AP1000非能动安全系统

1、 非能动安全系统 非能动安全注射系统 非能动主控制室应急可居留系统 非能动安全壳冷却系统 安全壳氢气控制系统 非能动余热排出系统 2021-6-20AP1000非能动安全系统7 AP1000非能动安全系统 VENTS OVERFLOW CL HL PRESSURIZER IRWST CORE REACTOR VESSEL STEAM RCP GEN. FO HX PRHR STAGE 4 ADS STEAM LINE FEEDWATER LINE CONTAINMENT CONDENSATE M M M M M (1 OF 2) IRWST SCREEN CL HL N2 PRESSURIZE

2、R IRWST ACCUM. (1 OF 2) CORE REACTOR VESSEL CORE MAKEUP TANK (1 OF 2) #3 #2 #1 FAI REFUEL CAVITY FO RNS SPARGERS M RNS PUMPS LOOP COMPART. RECIRC SCREEN (1 OF 2) M DVI CONN. (1 OF 2) PRHR HX (1 OF 2) ADS STAGES 1-3 (1 OF 2) ADS STAGE 4 (1 OF 2) PUMPS CONTAINMENT MM MM MM IRWST是一个大型的，具有不锈钢内衬的水箱，位于安全壳

3、 内运行甲板下方。 IRWST是AP1000C级设备，其设计符合抗震I类要求。 IRWST的底部在RCS回路高度上方，这样换料硼溶液在充分卸 压后可以通过重力排入RCS。 IRWST通过两个DVI管连入RCS。 出口安装在IRWST顶部。 这些出口在正常运行期间通常是关闭的，以将水气和放射性气 体维持在水箱内，防止碎片从安全壳运行甲板进入水箱。 从IRWST至换料腔室有大型流体溢出通道，以调节PRHR HX或 ADS运行期间容积和质量的增加。 水箱和再循环通路都不含有能阻塞出口滤网的物质。 IRWST包括一个PRHR HX和两个卸压喷淋器。PRHR HX管道顶 部位于水下，向下延伸至IRWST

4、。喷淋器也淹没在正常水位以 下。 IRWST的尺寸可在正常换料时提供换料腔室的注水，RCS长期冷 却模式下LOCA事故后安全壳的注水，并支持PRHR HX的运行。 安全壳内换料水箱水位和温度由指示器和警报监测。 两个CMT是垂直的，圆形水箱，配有半球形上下封头。CMT使用 碳钢制造，内表面包壳为不锈钢。 CMT是AP1000A类设备，设计上符合抗震I类要求。CMT位于安全 壳内107英尺高的层面上。 CMT位于连入反应堆容器的DVI管线的上方，该反应堆容器位于热 端底部附近。 在正常运行期间，CMT完全充满的硼水，通过冷端压力平衡管线 维持在RCS的压力水平。由于水箱没有保温层也未被加热，故C

5、MT 中硼水的温度基本与安全壳周围温度相等。 在正常电厂运行期间，要提供连接用于远距离调整每个CMT中硼水的硼浓度 。CMT补水由CVS提供。定期采集CMT的样本以监测硼浓度。 每个CMT都有一个入口扩散器，该扩散器的设计可减轻进入CMT的蒸汽速率 ，从而将潜在的水击作用降到最低，并减少CMT初始运行期间发生混合的总 量。 CMT水位和出入管温度由指示器和警报监测。CMT水位仪器用于触发ADS。 说明说明：当进行：当进行IRWSTIRWST注入时，需通过注入时，需通过ADSADS进行主系统卸压，然后注入水以进行主系统卸压，然后注入水以 重力排入压力容器。重力排入压力容器。 两个安注箱是碳钢球形

6、水箱，内表面包壳为不锈钢。安注箱是AP1000C类设 备，设计符合抗震I类要求。安注箱位于安全壳内，CMT下一层上 安注箱主要充满硼溶液，并用氮气加压。 在正常运行期间，安注箱通过两个串联的止回阀与RCS隔离。 当RCS压力降低到安注箱压力以下时，止回阀开启，硼溶液受气体压力而排 入RCS中。止回阀的机械运行是开启安注箱到堆芯的注入通路的唯一动作。 在RCS压力下降至安注箱静态压力以下后，安注箱提供几分钟的安注。当安 注箱排空时，氮气将进入RCS。当发生冷端破裂时，预计大部分氮气会直接 排出破口。当发生热端破裂时，预计大部分氮气会通过破裂口或或ADS阀门 排出。在以上事故中，一些氮气可能通过反

