技術類ap1000第3章專設安全設施01節(jié)非能動堆芯冷卻系統(tǒng)

第一節(jié)非能動堆芯冷卻系統(tǒng)授課人：日期：中電投高級培訓中心2主要內容1.1系統(tǒng)功能1.2系統(tǒng)描述1.3主要設備結構及工作原理1.4系統(tǒng)運行1.5主要技術參數3要求1)了解系統(tǒng)主要功能和工藝流程；2)熟悉主要設備結構、作用和運行方式；3)了解本系統(tǒng)和其它系統(tǒng)的相互關系；4)記住系統(tǒng)和設備的主要技術參數。1非能動堆芯冷卻系統(tǒng)功能系統(tǒng)主要功能RCS應急補水和硼化安注應急堆芯余熱導出事故后安全殼內pH值控制過程參數監(jiān)測RCS冷卻52非能動堆芯冷卻系統(tǒng)描述系統(tǒng)描述非能動堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）包括一個非能動余熱導出熱交換器（PRHRHX）、兩個堆芯補水箱（CMT）、兩個安注箱（ACC）和一個安全殼內換料水箱（IRWST）。其它PXS設備包括IRWST濾網、安全殼再循環(huán)管線和用于盛裝事故后pH調整化學藥品的籃筐。系統(tǒng)還包括用于支持系統(tǒng)運行的管道、閥門和儀表。7非能動堆芯冷卻系統(tǒng)原理圖

8安全殼內換料水貯存箱包括應急堆芯冷卻系統(tǒng)、安全注射（三個非能動水源：堆芯補給水箱、安注箱、安全殼內換料水貯存箱，可直接注入壓力容器）、非能動余熱排出（一套100%容量非能動余熱排出熱交換器）。余熱排出熱交換器堆芯補給水箱安注箱應急堆芯余熱導出子系統(tǒng)（1）非能動余熱導出子系統(tǒng)是非能動堆芯冷卻系統(tǒng)(PXS)的組成部份之一。系統(tǒng)的主要設備是非能動余熱導出熱交換器。該熱交換器布置在IRWST內，換料水箱內的水作為PRHR熱交換器的冷卻介質。9應急堆芯余熱導出子系統(tǒng)流程簡圖10應急堆芯余熱導出子系統(tǒng)（2）對于非冷卻劑喪失事件，可以通過PRHRHX來導出堆芯衰變熱。熱交換器由一組與上部及下部封頭連接的C型管束組成。熱交換器位于IRWST內，IRWST作為熱交換器的熱阱。反應堆正常運行時，一旦收到安全驅動信號，出口管路上的兩個氣動閥自動打開。由于PRHR熱交換器和反應堆之間存在著位差和溫差，因此氣動閥打開后即產生反應堆冷卻劑的自然循環(huán)流，其方向與主泵產生的強制流方向相同。11安全驅動信號及其動作序號產生安全驅動信號安全驅動信號引起的動作1穩(wěn)壓器壓力低安全殼隔離2超前—滯后主蒸汽管線壓力低堆芯補水箱投入3反應堆入口溫度低主泵停止4安全殼壓力高—2主給水隔離5手動觸發(fā)安全殼空氣過濾系統(tǒng)隔離6正常余熱排出系統(tǒng)隔離12應急堆芯余熱導出子系統(tǒng)（3）PRHR熱交換器投入一段時間后，換料水箱內的水達到飽和溫度，箱內產生的蒸汽進入鋼制安全殼內，并由安全殼的壁面冷卻。冷凝水沿鋼殼內壁向下流，在安全殼運行平臺處，由安全級的集水槽收集后被引回換料水箱內，冷凝水繼續(xù)作為熱交換器的冷卻介質。13安注子系統(tǒng)安注子系統(tǒng)包括兩個堆芯補水箱，兩個安注箱，一個安全殼內換料水箱和相應的管道、閥門、儀表組成。非能動安全注射系統(tǒng)有4種非能動注射水源：—兩臺CMT提供較長時間較大的注射流；—兩臺安注箱在數分鐘內提供非常大的注射流；—一個IRWST提供很長時間較小的注射流；—受淹的安全殼成為長期的水源。