专设安全设施.ppt

2020 3 15 1 第五章专设安全设施 2020 3 15 2 一 专设安全设施的内容 p163 当RCP系统发生失水事故或二回路的汽水回路发生破裂或失效时 必须确保反应堆紧急停堆 堆芯热量的排出和安全壳的完整性 限制事故的发展和减轻事故的后果 5 1安全注入系统 RIS 5 2安全壳喷淋系统 EAS 5 3辅助给水系统 ASG 5 4安全壳隔离系统 EIE 2020 3 15 3 还包括 安全壳 安全壳消氢系统 和应急电源等 2020 3 15 4 二 核安全及其三要素核安全设施 就是在核设施设计 制造 运行及停役期间为保护核电厂工作人员 居民和环境免受可能的放射性危害所采取的所有措施的总和 这些措施包括 1 保障所有设备正常运行 控制和减少对环境的放射性废物排放 2 预防故障或事故的发生 3 限制发生的故障或事故的后果 这些措施包括设备 人员及组织管理三方面的内容 即核安全取决于设备的可用性 人的行为 工作组织与管理的有效性 2020 3 15 5 核安全三要素 反应性控制 堆芯冷却和放射性产物的包容 三要素是保护核电站工作人员 居民和环境免受放射性危害的根本 核电厂安全的总目标 建立并维持一套有效的防护措施 以保证电站工作人员 居民和环境免遭放射性危害 1 辐射防护目标 控制放射性照射程度 2 技术安全目标 防止发生事故 减少严重事故发生的后果及其概率 2020 3 15 6 三 专设安全设施的功能 l 防止放射性物质扩散 保持环境 保护居民和电站工作人员的安全 2 当电站出现第三 四类事故 不常见事故 极限事故 时 保证反应堆余热的排出 并尽可能地限制裂变产物包容设备及系统的损坏 3 发生失水事故时 向堆芯注入含硼水 4 阻止放射性物质向大气释放 5 阻止安全壳中氢气浓集 6 向蒸汽发生器事故供水 2020 3 15 7 四 专设安全设施的设计原则 l 设备高度可靠 最不利的情况 如地震 专设安全设施要求仍然能发挥其应有功能 2 系统多重性 3 系统相互独立 4 系统能定期检验 5 系统具备可靠动力源及足够的水源 6 设计基准事故应满足 a 燃料包壳最高温度不超1204 b 包壳最大氧化度小于17 c 最大产氢量小于1 d 安全壳压力保持设计压力内 e 堆芯几何形状改变度 f 应急堆芯冷却系统的长期冷却能力 2020 3 15 8 5 1安全注入系统 RIS 2020 3 15 9 5 1 1RIS系统功能 一 主要功能1 一回路小破口 当量直径9 5 25mm 或二回路蒸汽管道破裂造成一回路平均温度降低而引起冷却剂收缩时 向一回路补水 重新建立稳压器水位 2 一回路大破口 大于345mm 失水事故时 向堆芯注水 以重新淹没并冷却堆芯 限制燃料元件温度上升 主管道突然产生脆性断裂是典型的大破口失水事故 这是专设安全系统的设计基准事故之一 2020 3 15 10 3 二回路蒸汽管道破裂时 向一回路注入高浓度硼酸溶液 补偿冷却剂连续过冷而引起的正反应性 必要时应停堆 二 辅助功能1 换料停堆期间 用低压安注泵为反应堆水池充水 2 用水压试验泵进行RCP系统的水压试验 3 失去全部电源时 用水压试验泵 应急电源 为惰转的主泵提供轴封水 2020 3 15 11 5 1 2系统的组成 RIS分为三个子系统 1 高压安全注入系统 HHSI 2 低压安全注入系统 LHSI 以上为能动安全注入系统 需要使用泵作为注入动力 3 中压安全注入系统 MHSI 为非能动安全注入系统 利用预先充填的氮气压力实现安注 2020 3 15 12 一 高压安全注入系统 HHSI 1 作用 由于一回路系统RCP破口而使压力降到11 9MPa 或者主蒸汽管道发生破裂使冷却剂平均温度明显降低时 HHSI立即向堆芯注入高浓度硼酸水 补偿泄漏 淹没堆芯 使反应堆维持在次临界 HHSI利用RCV的三台上充泵作为高压安注泵 在电厂正常运行时 它们作为RCV系统上充泵用于向RCP正常充水 其一台运行 一台备用 另一台电源连锁 2020 3 15 13 2020 3 15 