安全生产_核反应堆的安全系统课件

第二章核反应堆的安全系统第二章核反应堆的安全系统 反应堆的三大安全功能反应堆的三大安全功能 压水堆的专设安全设施压水堆的专设安全设施压水堆的专设安全设施压水堆的专设安全设施 2.1反应堆的安全性2.1反应堆的安全性 只取决于内在只取决于内在负反应性系数负反应性系数多普勒效应多普勒效应控制控制只取决于内在只取决于内在负反应性系数负反应性系数、多普勒效应多普勒效应、控制控制 棒借助重力落入堆芯棒借助重力落入堆芯等自然科学法则的安全性。等自然科学法则的安全性。 自然的安全性自然的安全性 非能动的安全性非能动的安全性 惯性原理（惯性原理（如泵惰转）、如泵惰转）、重力法则（重力法则（如位差）、如位差）、 热传热传递递法则法则热传法则热传法则 必须依靠必须依靠能动设备能动设备（有源设备有源设备） 能动的安全性能动的安全性 必须依靠必须依靠能动设备能动设备（有源设备有源设备） 后备的安全性后备的安全性 由由冗余系统冗余系统的可靠度或阻止放射性物质逸 出的 的可靠度或阻止放射性物质逸 出的多道屏障多道屏障提供的安全性保护提供的安全性保护 反应堆的安全性反应堆的安全性2.12.1反应堆的安全性反应堆的安全性 当反应堆出现异常工况时当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或不依靠人为操作或 池式快堆池式快堆 当反应堆出现异常工况时当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或不依靠人为操作或 外部设备的强制性干预，只是由堆的外部设备的强制性干预，只是由堆的自然安全 性和非能动的安全性 自然安全 性和非能动的安全性，控制反应性或移出堆芯，控制反应性或移出堆芯 热量热量，使反应堆趋于正常运行和安全停闭使反应堆趋于正常运行和安全停闭。 固有安全性固有安全性 自然的安全性自然的安全性 池式快堆池式快堆 模块式模块式 热量热量，使反应堆趋于正常运行和安全停闭使反应堆趋于正常运行和安全停闭。 固有安全性固有安全性 非能动的安全性非能动的安全性 固有安全堆固有安全堆 模块式模块式 高温气冷堆高温气冷堆 过有终过有终 能动的安全性能动的安全性 过过程固程固有有最最终终 安全反应堆安全反应堆 现行的反应堆现行的反应堆 PWR BWR 后备的安全性后备的安全性 BWR 高温气冷堆高温气冷堆 安安2.2反应堆的2.2反应堆的安安全功能全功能 ?在所有情况下：在所有情况下： 正常运行或反应堆停闭状态正常运行或反应堆停闭状态正常运行或反应堆停闭状态正常运行或反应堆停闭状态 故障工况或事故状态故障工况或事故状态故障工况或事故状态故障工况或事故状态 有效地控制反应性有效地控制反应性确保堆芯冷却确保堆芯冷却包容放射性产物包容放射性产物有效地控制反应性有效地控制反应性确保堆芯冷却确保堆芯冷却包容放射性产物包容放射性产物 2.2.12.2.1反应性的控制反应性的控制 反应性的控制的三种类型反应性的控制的三种类型 2.2.12.2.1反应性的控制反应性的控制 紧急停堆控制紧急停堆控制 控制元件控制元件迅速引入负反应性迅速引入负反应性 反应堆紧急停闭反应堆紧急停闭 紧急停堆控制紧急停堆控制 控制元件控制元件动作迅速动作迅速 补偿微小的反应性瞬态变化补偿微小的反应性瞬态变化 功率控制功率控制 补偿微小的反应性瞬态变化补偿微小的反应性瞬态变化 功率控制功率控制 补偿控制元件补偿控制元件动作过程非常缓慢动作过程非常缓慢 用于补偿燃耗、裂变产物积累所用于补偿燃耗、裂变产物积累所 需的剩余反应性需的剩余反应性 补偿控制补偿控制 需的剩余反应性需的剩余反应性 也用于改变堆内功率分布也用于改变堆内功率分布 将控制元件引入堆芯的三种方式将控制元件引入堆芯的三种方式将控制元件引入堆芯的三种方式将控制元件引入堆芯的三种方式 吸收体引入堆芯的三种方式吸收体引入堆芯的三种方式吸收体引入堆芯的三种方式吸收体引入堆芯的三种方式 控制棒控制棒可燃毒物可燃毒物 补偿棒-补偿控制补偿棒-补偿控制 调节棒调节棒- -功率控制功率控制 控制棒控制棒可燃毒物可燃毒物 补偿剩余反应性补偿剩余反应性 延长堆芯的寿期延长堆芯的寿期 调节棒调节棒- -功率控制功率控制 安全棒-紧急停堆控制安全棒-紧急停堆控制 材料：银-铟-镉合金材料：银-铟-镉合金 延长堆芯的寿期延长堆芯的寿期 减少可移动控制棒的数目减少可移动控制棒的数目 改善堆芯的功率分布改善堆芯的功率分布 材料材料： 钆钆（GdGd） 、硼硼（B B） 可溶毒物可溶毒物 材料材料： 钆钆（GdGd） 、硼硼（B B） 一种吸收中子能力很强的可以溶解在冷却剂的物质。一种吸收中子能力很强的可以溶解在冷却剂的物质。 轻水堆往往以轻水堆往往以硼酸溶解硼酸溶解在冷却剂内用作补偿控制。在冷却剂内用作补偿控制。 能补偿很大的剩余反应性能补偿很大的剩余反应性。能补偿很大的剩余反应性能补偿很大的剩余反应性。 由于向冷却剂增加或减少毒物量的速率十分由于向冷却剂增加或减少毒物量的速率十分缓慢缓慢，所以反应性的引入速 率相当小。 ，所以反应性的引入速 率相当小。 只能只能补偿补偿由于燃耗由于燃耗、中毒和慢化剂温度变化等引起的缓慢的反应性变化中毒和慢化剂温度变化等引起的缓慢的反应性变化。只能只能补偿补偿由于燃耗由于燃耗、中毒和慢化剂温度变化等引起的缓慢的反应性变化中毒和慢化剂温度变化等引起的缓慢的反应性变化。 