提供較長(zhǎng)時(shí)間較大的注射流；b. 兩臺(tái)安注箱在數(shù)分鐘內(nèi)提供非常大的注射流；c. 一個(gè)IRWST提供很長(zhǎng)時(shí)間較小的注射流；d. 三個(gè)水源完成注射后，受淹的安全殼

28、成為長(zhǎng)期的水源，由自然循環(huán)提供堆芯的再循環(huán)冷卻。在以上這四個(gè)過程當(dāng)中，有可能需要一次性動(dòng)作的閥門或設(shè)備主要有：1.自動(dòng)卸壓系統(tǒng)（ADS）的6個(gè)直流電動(dòng)卸壓閥、4個(gè)爆破卸壓閥；2.非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）的2個(gè)CMT出口氣動(dòng)隔離閥、4個(gè)安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST）出口爆破隔離閥、4個(gè)安全殼再循環(huán)爆破隔離閥。驅(qū)動(dòng)這些閥門動(dòng)作的信號(hào)和動(dòng)力均由蓄電池供電的直流系統(tǒng)來提供，并且蓄電池組可以保證這些設(shè)備在全廠失電后的24至72小時(shí)內(nèi)可以正常自動(dòng)動(dòng)作，無需操縱員干預(yù)，這樣就使得AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)當(dāng)中極少數(shù)需要一次動(dòng)作的設(shè)備也具有了極大的可靠性，可視作與非能動(dòng)設(shè)備具有同等的可靠性。 

29、0;   此外，對(duì)于非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)，不是每一次動(dòng)作都會(huì)完整的經(jīng)歷上述4個(gè)過程，只是在發(fā)生某些稀有事故情況下（如LOCA）才會(huì)最終過渡到安全殼再循環(huán)模式，對(duì)于大多數(shù)瞬態(tài)或事故，在情況得到有效的緩解之后就會(huì)人為中止非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的動(dòng)作。非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的動(dòng)作序列如圖6所示。  圖6：非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)動(dòng)作序列     2傳統(tǒng)壓水堆安注系統(tǒng)的動(dòng)作過程     a冷段直接注入階段     當(dāng)安注系統(tǒng)接收到安注信號(hào)之后，首先啟動(dòng)第二臺(tái)高

30、壓安注泵（第一臺(tái)作為上充泵一直在運(yùn)行），開啟換料水箱與高壓安注泵之間的閥門，開啟硼注入箱前后隔離閥即開啟第一條高壓安注管線注入一回路冷段，將容控箱與高壓安注泵隔離，低壓安注泵通向高壓安注泵吸水母管的連接閥開啟，啟動(dòng)低壓安注泵。三分鐘后，接通另一條高壓安注管線，直接注入壓力容器，以提高注入流量。需要指出，在冷段直接注入的過程中，如果一回路的壓力降到中壓安注箱的定值之下（約4.65MPa），安注箱內(nèi)硼水開始注入一回路，當(dāng)一回路壓力下降到低壓安注泵出口壓力之下時(shí)（約1.5Mpa.a），低壓安注管線開始有硼溶液注入到RCP系統(tǒng)冷段和壓力容器中去，同時(shí)需要關(guān)閉中壓安注箱出口隔離閥，防止氮?dú)膺M(jìn)入一回路。

31、    b冷段再循環(huán)注入階段     隨著高壓安注泵不斷把換料水箱中的硼水注入到一回路中，換料水箱的水位持續(xù)下降。當(dāng)換料水箱的水位降到“低3”值時(shí)，如果此時(shí)仍需要安注，則需要將低壓安注泵的吸水口切向安全殼地坑，即轉(zhuǎn)入冷段再循環(huán)注入階段。主要的動(dòng)作過程是：開啟低壓安注泵從地坑吸水的閥門，關(guān)閉低壓安注泵從換料水箱吸水的閥門。     c冷熱段同時(shí)再循環(huán)注入階段     在LOCA事故當(dāng)中，由于很難確定破口的具體位置，為了防止堆芯物理現(xiàn)象的復(fù)

32、雜化，在安注開始約12小時(shí)之后就開始手動(dòng)切換至冷熱段同時(shí)再循環(huán)注入階段。主要的操作為：開啟低壓安注泵向熱段注入的閥門，關(guān)閉低壓安注泵向冷段和壓力容器注入的主通道閥門，開啟旁路閥；開啟高壓安注泵向熱段注入的閥門，關(guān)閉高壓安注泵向冷段注入的主通道閥門并開啟其旁路閥。     d長(zhǎng)期再循環(huán)注入階段     安注動(dòng)作24小時(shí)后，安注將轉(zhuǎn)入到長(zhǎng)期再循環(huán)注入階段，即通過低壓安注泵從安全殼地坑吸水，然后通過三臺(tái)高壓安注泵和兩臺(tái)低壓安注泵將冷卻劑注入堆芯，保持堆芯的負(fù)反應(yīng)性以及排出堆芯產(chǎn)生的余熱，將放射性的釋放控制在安全殼內(nèi)。 傳

33、統(tǒng)壓水堆的安注動(dòng)作序列如下所示：     類似于AP1000，傳統(tǒng)壓水堆的以上安注過程也并不是每個(gè)事故發(fā)生后都會(huì)經(jīng)歷，事實(shí)上只有極少數(shù)稀有事故（如LOCA）等發(fā)生時(shí)才會(huì)經(jīng)歷完整的安注過程。在絕大多數(shù)情況下，當(dāng)事故得到有效的控制、一回路狀態(tài)穩(wěn)定以后，安注就會(huì)被人為中止。     同過上文比較，可以得知AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)只要依次通過氣動(dòng)閥或者爆破閥一次在線就能夠達(dá)到最終的穩(wěn)定狀態(tài)，且不需要依靠由交流電源供電的能動(dòng)設(shè)備，而傳統(tǒng)壓水堆則需要通過多個(gè)電動(dòng)閥的反復(fù)在線才能適應(yīng)不同安注安注階段的需要并最終達(dá)