14 在事故工况时 成为高压安注泵 由两台泵运行 向一回路注入硼水 1 吸水管线 高压安注泵有两条吸水管线 A 直接从换料水箱来的吸水管线B 与低压安注泵出口连接的增压管线 另一条从容控箱来的吸水管线在安注信号出现时即被隔离 由于换料水箱与高压安注泵入口之间的管道上有逆止阀 在低压安注泵出口压力的作用下自动关闭 因此仅在低压安注泵增压失效时高压安注泵才直接从换料水箱吸水 2020 3 15 15 7000 g g 2020 3 15 16 泵出口设置了一个最小流量旁路管线 在正常运行期间此最小流量经轴封水热交换器冷却后再循环到泵的吸入口 三台泵共用的最小流量旁路管线装有两只隔离阀 当接到安全注入信号时关闭这两个阀门 2 注入管线HHSI泵可通过四条管线将含硼水输送到RCP系统 通过浓硼酸注入箱的管线这条管线由安注信号启动投入运行 HHSI泵出口的水流过浓硼酸注入箱 将浓硼酸溶液 硼浓度约7000 g g 带入RCP冷管段 以便迅 2020 3 15 17 速向堆芯提供负反应性 该管线平常由入口阀门RIS032VP 033VP和出口阀门034VP 035VP 036VP保持隔离 这些隔离阀在接到安注信号后立即开启 RIS036VP除外 在冷 热管段同时注入时 为了限制注入量打开阀036VP并关闭034 035VP 含硼水从带有流量孔板的出口隔离阀旁路管线进入RCP冷段 可限制它的注入流量 硼注入箱旁路管线这条管线在通过硼注入箱的管线发生故障的情况下才使用 正常情况下是关闭的 2020 3 15 18 当硼注入管线出现故障时 在控制室手动打开隔离阀RIS020VP 通过此管线将PTR001BA的硼水注入RCP冷管段 与隔离阀RIS020VP并联安装的阀029VP的管线上带有节流孔板 它用于在冷 热管段同时注入阶段以小流量向冷管段注入 在RCV正常上充不可用时 可利用RIS029VP的管线代替 这时020VP处于关闭状态 两条并联的热段注入管线这两条管线是在冷 热段同时注入阶段时使用 每一条管线分别向两个环路热管段注入 2020 3 15 19 隔离阀RIS021VP 023VP分别由系列A和系列B母线供电 它们正常是关闭的 并由控制室手动操作 硼酸再循环回路为防止硼注入箱RIS004BA中的硼酸结晶 在高压安注泵的排出管设置了硼酸再循环回路 将浓硼酸不断地再循环 两台并联的硼注入箱再循环泵RIS021PO 022PO由两条独立的电源系列供电 它们将浓硼酸 硼浓度约7000 g g 在装有电加热管道中再循环 硼酸经由气动阀RIS206VP排放到硼注入箱RIS004BA的入口 通过RIS004BA后再经由 2020 3 15 20 串联设置的气动阀RIS208VP 209VP返回到缓冲箱 正常运行时 一台连续运行而另一台备用 当安全注入启动时 再循环回路被隔离 关闭RIS206 208 209VP 2020 3 15 21 二 低压安全注入系统 LHIS 由两条独立流道组成 每条流道有一台低压安注泵 RIS001PO或002PO 低压安注泵的出口有两条管线 1 通过隔离阀接到高压安注泵吸入联箱上 为高压安注泵增压 2 低压安注泵与RCP的冷 热段也有连管 与高压安注管线共用 其中两台低压安注泵分别连到第二和第三环路的热管段 当RCP系统压力低于低压安注泵压头时 低压安注泵也直接向RCP系统冷段或冷 热段注入 2020 3 15 22 在冷 热段同时注入时 冷段注入流量改走装有节流孔板的旁路管线 RIS030VP 031VP 低压安注泵有以下两条吸水管线 1 直接注入阶段 两台低压安注泵通过两条独立管线从换料水箱抽水 2 再循环阶段 两台低压安注泵通过两条独立管线从安全壳地坑抽水 反应堆正常运行时 两台低压安注泵是不工作的 此时热段注入管线的隔离阀处于关闭状态 而冷段注入管线的隔离阀处于打开状态 泵的进口隔离阀也处于打开状态 2020 3 15 23 相应管线由止回阀隔离 以便低压安注泵接到安注信号能迅速启动 从换料水箱抽水 并且在RCP压力迅速下降时能尽快直接向其大量注入 