AP非能动安全系统课件

1、AP1000专设安全设施非能动堆芯冷却系统非能动堆芯余热排出系统非能动堆芯安全注入系统卸压系统（ADS系统）安全壳和安全壳隔离系统安全壳泄漏率试验系统1第1页，共71页。AP1000专设安全设施安全壳氢气控制系统非能动安全壳冷却系统裂变产物泄漏控制系统MCR应急可居住系统2第2页，共71页。AP1000非能动安全系统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第3页，共71页。AP1000 Passive Core Cooling SystemCharacteristics of PXS Safety FunctionsP

2、RHRHX Design BasisEmergency Makeup & Boration Design BasisSafety Injection Component Details： IRWSTIRWST & Containment Recirc. ScreensExplosively Opening (Squib) Valves第4页，共71页。第5页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培训教材6 Existing Plants第6页，共71页。第7页，共71页。49第8页，共71页。第9页，共71页。第10页，共71页。非能动堆芯冷却系统概述非能动堆芯冷却系统（PXS）组成部分

3、包括一个非能动余热排出热交换器（PRHR HX），两个堆芯补水箱（CMT），两个安注箱和一个安全壳内换料水储存箱（IRWST）。其他PXS设备包括IRWST的滤网，安全壳再循环管线和事故后装有pH值调整剂的篮子。当启动补给水或化学容积补给水流量的余热排出功能不足够或不能使用时，PXS 提供安全相关的安全注入和将RCS系统的余热排出。PXS设备位于安全壳内部。这个系统包括支持其运行的管道，阀门和仪器。乏燃料池冷却系统为从CVS获取加硼水，电厂供气系统获取安注箱加压氮气补给，IRWST循环/净化/转移提供了连接。为便于维护，PXS还为取样，通风，疏水提供了其他的管道连接。11第11页，共71页。非

4、能动堆芯冷却系统安全相关的功能应急堆芯余热排出反应堆冷却剂系统应急补给和硼化安全注入安全壳PH值控制12第12页，共71页。安全壳内换料水箱 (In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST)IRWST是一个大型的，具有不锈钢内衬的水箱，位于安全壳内运行甲板下方。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

5、止碎片从安全壳运行甲板进入水箱。第13页，共71页。安全壳内换料水箱 (In-Containment Refueling Water Storage Tank, IRWST)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。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

6、由指示器和警报监测。第14页，共71页。堆芯补水箱（ core makeup tank，CMT）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CMT中硼水的温度基本与安全壳周围温度相等。第15页，共71页。堆芯补水箱（ core makeup tank，CMT）在正常电厂运

7、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：当进行IRWST注入时，需通过ADS进行主系统卸压，然后注入水以重力排入压力容器。第16页，共71页。蓄压箱or 安注箱（ Accumulator，ACCU）两个安注箱是碳钢球形水箱，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

8、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第17页，共71页。非能动余热热交换器（P

9、RHR HX）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度由指示器和警报监测。第18页，共71页。pH 调整篮（pH Adj

10、ustment basket）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。第19页，共71页。卸压喷淋器（Sparger）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）

11、，并淹没在IRWST中。每个喷淋器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。第20页，共71页。再循环滤网（Recirculation Screen）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。第21页，共71页。阀门（Valve）低压差开启止回阀安注箱止回阀释放阀爆破阀第22页，共71页。表PXS 自动触发信号PRHR HX 触发任一SG中窄量程低水

12、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ADS第一级触发信号 CMT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NA (没有触发部件，只有自动触发的止回阀)IRWST注入触发ADS 第四级触发信号 安全壳再循环触发ADS第四级触发信号 + IRWST低水位第23页，共71页。再循环用第24页，共71页。第25页，共71页。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 蒸汽系统管道破裂二回路系统热量排出减少失去主给水 给水系统管道破裂冷

13、却剂系统水量减少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停堆事件启动给水丧失 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第26页，共71页。The passive core cooling system operates without pumps or power sources. PCCS的运行无需泵的驱动也无需电源（交流）。Processes such as gravity and expansion of compressed gases are relied on. 依靠诸如重力和压缩气体的膨胀过程来驱

14、动PCCS工作。A one-time valve alignment (DC electric power required) is required upon actuation.一旦收到触发信号，只需要一次性的直流电源使阀门开启。Characteristics of Passive Core Cooling System第27页，共71页。Safety FunctionsEmergency core decay heat removal: 应急堆芯衰变热排出：Provide core decay heat removal when normal heat removal paths are

15、 lost.当常规堆芯衰变热排出通道（功能）丧失时，提供热量排出功能Reactor coolant system emergency makeup & boration 反应堆系统应急补水和硼化: Provide makeup & boration when makeup from CVCS is unavailable or insufficient.当CVCS无效或功能不足时，提供补水和硼化第28页，共71页。Safety FunctionsSafety injection安全注入: Provide adequate core cooling for the complete range