2.2.2 确保堆芯冷却2.2.2 确保堆芯冷却 正常运行停闭事故工况正常运行停闭事故工况 一回路冷却剂在流过反 应堆堆芯时受热，而在 一回路冷却剂在流过反 应堆堆芯时受热，而在 蒸汽发蒸汽发生生器内被冷却器内被冷却。 蒸汽发生 器或余热 蒸汽发生 器或余热 排出系统排出系统 SG的给水由辅助给水系 统提供，蒸汽由蒸汽旁 的给水由辅助给水系 统提供，蒸汽由蒸汽旁 路系统排向大气路系统排向大气 蒸汽发器内被冷却蒸汽发器内被冷却 蒸汽发生器的二回路侧 由正常的 蒸汽发生器的二回路侧 由正常的主给水系统主给水系统或或 辅助给水系统供应给水辅助给水系统供应给水。 排出系统排出系统 继续导出 堆芯余热。 继续导出 堆芯余热。 路系统排向大气路系统排向大气。 一回路温度、压力下降 到一定值时，由余热排 一回路温度、压力下降 到一定值时，由余热排 出系统加以冷却出系统加以冷却 辅助给水系统供应给水辅助给水系统供应给水。 甩负荷时，蒸汽通过蒸 汽旁路系统排放到凝汽 甩负荷时，蒸汽通过蒸 汽旁路系统排放到凝汽 器或排向大气器或排向大气。 出系统加以冷却出系统加以冷却。 蒸汽管道破口时，安注蒸汽管道破口时，安注 系统向堆芯注入含硼水系统向堆芯注入含硼水。器或排向大气器或排向大气。系统向堆芯注入含硼水系统向堆芯注入含硼水。 一回路系统出现破口时， 安注系统和安全壳喷淋 一回路系统出现破口时， 安注系统和安全壳喷淋 系统系统系统系统。 反应堆堆芯冷却的控制反应堆堆芯冷却的控制反应堆堆芯冷却的控制反应堆堆芯冷却的控制 运行情况系统或设备热阱运行情况系统或设备热阱 正常运行正常运行蒸汽发生器蒸汽发生器正常给水正常给水 辅助给水及蒸汽旁路系统辅助给水及蒸汽旁路系统 机组停运机组停运第一阶段：蒸汽发生器 第二阶段：余热排出系统 第一阶段：蒸汽发生器 第二阶段：余热排出系统 辅助给水及蒸汽旁路系统辅助给水及蒸汽旁路系统 设备冷却水系统、重要厂用水系统设备冷却水系统、重要厂用水系统 事故工况事故工况蒸汽发生器蒸汽发生器辅助给水及蒸汽旁路系统辅助给水及蒸汽旁路系统 余热排出系统余热排出系统设备冷却水系统设备冷却水系统、重要厂用水系统重要厂用水系统余热排出系统余热排出系统设备冷却水系统设备冷却水系统、重要厂用水系统重要厂用水系统 安全注射系统安全注射系统换料水箱、安注箱换料水箱、安注箱 安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统换料水箱换料水箱、设备冷却水系统设备冷却水系统、重要重要安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统换料水箱换料水箱、设备冷却水系统设备冷却水系统、重要重要 厂用水系统 乏燃料组 厂用水系统 乏燃料组 件的冷却件的冷却 反应堆换料水池及乏燃料反应堆换料水池及乏燃料 冷却净化系统冷却净化系统 设备冷却水系统、重要厂用水系统设备冷却水系统、重要厂用水系统 件的冷却件的冷却冷却净化系统冷却净化系统 正正正正 常常 给给给给 水水 系系系系 统统 正常运行时，一回路冷却剂在流过反应堆堆芯时受热，而在正常运行时，一回路冷却剂在流过反应堆堆芯时受热，而在蒸汽发生器内被冷却蒸汽发生器内被冷却。 蒸汽发生器的二回路侧由正常的蒸汽发生器的二回路侧由正常的主给水系统主给水系统或或辅助给水系统供应给水辅助给水系统供应给水。蒸汽发生器的二回路侧由正常的蒸汽发生器的二回路侧由正常的主给水系统主给水系统或或辅助给水系统供应给水辅助给水系统供应给水。 当汽机甩负荷时，蒸汽通过当汽机甩负荷时，蒸汽通过蒸汽旁路系统蒸汽旁路系统排到凝汽器或排排到凝汽器或排 放到大气中放到大气中。 设 备 设 备 冷冷冷冷 却 水 却 水 系系系系 统 重 统 重 要要要要 厂 用 厂 用 水水水水 系 统 系 统 反应堆停闭后反应堆停闭后，为了除去衰变热为了除去衰变热，防止燃料元件包壳熔化防止燃料元件包壳熔化，冷却冷却反应堆停闭后反应堆停闭后，为了除去衰变热为了除去衰变热，防止燃料元件包壳熔化防止燃料元件包壳熔化，冷却冷却 剂泵必须继续运转，衰变热通过剂泵必须继续运转，衰变热通过蒸汽发生器由二回路带出蒸汽发生器由二回路带出； 当当回路压力、温度降到一定程度时，回路压力、温度降到一定程度时，余热排出系统必须投入余热排出系统必须投入。 ?设备冷却水系统是一个中间冷却系统设备冷却水系统是一个中间冷却系统，在传送放射性流体和海水组成在传送放射性流体和海水组成?设备冷却水系统是一个中间冷却系统设备冷却水系统是一个中间冷却系统，在传送放射性流体和海水组成在传送放射性流体和海水组成 的电厂最终热阱之间提供一个进行监督的中间屏障，能有效地避免放 射性流体与海水之间相互泄露。 的电厂最终热阱之间提供一个进行监督的中间屏障，能有效地避免放 射性流体与海水之间相互泄露。 换换 料料料料 水 箱 水 箱 及 安 及 安 注注注注 箱箱 当一回路处于大气压力下时当一回路处于大气压力下时，可以由反应堆换料水池冷却净化系可以由反应堆换料水池冷却净化系当一回路处于大气压力下时当一回路处于大气压力下时，可以由反应堆换料水池冷却净化系可以由反应堆换料水池冷却净化系 统来排出余热；统来排出余热； 当蒸汽管道出现破口时当蒸汽管道出现破口时，安全注射系统将向堆芯注入含硼水安全注射系统将向堆芯注入含硼水，以以当蒸汽管道出现破口时当蒸汽管道出现破口时，安全注射系统将向堆芯注入含硼水安全注射系统将向堆芯注入含硼水，以以 补偿由于堆芯过冷所丧失的冷却剂装量。