所有冷管段注入管线与一回路冷管段之间都装有三个串联的逆止阀 所有热管段注入管线与一回路热管段之间都装有两个串联的逆止阀 而且这些阀门都尽可能靠近反应堆冷却剂管道 以实现安注管线在安全壳内侧的隔离和减少由于安注系统管道破裂而引起失水事故LOCA的可能性 2020 3 15 24 三 中压安全注入系统 MHIS 中压安注系统主要由三个安注箱组成 RIS001 002 003BA 分别接到RCP三个环路的冷管段上 为非能动系统 不用安注信号启动 安注箱内存2400 g g的含硼水 用绝对压力约为4 2MPa的氮气覆盖 当RCP压力降到安注箱压力 4 2MPa 以下时 由氮气压将含硼水注入RCP冷段 能在短时间内淹没堆芯 避免燃料棒熔化 每个安注箱能提供淹没堆芯所需容积的50 2 2020 3 15 25 可编辑 2020 3 15 26 50 7 0MPa 47 7m3 33 2m3 2020 3 15 27 安注箱的隔离由每条注入管线上的两个串联的逆止阀来保证 为了对止回阀的泄漏进行试验 还设置了试验管线 每条管线上还设有一个电动隔离阀 RIS001 002 003VP 正常运行时是打开的 在正常停堆期间 当一回路绝对压力低于7 0MPa时 关闭此隔离阀 防止安注箱向RCP注入硼水 两机组共用的水压试验泵 9RIS0llPO 除用于一回路水压试验外 也用来从换料水箱向安注箱充水 此外 在全厂断电的事故情况下 试验泵还用于提供主泵的轴封水 2020 3 15 28 气动隔离阀RIS136 138 139和140VB在用水压试验泵给中压安注箱充水时才打开 RIS014 015和016VZ也仅在向中压安注箱充氮气加压时才打开 2020 3 15 29 5 1 3安注过程 一 失水事故 LOCA 简述失水事故 在一回路高压系统上有较大的破口 反应堆冷却剂从破口流失 当一回路水的补充能力不足以弥补漏流时 使堆芯逐渐失去冷却 导致燃料棒包壳烧毁的事故 这种破口可能是由于一回路主管道 或者与它相连的辅助系统支管道在隔离阀前一段上发生破裂 也可能是由于安装在高压系统上的设备 如阀门 故障而引起 2020 3 15 30 事故的特征 1 小破口失水事故堆内冷却剂的流失量十分缓慢 可以由化学和容积控制系统投入第二台上充泵 维持稳压器水位 毋需启用安全注入系统 但是 由于冷却剂正在不断地从一回路系统向外流失 它所含有的裂变产物将释放到安全壳中 污染厂房 因此 必须及早查明原因和泄漏部位 迅速采取相应措施 为了安全起见 核电站可按正常程序停止运行 2020 3 15 31 2 中等破口失水事故发生中等破口失水事故时 补水能力已不足以弥补冷却剂从破口的流失 一回路系统压力下降 使稳压器中的水流向冷却剂系统 造成稳压器压力和水位同时降低 如果压力下降较快时 由于堆内冷却剂大量汽化会发生水位的虚假上升 并且 一回路系统高温高压水喷出 迅速汽化 使安全壳内压力逐渐上升 当稳压器压力达到低压整定值或安全壳出现高压信号后 反应堆紧急停闭 2020 3 15 32 3 大破口失水事故当一回路管道发生大破裂 特别是在冷却剂泵出口和压力壳进口之间管道完全断开时 事故的发展过程就更为迅速 1秒钟内稳压器压力降到整定值 11 9MPa 反应堆紧急停闭并启动安全注入系统 堆内冷却剂大量汽化 蒸汽替代了液体 空泡所产生的反应性负效应增加了停堆深度 10秒钟左右 一回路系统压力降到4 2MPa 中压注入系统启动 安注箱内2400ppm的硼水注入堆芯 当它从燃料棒底部上升时 受到加热而开始沸腾 随着水位的上升 汽水混合物将对水位以上的燃料棒表面进行有效的冷却 2020 3 15 33 在低压注入泵投入之前 保持堆内有一定的水位高度 一回路系统压力降到0 7MPa时 低压注入泵投入运行 与高压注入泵一起向堆芯注入换料水箱中2400ppm硼水 经过一定时间后 换料水箱中的硼水下降到发出低水位报警 5 9m 时 安全注入系统由直接注入向再循环工况过渡 改从地坑汲水 此时 如果一回路系统压力仍然比较高 可继续开动高压注入泵 