14安注子系統(tǒng)流程簡圖15安全殼內pH控制子系統(tǒng)包括pH控制籃筐，其布置高度低于事故后最低的淹沒水位，當淹沒水位達到籃子高度時，即形成非能動的化學物添加。將安全殼再循環(huán)水的pH值控制在7.0-9.5范圍內。pH控制籃框中裝有顆粒狀的磷酸三鈉。籃筐高于地面約30厘米。控制pH值的目的是為了減少由于水的輻照分解而導致有機碘的產生。16pH控制籃筐架173非能動堆芯冷卻系統(tǒng)主要設備及工作原理非能動余熱導出熱交換器非能動余熱導出熱交換器包括入口通道封頭、出口通道封頭兩個封頭，中間連有６８９根內徑為19mm的C形管，傳熱管材料為因科鎳690。傳熱管的直立部分有5.5米高，被連接在IRWST上的框架所支撐。傳熱管的頂部低于IRWST正常水位。不管主泵運行還是停運，非能動余熱導出系統(tǒng)有能力在36小時內將RCS的溫度降至215℃，以進入安全停堆狀態(tài)。19非能動余熱熱交換器20堆芯補水箱非能動堆芯冷卻系統(tǒng)中有兩臺堆芯補水箱，每臺容積為70.8m3，內裝濃度約為3500ppm的含硼水。在正常運行時，堆芯補水箱裝滿含硼水。堆芯補水箱通過直接注入管線以及冷段壓力平衡管與冷卻劑系統(tǒng)相連接。堆芯補水箱底部的排放管線上有一只流量調節(jié)孔板，通過調節(jié)管道阻力調節(jié)注入流量。21安注箱非能動堆芯冷卻系統(tǒng)中有兩臺安注箱，其總容積為56.6m3，內裝濃度約為2700ppm的含硼水，并由氮氣覆蓋和加壓。每臺安注箱與反應堆壓力容器的一根直接注入管相連接。當反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力下降到低于安注箱的壓力時，兩只串連的止回閥開啟，硼水靠氮氣壓力注入反應堆冷卻劑系統(tǒng)。安注箱的安注管線上有一只流量調節(jié)孔板，通過調節(jié)安注管道的阻力來調節(jié)安注流量。22安全殼內換料水箱換料水箱是位于安全殼操作平臺下面的一個內襯不銹鋼的大水箱，它是安全殼內部結構的一部份。換料水箱靠近安全殼壁一側為鋼材料外壁，另外一側是鋼筋混凝土墻。IRWST的底部高于RCS回路的高度，這樣在RCS充分降壓后，含硼換料水能靠重力排入RCS。IRWST通過兩條DVI管線與RCS相通。IRWST內裝有的含硼水處于與安全殼內環(huán)境相同的溫度與壓力下。23換料水箱及內部部件結構圖244非能動堆芯冷卻系統(tǒng)運行正常功率運行堆芯補水箱內充滿高濃度、低溫的含硼水。CMT的壓力平衡管線正常運行時是連通的，以保持CMT內的壓力等于RCS壓力。每臺CMT出口的直接注入管線通過兩個并聯的常關氣動隔離閥和兩個串聯的逆止閥關閉。每臺安注箱內充有含硼水，氣腔由壓縮氮氣加壓。PRHR熱交換器入口管線與RCS1＃環(huán)路的主管道熱段相連接，出口管線通過兩個并聯常關氣動閥蒸發(fā)器冷段腔室隔離。換料水箱的位置略高于RCS的主管道。每個系列的注射管上各有一個常開的電動閥，兩個并聯的止回閥和兩個并聯的爆破閥。26正常停堆運行在停堆工況下，只要可以通過正常余熱導出系統(tǒng)導出堆芯熱量和通過化容系統(tǒng)控制堆芯水裝量，就不需要啟動PXS。在停堆工況下，PXS繼續(xù)具備堆芯冷卻能力。由于此時一回路的溫度和壓力均下降，需要隔離以下設備：當一回路壓力降低到安注箱壓力之前，關閉安注箱隔離閥；在一回路卸壓后、一回路和穩(wěn)壓器疏水前關閉堆芯補水箱入口隔離閥。