补偿由于堆芯过冷所丧失的冷却剂装量。 安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统 安安安安全壳全壳喷喷喷喷淋系淋系统统统统 当一回路系统出现破口时，堆芯产生的功率将由破口流出的液体 或气态的冷却剂带到安全壳内，这时， 当一回路系统出现破口时，堆芯产生的功率将由破口流出的液体 或气态的冷却剂带到安全壳内，这时，安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统动作，对动作，对 流出的冷却剂进行循环冷却流出的冷却剂进行循环冷却。流出的冷却剂进行循环冷却流出的冷却剂进行循环冷却。 2.2.32.2.3包容放射性产物包容放射性产物 包容放射性产物控制方式包容放射性产物控制方式 2.2.32.2.3包容放射性产物包容放射性产物 1、保持现场或厂房的相对负压，防止放射性气体或尘埃向其它区域扩散。、保持现场或厂房的相对负压，防止放射性气体或尘埃向其它区域扩散。 2、气体、气体 厂房换气 排气塔放 排放 检测 排放 检测 活性炭过滤器 排气塔放出 蒸发浓缩 蒸馏水 3、液体、液体 蒸发浓缩 测定释放海中 硼回收系统或废液处理系统硼回收系统或废液处理系统 固化 埋入地下 对放射性产物的屏障控制对放射性产物的屏障控制对放射性产物的屏障控制对放射性产物的屏障控制安全壳安全壳 包 壳 包 壳 事故工况下，参与对各道放射性屏障功能控制的系统有：事故工况下，参与对各道放射性屏障功能控制的系统有： ?反应堆紧急停堆系统：反应堆紧急停堆系统：控制第一道屏障控制第一道屏障 ?稳压器安全阀稳压器安全阀：控制第二道屏障控制第二道屏障?稳压器安全阀稳压器安全阀：控制第二道屏障控制第二道屏障 ?对第三道屏障：对第三道屏障：安全壳自动隔离、安全壳喷淋系统、氢气负荷装置、砂堆过滤器等。安全壳自动隔离、安全壳喷淋系统、氢气负荷装置、砂堆过滤器等。 多重安全屏障和安全设施的关系多重安全屏障和安全设施的关系 燃 料 燃 料 芯芯 燃 料 燃 料 元元 压 力 压 力 安 全 安 全 芯芯 块块 元元 件件 包包 容 器 容 器 壳壳 停堆系统停堆系统 包包 壳壳 防止过热破损防止过热破损 应应急急堆堆芯芯冷却系统冷却系统 ECCS 防止过热破损防止过热破损 应堆冷却系统应堆冷却系统 过压保护过压保护 安全阀安全阀 安全壳喷淋安全壳喷淋 防止过热过压破损防止过热过压破损 防止氢气爆炸防止氢气爆炸防止氢气爆炸防止氢气爆炸 可燃气体浓度控制系统可燃气体浓度控制系统 停堆系统停堆系统停堆系统停堆系统 要求：任何条件下都能安全可靠停堆要求：任何条件下都能安全可靠停堆要求：任何条件下都能安全可靠停堆要求：任何条件下都能安全可靠停堆 停堆系统停堆系统停堆系统停堆系统 依靠设备的固有安全性依靠设备的固有安全性 ? 重力、弹簧力使安全棒自动掉入堆芯重力、弹簧力使安全棒自动掉入堆芯 设置多套停堆系统设置多套停堆系统 设置多套停堆系统设置多套停堆系统 ?停堆安全棒停堆安全棒 ?强中子吸收溶液强中子吸收溶液（硼硼、浓硝酸钆浓硝酸钆）?强中子吸收溶液强中子吸收溶液（硼硼、浓硝酸钆浓硝酸钆） 停堆保护信号停堆保护信号停堆保护信号停堆保护信号 ?20多个20多个 ?每个信号四个通道每个信号四个通道 2/42/4逻辑逻辑?2/42/4逻辑逻辑 2.32.3专设安全设施专设安全设施2.32.3专设安全设施专设安全设施 安全注入系统（ECCS应急堆芯冷却系统）安全注入系统（ECCS应急堆芯冷却系统） 辅助辅助給給水系统水系统辅助辅助給給水系统水系统 安全壳安全壳 安全壳喷淋安全壳喷淋安全壳喷淋安全壳喷淋 应急电源应急电源 消氢系统消氢系统消氢系统消氢系统 余热排出系统余热排出系统 设置专设安全设施的必要性设置专设安全设施的必要性设置专设安全设施的必要性设置专设安全设施的必要性 事故工况下，正常的控制保护系统不足以保障堆芯的冷却。事故工况下，正常的控制保护系统不足以保障堆芯的冷却。 失水事故下，即使反应堆紧急停闭，由于积聚的贮热和衰变热的作失水事故下，即使反应堆紧急停闭，由于积聚的贮热和衰变热的作 用用仍然有可能烧毁燃料包壳仍然有可能烧毁燃料包壳甚至使堆芯熔化甚至使堆芯熔化用用，仍然有可能烧毁燃料包壳仍然有可能烧毁燃料包壳，甚至使堆芯熔化甚至使堆芯熔化。 冷却剂大量外泄，引起安全壳内压力升高，危及安全壳的完整性。冷却剂大量外泄，引起安全壳内压力升高，危及安全壳的完整性。 专设安全设施的功能：专设安全设施的功能： 发生失水事故时，向堆芯注入含硼水；发生失水事故时，向堆芯注入含硼水； 阻止放射性物质向大气排放；阻止放射性物质向大气排放； 阻止安全壳中氢气浓度；阻止安全壳中氢气浓度； 向蒸汽发生器事故供水向蒸汽发生器事故供水。向蒸汽发生器事故供水向蒸汽发生器事故供水。 