或者打开低压注入泵和高压注入泵之间相串联的阀门 汲取由低压注入泵唧送过来的地坑水 2020 3 15 34 若一回路系统压力已经较低 就可关闭高压注入泵 由低压注入泵向堆芯注水 这个再循环过程持续到堆芯完全冷却为止 称为再循环阶段 低压安注泵从换料水箱吸水经高压安注泵注入称为直接注入阶段 2020 3 15 35 二 安注启动信号 高压和低压安注系统在发生冷却剂丧失和蒸汽管道破裂事故时 由反应堆保护系统 RPR 响应所产生的信号发出安注信号启动 如果自动控制电路故障 可由控制室手动启动 如果厂外电源丧失 所有设备 水压试验泵除外 由柴油发电机应急供电 中压安注系统不需要外电源或启动信号就能快速响应 4 2MPa 2020 3 15 36 当反应堆冷却剂压力降到低于中压安注箱的压力时就开始向RCP系统的冷段注水 保证快速冷却堆芯 安注信号还可由下面任一信号触发 1 稳压器压力低 11 9MPa 2 两台蒸汽发生器蒸汽流量高 定值20 且蒸汽管道压力低 3 55MPa 3 两台蒸汽发生器蒸汽流量高 定值20 且冷却剂平均温度低 284 4 两个主蒸汽管道压差大 P 0 7MPa 5 安全壳压力高 0 13MPa 6 手动启动 2020 3 15 37 安注信号除立即启动RIS系统执行安注过程外 同时还触发其他一些系统的动作 包括 反应堆紧急停堆 实际上应已停堆 这里是为了确认 汽轮机脱扣 启动应急柴油发电机 隔离主给水系统 ARE 并停运主给水泵 启动电动辅助给水泵 2020 3 15 38 启动设备冷却水泵 RRI 和重要厂用水泵 SEC 启动上充泵房应急通风系统 DVH 以小流量启动安全壳换气通风系统 EBA 并将核燃料厂房通风系统 DVK 切换到碘过滤器 将安全壳环廊房间通风系统 DVW 切换到碘过滤器 触发安全壳隔离 阶段A 2020 3 15 39 三 安注过程 在接到安注信号后 开始启动下述安注过程 1 冷段直接注入阶段利用一回路冷却剂正常运行时的流向 使换料水箱的水和硼酸溶液尽快注入堆芯 接到 安注 信号 立即自动执行以下动作 1 首先启动第二台高压安注泵 2020 3 15 40 打开高压安注泵与换料水箱之间的隔离阀 然后关闭与容控箱之间的隔离阀 打开硼酸注入箱前后的隔离阀 并隔离硼酸注入箱的再循环回路 隔离上充管路及上充泵最小流量管线 确认中压安注箱隔离阀的开启 确认低压安注泵与换料水箱之间的隔离阀及低压安注泵最小流量管线上的阀门已开启 打开低压安注泵出口通往高压安注泵入口的连接阀 2020 3 15 41 1 02MPa 2020 3 15 42 2 启动两台低压安注泵确认低压安注泵与安全壳地坑之间管线上吸口阀关闭 当低压安注泵出口流量大于300m3 h时 自动关闭最小流量管线 关闭RIS133 145VP 以增加注入一回路的流量 3 当一回路压力低于安注箱绝对压力 4 2MPa 时 中压安注系统开始注入 4 当一回路绝对压力降到1 0MPa以下时 低压安注流量开始直接进入一回路冷段 在直接注入阶段换料水箱中的水位不断下降 其水位与贮水量的对应关系如下 2020 3 15 43 5 在直接注入阶段当换料水箱出现低水位信号 MIN2 5 9m 时 进入再循环过渡阶段 自动关闭RIS012 013VP这时如果低压安注泵流量小于300m3 h 由RIS014MD 015MD测量 自动打开低压安注泵通往地坑的最小流量管线 开启RIS167 168VP 隔离通往换料水箱的最小流量管线 关闭132 145VP 防止在地坑的高放射性液体污染换料水箱 2020 3 15 44 这时安注的情况是高压安注泵通过硼注入箱将硼水注入到主管道冷段 低压安注泵作为高压安注泵的增压泵运行 待一回路绝对压力降到1 0MPa左右 低压安注泵直接向冷段注入流量 2 再循环阶段换料水箱出现低 低水位 MIN3 2 1m 信号 且安注信号继续存在时 自动转入再循环阶段 低压安注泵开始从安全壳地坑吸水进行再循环 开启051 052VP 隔离换料水箱 关闭075 085VB 2020 3 15 45