27喪失主給水流量事故喪失主給水流量的主要特征是蒸汽發(fā)生器出現低液位，造成RCS的加熱瞬態(tài)。PRHR熱交換器根據任一臺蒸汽發(fā)生器2/4窄量程低液位信號和任一條給水管線1/2低啟動給水流量信號相符合，或根據任一臺蒸汽發(fā)生器2/4寬量程低液位信號自動投入，以導出反應堆的衰變熱，防止穩(wěn)壓器安全閥開啟。隨著RCS降溫，穩(wěn)壓器2/4液位低于低-2整定值時，堆芯補水箱自動投入。CMT的自動投入保持了RCS的水裝量，并注入濃度較高的硼酸溶液，以防止反應堆重返臨界。但此瞬態(tài)不會觸發(fā)自動卸壓系統(tǒng)和安注箱的投入。然后運行人員穩(wěn)定電廠工況，待RCS降溫降壓至規(guī)定值后投入正常余熱排出系統(tǒng)。28主蒸汽管線破裂事故造成RCS的冷卻瞬態(tài)。首先由安全驅動信號觸發(fā)緊急停堆，并投入CMT的注射，同時主泵停運，蒸汽管線隔離。PRHR熱交換器則由CMT的注射信號觸發(fā)而自動投入。此時依靠PRHR熱交換器導出堆芯衰變熱，堆芯補水箱維持一回路水裝量，并向堆芯添加負反應性。在此瞬態(tài)下，RCS的降壓幅度足以使安注箱投入；但CMT未排空，不會出現CMT低液位信號而觸發(fā)自動卸壓系統(tǒng)動作。29蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂傳熱管破損后，一回路冷卻劑通過蒸發(fā)器進入二回路，穩(wěn)壓器液位下降，一回路壓力下降，導致安全驅動信號啟動，反應堆緊急停堆。安全驅動信號自動投入堆芯補水箱向一回路進行安注。CMT的注射信號則驅動PRHRHX的投入，并同時停運主泵。此時反應堆的衰變熱由PRHRHX通過自然循環(huán)傳遞給換料水箱內的水。蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂一般不會觸發(fā)自動卸壓系統(tǒng)的動作信號。待工況穩(wěn)定后，即可投入電廠的正常余熱排出系統(tǒng)。30LOCA事故一旦發(fā)生LOCA事故，一回路壓力下降，反應堆緊急停堆，安全驅動信號啟動。安全驅動信號觸發(fā)主泵停運，CMT投入，以實現高壓注射。CMT的注射信號又驅動PRHR熱交換器的投入。在ADS啟動降壓達到RNS泵的注入能力之后，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。若不使用RNS系統(tǒng)，CMT水位繼續(xù)下降，當達到低2液位時，自動卸壓系統(tǒng)第4級閥門自動開啟。在RCS的自動卸壓過程中，相繼投入非能動的安注箱注射和換料水箱的注射，最后實現長期的再循環(huán)冷卻。315非能動堆芯冷卻系統(tǒng)主要參數主要技術參數（1）堆芯補水箱數量2容積（m3）70.8硼濃度（ppm）3500設計壓力（MPa.g）17.1設計溫度（°C）34333主要技術參數（2）安注箱數量2容積（m3）56.6水容積（m3）48.1氮氣容積（m3）8.5氮氣壓力（MPa.g）4.8硼濃度（ppm）2700設計壓力（MPa.g）5.5設計溫度（°C）14834主要技術參數（3）安全殼內換料水箱數量1容積（m3）2132硼濃度（ppm）2700設計壓力（MPa.g）0.03設計溫度（°C）