设计原则设计原则 设备必须高度可靠设备必须高度可靠 系统要有多重性系统要有多重性系统要有多重性系统要有多重性 系统必须各自独立系统必须各自独立 系统应能定期检查系统应能定期检查 必须具备可靠电源必须具备可靠电源必须具备可靠电源必须具备可靠电源 必须具备充足的水源必须具备充足的水源 1、安全壳、安全壳 安全壳安全壳安全壳安全壳主要功能主要功能主要功能主要功能 压水堆核电厂的安全壳内设置了压水堆核电厂的安全壳内设置了核蒸汽供应系统核蒸汽供应系统的大 部分系统和设备，即 的大 部分系统和设备，即反应堆、一回路主系统和设备、余热反应堆、一回路主系统和设备、余热 排出系统排出系统（停冷系统停冷系统）排出系统排出系统（停冷系统停冷系统）： (1) 在发生失水事故和主蒸汽管道破裂事故或地震时，(1) 在发生失水事故和主蒸汽管道破裂事故或地震时，承承 受事故产生的内压力受事故产生的内压力，容纳喷射出的汽水混合物容纳喷射出的汽水混合物，防止堆防止堆受事故产生的内压力受事故产生的内压力，容纳喷射出的汽水混合物容纳喷射出的汽水混合物，防止堆防止堆 厂房内放射性物质外逸厂房内放射性物质外逸，以免污染环境。设计准则通常按 历史最大地震或失水事故考虑； ，以免污染环境。设计准则通常按 历史最大地震或失水事故考虑； (2)(2) 保护重要设备保护重要设备，必须考虑外部事件，防止受到外来袭 击(如飞机坠毁、龙卷风等)的破坏； ，必须考虑外部事件，防止受到外来袭 击(如飞机坠毁、龙卷风等)的破坏； ( (3 3) ) 是放射性物质和外界之间的第三道也是最后一道生物是放射性物质和外界之间的第三道也是最后一道生物( (3 3) ) 是放射性物质和外界之间的第三道也是最后一道生物是放射性物质和外界之间的第三道也是最后一道生物 屏障。屏障。 因此因此，在任何情况下都要保证安全壳的完整性在任何情况下都要保证安全壳的完整性，对它特别对它特别因此因此，在任何情况下都要保证安全壳的完整性在任何情况下都要保证安全壳的完整性，对它特别对它特别 仔细地设计，建造和监督。仔细地设计，建造和监督。 分类分类分类分类 按其材料来分，有用按其材料来分，有用按其材料来分，有用按其材料来分，有用钢板制造钢板制造钢板制造钢板制造的、的、的、的、钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土制造的制造的制造的制造的( (包括包括 预应力混凝土预应力混凝土 包括包括 预应力混凝土预应力混凝土) )以及以及以及以及既用钢板又用钢筋混凝土既用钢板又用钢筋混凝土既用钢板又用钢筋混凝土既用钢板又用钢筋混凝土的等几种；的等几种；的等几种；的等几种； 按其性能来分，有按其性能来分，有按其性能来分，有按其性能来分，有干式干式干式干式的和的和的和的和冰冷凝器冰冷凝器冰冷凝器冰冷凝器式的；式的；式的；式的； 按其形状分按其形状分，按其形状分按其形状分，球形球形球形球形、圆筒形圆筒形圆筒形圆筒形等等。等等。按其形状分按其形状分，按其形状分按其形状分，球形球形球形球形、圆筒形圆筒形圆筒形圆筒形等等。等等。 由材料、性能、形式等几方面的组合，结合考虑压水堆核由材料、性能、形式等几方面的组合，结合考虑压水堆核由材料、性能、形式等几方面的组合，结合考虑压水堆核由材料、性能、形式等几方面的组合，结合考虑压水堆核 电厂的厂址电厂的厂址，输出功率输出功率、经济性和安全性等因素经济性和安全性等因素，压水堆压水堆电厂的厂址电厂的厂址，输出功率输出功率、经济性和安全性等因素经济性和安全性等因素，压水堆压水堆电厂的厂址电厂的厂址，输出功率输出功率、经济性和安全性等因素经济性和安全性等因素，压水堆压水堆电厂的厂址电厂的厂址，输出功率输出功率、经济性和安全性等因素经济性和安全性等因素，压水堆压水堆 核电厂具有代表性的安全壳有核电厂具有代表性的安全壳有核电厂具有代表性的安全壳有核电厂具有代表性的安全壳有钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳和和和和预应力预应力 混凝土安全壳混凝土安全壳 预应力预应力 混凝土安全壳混凝土安全壳两种。两种。两种。两种。 典型安全壳设计压力为典型安全壳设计压力为典型安全壳设计压力为典型安全壳设计压力为0.50.5MPa.MPa. 钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳 3838mmmm 钢筋混凝土安全壳通常采用双层结钢筋混凝土安全壳通常采用双层结 （1 1）（1 1）钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳）钢筋混凝土安全壳钢筋混凝土安全壳 半球顶半球顶半球顶半球顶 钢筋混凝土安全壳通常采用双层结钢筋混凝土安全壳通常采用双层结 构，外层钢筋混凝土壳为生物屏蔽层构，外层钢筋混凝土壳为生物屏蔽层， 内层钢壳起内层钢壳起承压及密封承压及密封作用作用，其形式有其形式有 1.51.5mm 内层钢壳起内层钢壳起承压及密封承压及密封作用作用，其形式有其形式有 圆柱形和球形两种。圆柱形和球形两种。 40m 负压负压负压负压 二次包容壳为椭球顶盖的圆柱形钢二次包容壳为椭球顶盖的圆柱形钢 筋混凝土结构筋混凝土结构 40m 筋混凝土结构筋混凝土结构 两层壳之间留有两层壳之间留有1.5m宽的环形空间， 环腔内呈负压，从钢壳泄漏至环腔的 宽的环形空间， 环腔内呈负压，从钢壳泄漏至环腔的 放射性气体只有经过过滤净化后方能放射性气体只有经过过滤净化后方能放射性气体只有经过过滤净化后方能放射性气体只有经过过滤净化后方能 从排气烟囱排放，以降低放射性物质 对环境的污染。 从排气烟囱排放，以降低放射性物质 对环境的污染。 