34、到長(zhǎng)期再循環(huán)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)堆芯冷卻，并且在整個(gè)過程當(dāng)中都需要能動(dòng)設(shè)備（泵和電動(dòng)閥）的協(xié)助。相比于AP1000，傳統(tǒng)壓水堆發(fā)生故障的概率大大提高。綜合前文，總結(jié)AP1000相對(duì)于傳統(tǒng)壓水堆的優(yōu)勢(shì)如下：     5.AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻和余熱排出系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)     1) 非能動(dòng)余熱排出功能     由上文可知，AP1000的非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)包含一個(gè)非能動(dòng)余熱排出熱交換器（PRHR），用于在發(fā)生非嚴(yán)重冷卻劑喪失事故（如SGTR、失主給水等）時(shí)將堆芯余熱導(dǎo)向安全殼內(nèi)置換料水

35、箱并最終通過非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)將熱量導(dǎo)向最終熱井大氣。而傳統(tǒng)壓水堆并沒有此功能，當(dāng)發(fā)生類似事故時(shí)，只能通過布置在安全殼外的安全級(jí)別的輔助給水泵給SG供水，并通過SG帶走停堆后的堆芯余熱。如果此時(shí)再疊加輔助給水系統(tǒng)或者SG本身的部分不可用故障，則必然將導(dǎo)致一回路溫度、壓力的進(jìn)一步升高，可能造成穩(wěn)壓器安全閥打開，從而造成放射性釋放的擴(kuò)大。所以，對(duì)于擁有PRHR的AP1000就不會(huì)發(fā)生此類風(fēng)險(xiǎn)，它除了可以通過啟動(dòng)給水系統(tǒng)（類似傳統(tǒng)壓水堆輔助給水系統(tǒng)）向SG供水帶走余熱之外，還可以通過PRHR來帶走余熱，這保證了AP1000在發(fā)生此類事故時(shí)不會(huì)導(dǎo)致一回路狀態(tài)的惡化而有開啟穩(wěn)壓器安全閥的風(fēng)險(xiǎn)。

36、60;   2) 非能動(dòng)特性     AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的安注分系統(tǒng)的主要設(shè)備是兩個(gè)堆芯補(bǔ)給箱（CMT），兩個(gè)安注箱（ACC），一個(gè)安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST），其中CMT是借助重力和密度差作為其安注的其驅(qū)動(dòng)力，ACC是利用壓縮氣體即加壓的氮?dú)庾鳛槠潋?qū)動(dòng)力，IRWST則是利用了重力，所以AP1000的安注分系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力采用的是非能動(dòng)的自然力，取消了安全級(jí)的交流電源，采用的是可由蓄電池供電的1E級(jí)的直流電源，且在系統(tǒng)動(dòng)作的時(shí)候一次動(dòng)作即可完成系統(tǒng)在線無需反復(fù)動(dòng)作，理論上在事故發(fā)生72小時(shí)之內(nèi)無需操縱員干預(yù)。相比之下

37、，傳統(tǒng)壓水堆的安注系統(tǒng)除了中壓安注系統(tǒng)是非能動(dòng)之外，高壓和低壓安注分系統(tǒng)均需利用安全級(jí)交流電源供電的安注泵來向一回路注水，同時(shí)在安注回路上的電動(dòng)閥也是由安全級(jí)的交流電源供電并且在不同的安裝階段需要多次動(dòng)作改變系統(tǒng)在線以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，這增加了人因事故和設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加了投資。     3) 設(shè)備布置及安全殼貫穿件     AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的所有設(shè)備（包括PRHR）都設(shè)置在安全殼內(nèi)，這減少了外來飛射物以及人因?qū)υO(shè)備造成的風(fēng)險(xiǎn)，增加了設(shè)備的可靠性。而傳統(tǒng)壓水堆除了中壓安注分系統(tǒng)布置在安全殼內(nèi)部

38、之外，高壓和低壓安注分系統(tǒng)的泵和大部分閥門都布置在安全殼外的核輔助廠房當(dāng)中。同時(shí)，由于AP1000堆芯冷卻系統(tǒng)的設(shè)備都布置在安全殼內(nèi)，所以就不再需要安全殼貫穿件，而傳統(tǒng)壓水堆需要設(shè)置12個(gè)安全殼貫穿件用于安注系統(tǒng)的初始注入和再循環(huán)，這也增加了安全殼完整性被破壞的風(fēng)險(xiǎn)概率。     4) 硼酸結(jié)晶     在傳統(tǒng)壓水堆的高壓安注回路當(dāng)中設(shè)置了一個(gè)硼酸注入箱，內(nèi)部的濃度大約是20000PPM，用于在安注動(dòng)作初期向一回路提供負(fù)反應(yīng)性。但是高濃度的硼酸極容易結(jié)晶析出而附著在管道上造成堵塞。所以在傳統(tǒng)壓水堆中還須給硼酸注入箱及其前后管道設(shè)置電加熱器，用于加熱硼酸防止其結(jié)晶，這些電加熱器同樣也由安全級(jí)交流電源供電。而AP1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)中儲(chǔ)存的硼酸溶液最高濃度不超過3400PPM，即便在常溫下也不會(huì)發(fā)生由于結(jié)晶析出而造成管道堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。     5) 設(shè)備簡(jiǎn)化     AP1000的主要特點(diǎn)之一就是簡(jiǎn)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這一特點(diǎn)也體現(xiàn)在非能動(dòng)堆芯冷卻