7、应堆容器，之后再通过热端的 ADS阀门排出。氮气不会阻碍堆芯冷却 PRHR HX包括出进气道封头，通过纯挚的C型管道相连。管道在IRWST内被 支撑。管道顶部距IRWST水面几英尺。PRHR HX是AP1000A类设备，设计满 足抗震I类要求。PRHR HX管道阻塞留有裕量。 热交换器入口管道连入一个位于IRWST顶部外侧附近的进气道封头。进气道 封头和管板通过一个延伸法兰附着在水箱墙体。热交换器被附着在IRWST地 面和天花板的框架支撑。 在发生失去主给水或主给水管线破裂事故时，其运行和蒸汽发生器可用容量 能够提供RCS冷却，避免通过稳压器安全阀排水。 非能动余热排除热交换器流体和进出管线温

8、度由指示器和警报监测。 PXS使用四个pH调整篮控制安全壳地坑内pH水平。篮子由不锈 钢构成，带有一个网状头，易于与水接触。根据设计，篮子为 AP1000C类设备，符合抗震I类要求。 在事故后，粒状的TSP（磷酸三钠）被用于提高安全壳内硼溶液 的pH值至少至7.0。 由于篮子的结构，以及篮子被放置在与事故后再循环流体有传 导性的地方，因此篮子与地坑水应良性混合。篮子的设计可防 止TSP移动。 电厂延伸运行后，粒状TSP由于吸收潮气可能结成固体状态。 TSP的溶解时间大约是3小时。 有两个反应堆冷却剂卸压喷淋器。每个都连入一个ADS下泄封头 （三个ADS级共用），并淹没在IRWST中。每个喷淋器

9、都有四个 向下的支臂。喷淋器支臂在IRWST溢出水位下的水中连入喷淋 器中心。喷淋器是AP1000C级设备，设计符合抗震I类要求。 喷淋器将蒸汽分配至IRWST，从而促进更有效的蒸汽浓缩。 PXS有两个不同种类的滤网，在LOCA发生后使用：IRWST滤网 和安全壳再循环滤网。 这些滤网可防止碎片在LOCA事故期间进入反应堆，阻塞堆芯冷 却通道。 低压差开启止回阀 安注箱止回阀 释放阀 爆破阀 表表PXS PXS 自动触发信号自动触发信号 PRHR HX PRHR HX 触发触发 任一SG中窄量程低水位，延时 + 低 SFW流量后 任一SG中宽量程低水位 Pzr 水位高 任何CMT触发信号 AD

10、S第一级触发信号 CMTCMT注入触发注入触发 Pzr低压 Pzr低水位 任一蒸汽管线中低压 任一回路中RCS CL低温 安全壳高压 ADS第一级触发 安注箱注入触发安注箱注入触发 NA (没有触发部件，只有自动触发的止回阀) IRWSTIRWST注入触发注入触发 ADS 第四级触发信号 安全壳再循环触发安全壳再循环触发 ADS第四级触发信号 + IRWST低水位 引起非能动堆芯冷却系统启动事件引起非能动堆芯冷却系统启动事件 二回路系统热量排出增加二回路系统热量排出增加 蒸汽发生器电动蒸汽释放阀或安全阀误开启蒸汽发生器电动蒸汽释放阀或安全阀误开启 蒸汽系统管道破裂蒸汽系统管道破裂 二回路系统热

11、量排出减少二回路系统热量排出减少 失去主给水失去主给水 给水系统管道破裂给水系统管道破裂 冷却剂系统水量减少冷却剂系统水量减少 蒸汽发生器管道破裂蒸汽发生器管道破裂 假想冷却剂系统管道破裂引起冷却剂丧失假想冷却剂系统管道破裂引起冷却剂丧失 停堆事件停堆事件 启动给水丧失启动给水丧失 冷却剂系统压力边界完整时常规余热排出系统失效冷却剂系统压力边界完整时常规余热排出系统失效 半环运行时常规余热排出系统失效半环运行时常规余热排出系统失效 换料腔淹没时常规余热排出系统失效换料腔淹没时常规余热排出系统失效 2021-6-20AP1000非能动安全系统31 Composite PXS Major comp