椭球底椭球底椭球底椭球底 美国早期建造的电功率美国早期建造的电功率800 MW的 压水堆核电厂安全壳 的 压水堆核电厂安全壳 （2 2 2 2）预应力混凝土安全壳预应力混凝土安全壳）预应力混凝土安全壳预应力混凝土安全壳 1m 带密封钢衬里的单层预应力混凝土安全壳带密封钢衬里的单层预应力混凝土安全壳 是一座支承在厚的钢筋混凝土筏基上的带穹是一座支承在厚的钢筋混凝土筏基上的带穹 （2 2 2 2）预应力混凝土安全壳预应力混凝土安全壳）预应力混凝土安全壳预应力混凝土安全壳 60m 1m 是一座支承在厚的钢筋混凝土筏基上的带穹是一座支承在厚的钢筋混凝土筏基上的带穹 顶的圆柱形混凝土壳。顶的圆柱形混凝土壳。 圆筒壁和穹顶埋有后张预应力钢束圆筒壁和穹顶埋有后张预应力钢束，内壁内壁 椭球形椭球形椭球形椭球形 圆筒壁和穹顶埋有后张预应力钢束圆筒壁和穹顶埋有后张预应力钢束，内壁内壁 用6.35至12.70用6.35至12.70mmmm厚的薄钢板焊接成为气密 性钢衬里。 厚的薄钢板焊接成为气密 性钢衬里。 这种形式的安全壳广泛用于美国这种形式的安全壳广泛用于美国、法国法国、这种形式的安全壳广泛用于美国这种形式的安全壳广泛用于美国、法国法国、 日本的9001300日本的9001300MWMW压水堆核电厂中。压水堆核电厂中。 设计限值为设计限值为：相对压力相对压力0 0. .4242MPaMPa；最高平最高平 4040mm 75m 设计限值为设计限值为：相对压力相对压力0 0. .4242MPaMPa；最高平最高平 均温度145。均温度145。 在失水事故峰值压力时，安全壳内气体泄在失水事故峰值压力时，安全壳内气体泄 漏率低于漏率低于0 0. .3 3/ /2424h h。漏率低于漏率低于0 0. .3 3%/ /2424h h。 正常运行时安全壳内压力维持在0.0985正常运行时安全壳内压力维持在0.0985 0 0. .106106MPaMPa( (绝对压力绝对压力) )，平均温度在平均温度在4545以以0 0. .106106MPaMPa( (绝对压力绝对压力) )，平均温度在平均温度在4545以以 下。下。 （3 3）冰冷式安全壳）冰冷式安全壳（3 3）冰冷式安全壳）冰冷式安全壳 还有一种称为冰冷式的安全壳。还有一种称为冰冷式的安全壳。 这种安全壳内这种安全壳内，四周有一个环形冷藏室四周有一个环形冷藏室，其中装有含其中装有含这种安全壳内这种安全壳内，四周有一个环形冷藏室四周有一个环形冷藏室，其中装有含其中装有含 硼的冰块。硼的冰块。 正常运行时，制冷设备使冰块保持在凝固状态。正常运行时，制冷设备使冰块保持在凝固状态。 失水事故之后失水事故之后，一回路释放的蒸汽首先经过冰冷凝器一回路释放的蒸汽首先经过冰冷凝器，失水事故之后失水事故之后，一回路释放的蒸汽首先经过冰冷凝器一回路释放的蒸汽首先经过冰冷凝器， 而后进入安全壳上部空间，冰冷凝器起到吸热降压的 作用，这种设计安全壳压力低，容积小，但设备费与 而后进入安全壳上部空间，冰冷凝器起到吸热降压的 作用，这种设计安全壳压力低，容积小，但设备费与 运行费高运行费高，未得到普及未得到普及。运行费高运行费高，未得到普及未得到普及。 2 2、安全注射系统安全注射系统 安全注射系统又可称作安全注射系统又可称作应急堆芯冷却系统应急堆芯冷却系统，主要用途是主要用途是： 安注系统功能安注系统功能 2 2、安全注射系统安全注射系统 安全注射系统又可称作安全注射系统又可称作应急堆芯冷却系统应急堆芯冷却系统，主要用途是主要用途是： 当一回路主系统的管道或设备发生破裂而引起失水事故时，安全注射当一回路主系统的管道或设备发生破裂而引起失水事故时，安全注射 系统能为堆芯提供应急的和持续的冷却系统能为堆芯提供应急的和持续的冷却，在事故发生的在事故发生的第一阶段第一阶段，尽快尽快系统能为堆芯提供应急的和持续的冷却系统能为堆芯提供应急的和持续的冷却，在事故发生的在事故发生的第一阶段第一阶段，尽快尽快 将硼水直接注入堆芯，并在一定时间后，过渡到第二阶段将硼水直接注入堆芯，并在一定时间后，过渡到第二阶段，利用积聚在 安全壳地坑里的水再循环，防止燃料元件包壳因堆芯失水而烧毁。 ，利用积聚在 安全壳地坑里的水再循环，防止燃料元件包壳因堆芯失水而烧毁。 当当化学和容积控制系统失效化学和容积控制系统失效时时，补偿一回路少量的泄漏补偿一回路少量的泄漏，以保持稳压以保持稳压当当化学和容积控制系统失效化学和容积控制系统失效时时，补偿一回路少量的泄漏补偿一回路少量的泄漏，以保持稳压以保持稳压 器内的水位。器内的水位。 发生蒸汽管道破裂事故时，安全注射系统能将含高浓度硼酸的水注入发生蒸汽管道破裂事故时，安全注射系统能将含高浓度硼酸的水注入 堆芯堆芯。抵消因慢化剂过度冷却所减少的负反应性抵消因慢化剂过度冷却所减少的负反应性，防止反应堆重返临界防止反应堆重返临界。堆芯堆芯。抵消因慢化剂过度冷却所减少的负反应性抵消因慢化剂过度冷却所减少的负反应性，防止反应堆重返临界防止反应堆重返临界。 为了实现上述为了实现上述三个功能三个功能，安全注射系统必须能根据事故引起一回路系统安全注射系统必须能根据事故引起一回路系统为了实现上述为了实现上述三个功能三个功能，安全注射系统必须能根据事故引起一回路系统安全注射系统必须能根据事故引起一回路系统 压降的变化情况，在不同的压力状态下介入。为此，本系统分为三个子 系统：高压注射管系，蓄压注射管系及低压注射管系。 压降的变化情况，在不同的压力状态下介入。为此，本系统分为三个子 系统：高压注射管系，蓄压注射管系及低压注射管系。 900900MWMW级核电厂安注系统流程图级核电厂安注系统流程图级核电厂安注系统流程图级核电厂安注系统流程图900900MWMW级核电厂安注系统流程图级核电厂安注系统流程图级核电厂安注系统流程图级核电厂安注系统流程图 （1 1）高压注射管系高压注射管系高压注射管系高压注射管系（高压安注系统高压安注系统高压安注系统高压安注系统） 高压安注系统由高压安注系统由高压安注系统由高压安注系统由换料水箱换料水箱换料水箱换料水箱、高压安注高压安注高压安注高压安注 泵泵泵泵、浓硼酸再循环回路浓硼酸再循环回路浓硼酸再循环回路浓硼酸再循环回路、注入管线注入管线注入管线注入管线、 （1 1）高压注射管系高压注射管系高压注射管系高压注射管系（高压安注系统高压安注系统高压安注系统高压安注系统） 泵泵泵泵、浓硼酸再循环回路浓硼酸再循环回路浓硼酸再循环回路浓硼酸再循环回路、注入管线注入管线注入管线注入管线、 相关阀门相关阀门相关阀门相关阀门等组成。等组成。等组成。等组成。 高压注射管系用于压水堆冷却剂系统的小泄漏事故。高压注射管系用于压水堆冷却剂系统的小泄漏事故。 主要目的主要目的：维持冷却剂系统压力稍低于正常的值维持冷却剂系统压力稍低于正常的值，使使主要目的主要目的：维持冷却剂系统压力稍低于正常的值维持冷却剂系统压力稍低于正常的值，使使 压水堆正常停闭。 当主系统因发生破损事故，压力下降至一定值，或蒸 压水堆正常停闭。 当主系统因发生破损事故，压力下降至一定值，或蒸 汽管道发生大破裂时汽管道发生大破裂时，高压安全注射泵被启动高压安全注射泵被启动，将换料水将换料水汽管道发生大破裂时汽管道发生大破裂时，高压安全注射泵被启动高压安全注射泵被启动，将换料水将换料水 箱内箱内2000mg/kg左右的硼水注入堆芯，防止反应堆重新临左右的硼水注入堆芯，防止反应堆重新临 界界和注入冷水以冷却和淹没堆芯和注入冷水以冷却和淹没堆芯。 为了保证能可靠地注入，注入管经硼注入箱接在每一条环路的冷 管段或冷、热管段。硼注入箱是一个容积为 为了保证能可靠地注入，注入管经硼注入箱接在每一条环路的冷 管段或冷、热管段。硼注入箱是一个容积为3 4m3的容器，安装在高的容器，安装在高 压安全注射泵出口端压安全注射泵出口端，即冷管段管线上即冷管段管线上，这是为了将硼酸溶液以最快这是为了将硼酸溶液以最快压安全注射泵出口端压安全注射泵出口端，即冷管段管线上即冷管段管线上，这是为了将硼酸溶液以最快这是为了将硼酸溶液以最快 的速度注入堆芯。箱内装满浓度为的速度注入堆芯。箱内装满浓度为12酸溶液酸溶液(21000mg/kg)，在安全 注射信号将隔离阀门打开时，硼酸就注入压水堆堆芯，硼注入箱本身 有一个循环加热系统，以保持硼酸溶液的温度，防止硼结晶析出 ，在安全 注射信号将隔离阀门打开时，硼酸就注入压水堆堆芯，硼注入箱本身 有一个循环加热系统，以保持硼酸溶液的温度，防止硼结晶析出. （2 2）蓄压注射管系统蓄压注射管系统蓄压注射管系统蓄压注射管系统 （蓄压箱注入系统蓄压箱注入系统蓄压箱注入系统蓄压箱注入系统）（2 2）蓄压注射管系统蓄压注射管系统蓄压注射管系统蓄压注射管系统 （蓄压箱注入系统蓄压箱注入系统蓄压箱注入系统蓄压箱注入系统） 在一回路管道发生破裂在一回路管道发生破裂，引起压力急剧下降的情况下引起压力急剧下降的情况下，在一回路管道发生破裂在一回路管道发生破裂，引起压力急剧下降的情况下引起压力急剧下降的情况下， 需依靠蓄压注射管系在最短的时间内淹没堆芯以避免燃料 元件的熔化。 需依靠蓄压注射管系在最短的时间内淹没堆芯以避免燃料 元件的熔化。 蓄压注射管系的每一个管路有一个安全注入箱蓄压注射管系的每一个管路有一个安全注入箱(又称蓄压又称蓄压 箱箱)，其容积约其容积约40 60m3，内储存浓度为内储存浓度为2000mg/kg的硼水的硼水，箱箱)，其容积约其容积约，内储存浓度为内储存浓度为g g的硼水的硼水， 顶部充有压力为顶部充有压力为4.2MPa的氮气以加压，每只安全注入箱 设有水位测量装置，用以监测箱内水的体积，并经由一只 的氮气以加压，每只安全注入箱 设有水位测量装置，用以监测箱内水的体积，并经由一只 电动隔离阀和两只串联的逆止阀电动隔离阀和两只串联的逆止阀，连向冷却剂系统连向冷却剂系统。电动隔离阀和两只串联的逆止阀电动隔离阀和两只串联的逆止阀，连向冷却剂系统连向冷却剂系统。 蓄压注入动作是完全自动的：正常运行时，电动隔离阀蓄压注入动作是完全自动的：正常运行时，电动隔离阀 是打开的是打开的，当堆芯冷却剂压力迅速降低到低于安全注入箱当堆芯冷却剂压力迅速降低到低于安全注入箱是打开的是打开的，当堆芯冷却剂压力迅速降低到低于安全注入箱当堆芯冷却剂压力迅速降低到低于安全注入箱 内的氮气压力时，硼水就顶开逆止阀从一回路冷管段注入内的氮气压力时，硼水就顶开逆止阀从一回路冷管段注入 堆内堆内。堆内堆内。 （2 2）蓄压注射管系统蓄压注射管系统（续续）蓄压注射管系统蓄压注射管系统（续续） 蓄压注射管包括蓄压注射管包括 个蓄压箱个蓄压箱，每个环路一个每个环路一个， 蓄压注射管包括蓄压注射管包括3个蓄压箱个蓄压箱，每个环路一个每个环路一个， 均与冷管段相连。均与冷管段相连。 