12、onents: CMTs 冷却剂补水箱冷却剂补水箱 Accumulators安注箱安注箱 IRWST 安全壳内换料安全壳内换料 水箱水箱 PRHRHX 非能动余热非能动余热 去除热交换器去除热交换器 Containment sump 安全壳地坑安全壳地坑 Depressurization (ADS) valves 降压阀降压阀 2021-6-20AP1000非能动安全系统32 Passive Residual Heat Removal Provided by passive residual heat removal heat exchanger (PRHRHX)热量由非能动余热去除热交换器传

13、出热量由非能动余热去除热交换器传出 非能动余热排出系统非能动余热排出系统 （ PRHS） IRWSTIRWST作为热阱。作为热阱。IRWSTIRWST内水吸收衰变热达到饱和温内水吸收衰变热达到饱和温 度需几个小时，如全部水沸腾带走热量，其水量足够数度需几个小时，如全部水沸腾带走热量，其水量足够数 天冷却之用，而且水蒸气进入安全壳冷凝后仍可回收利天冷却之用，而且水蒸气进入安全壳冷凝后仍可回收利 用。这样，操纵员有足够时间采取恢复行动。用。这样，操纵员有足够时间采取恢复行动。 非能动余热排出热交换器非能动余热排出热交换器 (PRHR HX)放在安全壳内换料水放在安全壳内换料水 箱箱(IRWST)中

14、。在主泵失效时，中。在主泵失效时， 可以靠自然循环由余热排出系统可以靠自然循环由余热排出系统 的热交换器将堆芯衰变热带走。的热交换器将堆芯衰变热带走。 工作压力范围为全压。工作压力范围为全压。 由由直立的直立的“C”C”型管束型管束组成组成 ；上、下分别为；上、下分别为进、出口；进、出口； PRHR HXPRHR HX不需要泵，也不依不需要泵，也不依 赖于交流电源和空气水冷系赖于交流电源和空气水冷系 统统； 减少了对减少了对SGSG排出余热的依赖排出余热的依赖 。即使发生。即使发生蒸汽发生器失效蒸汽发生器失效 ，如主蒸汽管道、给水管或，如主蒸汽管道、给水管或 蒸气发生器传热管破裂，也蒸气发生器

15、传热管破裂，也 不会影响非能动余热交换器不会影响非能动余热交换器 的功能。的功能。 2021-6-20AP1000非能动安全系统35 The PRHRHX is a bank of C-tubes mounted in the IRWST. PRHRHX由一由一 组安装在组安装在IRWST内部的内部的C 型管组成型管组成 HX is usually filled with coolant.通常热交换器管内通常热交换器管内 充满冷却剂充满冷却剂 Flow through the C-tubes from the RCS transfers heat to the IRWST contents.冷

16、却剂冷却剂 流体流经流体流经C型管将型管将RCS的热的热 量传递到量传递到IRWST 2021-6-20AP1000非能动安全系统36 Containment View When actuated 一旦触发一旦触发: FO isolation valves open.失效开启（失效开启（FO）的隔离阀打开）的隔离阀打开 Temp. steam condenses on steel containment vessel (cooled by PCS). IRWST的蒸汽被的蒸汽被PCS钢安全壳容器冷凝钢安全壳容器冷凝 Condensate returns to IRWST via gutter

17、arrangement. 经由设置的水糟，冷凝水回到经由设置的水糟，冷凝水回到IRWST Passive Residual Heat Removal OPEN CONFIRM. OPEN ALIGN GUTTER FOR RETURN TO IRWST PRHRHX Alignment Signals PRHRHX的开启给号的开启给号: CMT injection alignment CMT注入启动注入启动 1st-stage ADS actuation 第第1级级ADS触发触发 Low WR SG level (55,000 lbm) SG低水位（低水位（24970kg） Low NR SG

18、 level (95,000 lbm) + low SU feed flow (200 gpm/SG) SG正常水位（正常水位（43130kg） +低启动给水流量（低启动给水流量（O.91M3/m） High-3 PZR water level (71%) PZR高高3水位水位(71%) 1. Manual 手动手动 18,700 gal 3400-3700 ppm CMTs provide MU & boration for events not involving a loss of coolant. 针对不包冷却剂丧失的其它事针对不包冷却剂丧失的其它事 件，件，CMTs 向向RCS提供补