蓄压箱容积的设计考虑每个蓄压箱可保证提供蓄压箱容积的设计考虑每个蓄压箱可保证提供蓄压箱容积的设计考虑每个蓄压箱可保证提供蓄压箱容积的设计考虑每个蓄压箱可保证提供 淹没堆芯所需要的容量的淹没堆芯所需要的容量的50， 3个蓄压箱与一个试验泵相连，该试验泵保证个蓄压箱与一个试验泵相连，该试验泵保证 用反应堆换料水箱水向蓄压注入箱作定期补充用反应堆换料水箱水向蓄压注入箱作定期补充。用反应堆换料水箱水向蓄压注入箱作定期补充用反应堆换料水箱水向蓄压注入箱作定期补充。 在厂内外电源都丧失，上充泵停转事故工况在厂内外电源都丧失，上充泵停转事故工况 下下，试验泵可试验泵可以蒸汽发生器中所存蒸汽为动力以蒸汽发生器中所存蒸汽为动力，下下，试验泵可试验泵可以蒸汽发生器中所存蒸汽为动力以蒸汽发生器中所存蒸汽为动力， 保证主泵轴封水的注入，防止一回路由此处失 水。 保证主泵轴封水的注入，防止一回路由此处失 水。 试验泵还可用作反应堆和一回路系统的水压试试验泵还可用作反应堆和一回路系统的水压试试验泵还可用作反应堆和一回路系统的水压试试验泵还可用作反应堆和一回路系统的水压试 验泵。验泵。 整个蓄压注射管系位于安全壳内整个蓄压注射管系位于安全壳内。 （3 3）低压注射管系低压注射管系低压注射管系低压注射管系（3 3）低压注射管系低压注射管系低压注射管系低压注射管系 低压注射管系在冷却剂管道大破裂，冷却剂压力急剧降低低压注射管系在冷却剂管道大破裂，冷却剂压力急剧降低 时用，以淹没堆芯，和保证堆芯内水的流动以便导出余时用，以淹没堆芯，和保证堆芯内水的流动以便导出余 低压注射管系在冷却剂管道大破裂，冷却剂压力急剧降低低压注射管系在冷却剂管道大破裂，冷却剂压力急剧降低 时用，以淹没堆芯，和保证堆芯内水的流动以便导出余时用，以淹没堆芯，和保证堆芯内水的流动以便导出余 热热。热热。热热。热热。 低压注射管系在冷却剂压力下降到低压注射管系在冷却剂压力下降到低压注射管系在冷却剂压力下降到低压注射管系在冷却剂压力下降到0.70.7MPaMPa时由安注信号启时由安注信号启时由安注信号启时由安注信号启 动，将换料水箱中的含硼水注入每个环路的冷管段：当动，将换料水箱中的含硼水注入每个环路的冷管段：当换换动，将换料水箱中的含硼水注入每个环路的冷管段：当动，将换料水箱中的含硼水注入每个环路的冷管段：当换换 料水箱硼水料水箱硼水料水箱硼水料水箱硼水水位低到一定程度时，低压安全注射泵可改为水位低到一定程度时，低压安全注射泵可改为水位低到一定程度时，低压安全注射泵可改为水位低到一定程度时，低压安全注射泵可改为 抽取抽取抽取抽取安全壳底部的地坑水安全壳底部的地坑水安全壳底部的地坑水安全壳底部的地坑水。抽取抽取抽取抽取安全壳底部的地坑水安全壳底部的地坑水安全壳底部的地坑水安全壳底部的地坑水。 地坑水收集的是地坑水收集的是一回路泄漏水一回路泄漏水地坑水收集的是地坑水收集的是一回路泄漏水一回路泄漏水、蓄压箱的水蓄压箱的水、蓄压箱的水蓄压箱的水和和安全壳内安全壳内和和安全壳内安全壳内 的喷淋水的喷淋水的喷淋水的喷淋水。的喷淋水的喷淋水的喷淋水的喷淋水。 安注信号的产生安注信号的产生安注信号的产生安注信号的产生安注信号的产生安注信号的产生安注信号的产生安注信号的产生 下列任意信号均可启动安注系统：下列任意信号均可启动安注系统：下列任意信号均可启动安注系统：下列任意信号均可启动安注系统： 稳压器水位低，同时压力也低；稳压器水位低，同时压力也低；稳压器水位低，同时压力也低；稳压器水位低，同时压力也低； 安全壳内压力高安全壳内压力高安全壳内压力高安全壳内压力高(0.13(0.13MPa)MPa)；( () ) 蒸汽发生器之间蒸汽压力不一致；蒸汽发生器之间蒸汽压力不一致；蒸汽发生器之间蒸汽压力不一致；蒸汽发生器之间蒸汽压力不一致； 蒸汽发生器蒸汽流量高蒸汽发生器蒸汽流量高，同时出现蒸汽压力低或一回路同时出现蒸汽压力低或一回路蒸汽发生器蒸汽流量高蒸汽发生器蒸汽流量高，同时出现蒸汽压力低或一回路同时出现蒸汽压力低或一回路 蒸汽发生器蒸汽流量高蒸汽发生器蒸汽流量高，同时出现蒸汽压力低或一回路同时出现蒸汽压力低或一回路蒸汽发生器蒸汽流量高蒸汽发生器蒸汽流量高，同时出现蒸汽压力低或一回路同时出现蒸汽压力低或一回路 平均温度低；平均温度低；平均温度低；平均温度低； 手动触发安全注射手动触发安全注射。手动触发安全注射手动触发安全注射。 手动触发安全注射手动触发安全注射。手动触发安全注射手动触发安全注射。 安注系统的停运安注系统的停运安注系统的停运安注系统的停运安注系统的停运安注系统的停运安注系统的停运安注系统的停运 安注信号出现安注信号出现安注信号出现安注信号出现5 5minmin后，操纵员可根据电厂具体情况与后，操纵员可根据电厂具体情况与后，操纵员可根据电厂具体情况与后，操纵员可根据电厂具体情况与 操作规程，再进行安注信号的手动复位后，停运或改变安注操作规程，再进行安注信号的手动复位后，停运或改变安注 系统的设备运行状态；在安注信号出现后的前系统的设备运行状态；在安注信号出现后的前 操作规程，再进行安注信号的手动复位后，停运或改变安注操作规程，再进行安注信号的手动复位后，停运或改变安注 系统的设备运行状态；在安注信号出现后的前系统的设备运行状态；在安注信号出现后的前5 5minmin内，手动内，手动内，手动内，手动 复位是被锁定的，这种“锁定”功能可保证在操纵员明确指复位是被锁定的，这种“锁定”功能可保证在操纵员明确指 导不需要安注系统投入之前不得中断安全设施的任何功能。导不需要安注系统投入之前不得中断安全设施的任何功能。 复位是被锁定的，这种“锁定”功能可保证在操纵员明确指复位是被锁定的，这种“锁定”功能可保证在操纵员明确指 导不需要安注系统投入之前不得中断安全设施的任何功能。导不需要安注系统投入之前不得中断安全设施的任何功能。 非能动堆芯冷却系统非能动堆芯冷却系统 非能动堆芯冷却系统结构简图非能动堆芯冷却系统结构简图 3、安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统 系统功能系统功能 3、安全壳喷淋系统安全壳喷淋系统 安全壳喷淋系统的主要作用是安全壳喷淋系统的主要作用是安全壳喷淋系统的主要作用是安全壳喷淋系统的主要作用是: : 当一回路失去冷却剂或蒸汽管道破裂事故情况下，使安全壳内当一回路失去冷却剂或蒸汽管道破裂事故情况下，使安全壳内当一回路失去冷却剂或蒸汽管道破裂事故情况下，使安全壳内当一回路失去冷却剂或蒸汽管道破裂事故情况下，使安全壳内 部温度和压力保持在可以承受的值部温度和压力保持在可以承受的值，以确保安全壳这最后一道屏障以确保安全壳这最后一道屏障部温度和压力保持在可以承受的值部温度和压力保持在可以承受的值，以确保安全壳这最后一道屏障以确保安全壳这最后一道屏障部温度和压力保持在可以承受的值部温度和压力保持在可以承受的值，以确保安全壳这最后一道屏障以确保安全壳这最后一道屏障部温度和压力保持在可以承受的值部温度和压力保持在可以承受的值，以确保安全壳这最后一道屏障以确保安全壳这最后一道屏障 的完整性。的完整性。 此外，安全壳喷淋系统还能带走失水事故时散布在安全壳内的此外，安全壳喷淋系统还能带走失水事故时散布在安全壳内的 的完整性。的完整性。 此外，安全壳喷淋系统还能带走失水事故时散布在安全壳内的此外，安全壳喷淋系统还能带走失水事故时散布在安全壳内的 裂变产物裂变产物，如放射性碘如放射性碘；扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾裂变产物裂变产物，如放射性碘如放射性碘；扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾裂变产物裂变产物，如放射性碘如放射性碘；扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾裂变产物裂变产物，如放射性碘如放射性碘；扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾扑灭反应堆冷停闭时安全壳内发生的火灾 ( (当其它方法无效时当其它方法无效时当其它方法无效时当其它方法无效时) )。 安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于：安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于：安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于：安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于安全壳喷淋系统所要排出的热量来自于： (1) (1) 反应堆剩余功率；反应堆剩余功率；反应堆剩余功率；反应堆剩余功率； (2) (2) 一回路构件和流体的显热；一回路构件和流体的显热；一回路构件和流体的显热；一回路构件和流体的显热； 二回路所带的能量二回路所带的能量；二回路所带的能量二回路所带的能量；(3) (3) 二回路所带的能量二回路所带的能量；二回路所带的能量二回路所带的能量； (4) (4) 锆锆锆锆- -水反应的能量。水反应的能量。水反应的能量。水反应的能量。 kgZrMJHZrOOHZr/51. 622 222 +kgZrMJHZrOOHZr/51. 622 222 + 系统描述系统描述 系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵、两台喷淋水热交两台喷淋水热交系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵、两台喷淋水热交两台喷淋水热交 系统描述系统描述 系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵、两台喷淋水热交两台喷淋水热交系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵系统由两条冗余而又相互独立的喷淋泵、两台喷淋水热交两台喷淋水热交 换器，一个氢氧化钠贮存箱及管道、阀门的系列组成：换器，一个氢氧化钠贮存箱及管道、阀门的系列组成：换器，一个氢氧化钠贮存箱及管道、阀门的系列组成：换器，一个氢氧化钠贮存箱及管道、阀门的系列组成： 每个系列能保证每个系列能保证每个系列能保证每个系列能保证100100的喷淋功能的喷淋功能。两组喷嘴安装在安两组喷嘴安装在安的喷淋功能的喷淋功能。两组喷嘴安装在安两组喷嘴安装在安每个系列能保证每个系列能保证每个系列能保证每个系列能保证的喷淋功能的喷淋功能。两组喷嘴安装在安两组喷嘴安装在安的喷淋功能的喷淋功能。两组喷嘴安装在