19、水和提供补水和 硼化硼化 CMTs are normally full of cold, borated water. 通常通常 CMTs 内充满了硼化的冷水内充满了硼化的冷水 Normally closed discharge iso. valves are diverse from PRHRHX iso. valves.通常关通常关 闭的上充隔离阀与闭的上充隔离阀与PRHRHX的的 隔离阀不同（保持多样性）隔离阀不同（保持多样性） Pressure balance line is open & at RCS pressure.压压 力平衡管线与力平衡管线与RCS接通并保持接通并保持 等压等

20、压 RCS Emergence Makeup & Boration Figure 4-4: RCS Emerg. Makeup & Boration Upon actuation 一旦触发一旦触发: Discharge iso. valves open. 上充隔离阀开启上充隔离阀开启 Cold, borated water is discharged to vessel downcomer annulus via direct injection lines (2). 硼硼 化的冷水经由二条直接安注管线化的冷水经由二条直接安注管线 进入反应堆压力容器下降段环腔进入反应堆压力容器下降段环腔 Fl

21、ow from the cold legs replaces the water discharged to the vessel. 来来 自冷管道的流体补充（替代）自冷管道的流体补充（替代） CMT中注入中注入RPV中的硼水中的硼水 Steam-compensated injection (cold legs voided) 位于冷管道上部空位于冷管道上部空 间中的蒸汽流（补偿）注入间中的蒸汽流（补偿）注入 Water recirculation 水再水再 循环循环 Figure 4-4: RCS Emerg. Makeup & Boration OPEN CONFIRM. OPEN TRI

22、P RCPs CMT Injection Actuation signals CMT注入的触发信号注入的触发信号: : Safeguards actuationESF触触 发发 Low PZR press. (1795 psig) PZR低压低压 Low steam press. (560 psig) 低蒸汽压力（低蒸汽压力（ 3.92MPa） Low Tc (505F) 反应堆反应堆 温度温度Tc低（低（287.80C） High-2 cont. press. (6.2 psig) 安全壳高压安全壳高压-2 Manual 手动手动 1st-stage ADS actuation 第第1 级级

23、ADS触发触发 Low-2 PZR level (10%) PZR低水位低水位-2 (10%) Low WR SG level + high TH SG低水位低水位+高高TH Manual 手动手动 AP1000的的应急冷却应急冷却采用了非能动和采用了非能动和 无人值岗的安全概念；无人值岗的安全概念； AP1000的安全级反应堆冷却剂系统的安全级反应堆冷却剂系统 补水安注补水安注功能由一系列水源完成：功能由一系列水源完成： 2个个蓄压箱，蓄压箱，每只容积为每只容积为56.6m3 ，内装，内装2600ppm的含硼水的含硼水 。； 2个个堆芯补水箱，堆芯补水箱，每只容积为每只容积为 70.8m3

24、，内装，内装3400ppm的含硼的含硼 水水 。 安全壳内换料水箱，安全壳内换料水箱，容积为容积为 2092 m3 ，内装，内装26002900ppm 的含硼水，以及相连的阀门和的含硼水，以及相连的阀门和 管道。管道。 OPEN CONFIRM. OPEN 18,700 gal 3400-3700 ppm 12,700 gal 2600-2900 ppm 700 psig As RCS depressurizes: CMTs provide high flow for relatively long duration. Water recirculation mode at start, th

25、en switch to steam-displacement mode as cold legs void. Accumulators provide high flow for several min. when RCS depressurizes below 700 psig. N2 expands to displace tank contents. Both inject borated water directly to the vessel. Safety Injection for LOCAs 2021-6-20AP1000非能动安全系统48 Safety Injection

26、for LOCAs As RCS depressurizes from LOCA or ADS actuation: Squib valves in IRWST injection lines auto open. 4th-stage ADS actuation (20% CMT vol.) Both loop hot leg levels Low-2 level (3 in. above bottom) for sufficient time Borated water from IRWST, located above loop piping, gravity injects direct

27、ly to the vessel. OPEN 547,000 gal 2600-2900 ppm 2021-6-20AP1000非能动安全系统49 After accumulators, CMTs, & IRWST have injected, containment is flooded sufficiently to provide recirc. flow: Squib valves in containment recirc. lines auto open. Low-3 IRWST level + 4th-stage ADS actuation At first, water from IRWST flows backward through recirc. screens, flushing away debris. Ultimately, containment sump gravity injects directly to the vesse