16、of LOCAs.对各种LOCAs提供足够的堆芯冷却Containment pH control安全壳内的PH控制: Chemical addition to establish containment floodup conditions which support retention of radioactivity & prevent corrosion of equipment.通过化学添加，建立安全壳内流体的合适条件以支持放射性的保持和防止设备腐蚀第29页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培训教材30Composite PXSMajor components:CMTs 冷却

17、剂补水箱Accumulators安注箱IRWST 安全壳内换料水箱PRHRHX 非能动余热去除热交换器Containment sump安全壳地坑Depressurization (ADS) valves 降压阀第30页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培训教材31Passive Residual Heat RemovalProvided by passive residual heat removal heat exchanger (PRHRHX)热量由非能动余热去除热交换器传出第31页，共71页。非能动余热排出系统 （PRHS） IRWST作为热阱。IRWST内水吸收衰变热达到饱和

18、温度需几个小时，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(PRHR HX)放在安全壳内换料水箱(IRWST)中。在主泵失效时，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。工作压力范围为全压。第32页，共71页。非能动余热排出换热器由直立的“C”型管束组成；上、下分别为进、出口；PRHR HX不需要泵，也不依赖于交流电源和空气水冷系统；减少了对SG排出余热的依赖。即使发生蒸汽发生器失效，如主蒸汽管道、给水管或蒸气发生器传热管破裂，也不会影响非能动余热交换器的功能。第33页，共71

19、页。2022/8/16SNPTC内部培训教材34The PRHRHX is a bank of C-tubes mounted in the IRWST. PRHRHX由一组安装在IRWST内部的C型管组成 HX is usually filled with coolant.通常热交换器管内充满冷却剂 Flow through the C-tubes from the RCS transfers heat to the IRWST contents.冷却剂流体流经C型管将RCS的热量传递到IRWST第34页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培训教材35Containment View

20、第35页，共71页。When actuated 一旦触发:FO isolation valves open.失效开启（FO）的隔离阀打开Temp. & elevation of PRHRHX (IRWST conditions) provide thermal driving head. PRHRHX的温度和水位提供了热驱动压头Natural Circulation or, if RCPs running, forced flow through the HX.建立自然循环或者，如果RCPs仍在运转，则强迫循环的流体将流经HXPassive Residual Heat Removal第36页，

21、共71页。If prolonged heat transfer is necessary 如果热传递的延长是必须的:Saturation is reached in IRWST (2 hr) 如果在IRWST中热传递的延长时间接近2小时.IRWST steams to containment; steam condenses on steel containment vessel (cooled by PCS). IRWST的蒸汽被PCS钢安全壳容器冷凝Condensate returns to IRWST via gutter arrangement. 经由设置的水糟，冷凝水回到IRWSTP

22、assive Residual Heat Removal第37页，共71页。PRHRHX Design BasisAutomatically actuates to provide RCS cooling to prevent water relief through PZR safety valves.自动触发PRHRHX为RCS提供冷却，从而防止RCS水经由PZR的安全阀释放（满溢）Can, in conjunction with PCS, remove decay heat indefinitely. Designed to cool RCS to 420F in 36 hr, afte

23、r which normal RHR system can be placed in service.与PCS相连的PRHRHX完全能够去除堆芯余热。PCCS能够在36个小时，内将RCS的温度降至420F（215.60C）。 36个小时后，常规余热排出系统将能替它的功能。第38页，共71页。OPENCONFIRM.OPENALIGN GUTTER FORRETURN TO IRWSTPRHRHX Alignment Signals PRHRHX的开启给号:CMT injection alignment CMT注入启动1st-stage ADS actuation 第1级ADS触发Low WR

24、SG level (55,000 lbm) SG低水位（24970kg）Low NR SG level (95,000 lbm) + low SU feed flow (200 gpm/SG) SG正常水位（43130kg） +低启动给水流量（O.91M3/m）High-3 PZR water level (71%) PZR高3水位(71%) Manual 手动第39页，共71页。18,700 gal3400-3700ppmCMTs provide MU & boration for events not involving a loss of coolant. 针对不包冷却剂丧失的其它事件，

25、CMTs 向RCS提供补水和硼化CMTs are normally full of cold, borated water. 通常CMTs 内充满了硼化的冷水Normally closed discharge iso. valves are diverse from PRHRHX iso. valves.通常关闭的上充隔离阀与PRHRHX的隔离阀不同（保持多样性）Pressure balance line is open & at RCS pressure.压力平衡管线与RCS接通并保持等压RCS Emergence Makeup & Boration第40页，共71页。Figure 4-4:

26、 RCS Emerg.Makeup & BorationUpon actuation 一旦触发:Discharge iso. valves open. 上充隔离阀开启 Cold, borated water is discharged to vessel downcomer annulus via direct injection lines (2). 硼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Flow from the cold legs replaces the water discharged to the vessel. 来自冷管道的流体补充（替代）CMT中注入RPV中

27、的硼水Steam-compensated injection (cold legs voided) 位于冷管道上部空间中的蒸汽流（补偿）注入Water recirculation 水再循环第41页，共71页。Figure 4-4: RCS Emerg.Makeup & BorationOPENCONFIRM.OPENTRIP RCPsCMT Injection Actuation signals CMT注入的触发信号:Safeguards actuationESF触发Low PZR press. (1795 psig) PZR低压Low steam press. (560 psig) 低蒸汽压

28、力（3.92MPa）Low Tc (505F) 反应堆温度Tc低（287.80C）High-2 cont. press. (6.2 psig) 安全壳高压-2Manual 手动1st-stage ADS actuation 第1级ADS触发Low-2 PZR level (10%) PZR低水位-2 (10%) Low WR SG level + high TH SG低水位+高THManual 手动第42页，共71页。Emergency Makeup & Boration Design BasisFor non-LOCA events, makeup water is automaticall

29、y provided to cover core, remove decay heat. 对于非LOCA事件，自动补水确保堆芯淹没，排出衰变热For an inadvertent RCS cooldown, coolant contraction is countered; any return to power is within acceptable limits. 对于被感知的RCS变冷，冷却剂收缩；将功率重返到可接受的限值以内PXS supplies sufficient boron to meet T/S SDM reqt for cold, depressurized condit

30、ions. 对于冷却，降压条件，PXS提供充足的硼化以满足T/S所规定的停堆裕度（SDM）第43页，共71页。Passive Safety Injection System（PSIS）非能动安注系统AP1000的应急冷却采用了非能动和无人值岗的安全概念；AP1000的安全级反应堆冷却剂系统补水安注功能由一系列水源完成：2个蓄压箱，每只容积为56.6m3，内装2600ppm的含硼水 。；2个堆芯补水箱，每只容积为70.8m3 ，内装3400ppm的含硼水 。安全壳内换料水箱，容积为2092 m3 ，内装26002900ppm的含硼水，以及相连的阀门和管道。第44页，共71页。非能动安全注射系统功

31、能： 在一回路系统出现少量泄漏情况下进行补水和在失水事故下实现安注功能。 水量是靠重力压头注入堆芯。第45页，共71页。OPENCONFIRM.OPEN18,700 gal3400-3700ppm12,700 gal2600-2900ppm700 psigAs RCS depressurizes:CMTs provide high flow for relatively long duration. Water recirculation mode at start, then switch to steam-displacement mode as cold legs void.Accumu

32、lators 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第46页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培训教材47Safety Injection for LOCAsAs RCS depressurizes from LOCA or ADS actuation:S

33、quib 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 timeBorated water from IRWST, located above loop piping, gravity injects directly to the vessel.OPEN547,000 gal2600-2900ppm第47页，共71页。2022/8/16

34、SNPTC内部培训教材48After 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 actuationAt first, water from IRWST flows backward through recirc. screens, flushing away de

35、bris.Ultimately, containment sump gravity injects directly to the vessel.OPENSafety Injection for LOCAs第48页，共71页。ADS Stage 4 Squib Valve2022/8/16SNPTC内部培训教材49第49页，共71页。自动卸压系统 ADS卸压系统通过四列管线与反应堆冷却剂系统相连。前三列卸压管线连接到稳压器的顶部，并通过喷淋器卸放到安全壳内换料水池（IRWST）。这些喷头属于非能动堆芯冷却系统（PXS）的一部分。第四列卸压管线与反应堆冷却剂系统的热段相连，通向安全壳大气。降压系

36、统称为自动降压系统（ADS）。第50页，共71页。自动卸压系统不动作的情况对没有涉及冷却剂流失情况的事件,由 PRHR HX 提供紧急堆芯衰变热的导出,不需要ADS的动作对没有涉及冷却剂流失情况的事件,由PXS对反应堆冷却剂系统提供紧急补偿和硼化,不需要ADS的动作.第51页，共71页。ADS系统的触发当发生 LOCA事故时,ADS对RCS进行降压以便PXS能够通过三个不同的水源进行安注。当CMT的水位降至低1整定值时,ADS的第一级被触发在ADS第一级动作之后,经过大约70秒的定时延迟,ADS的第二级被触发.在ADS第二级被触发之后,经过大约120秒的定时延迟,ADS的第三级被触发.当ADS

37、的第一,二,三级都打开之后,RCS的压力开始下降.第52页，共71页。当发生 LOCA事故时,ADS对RCS进行降压以便PXS能够通过三个不同的水源进行安注。当CMT的水位降到低二值水平时(大约为百分之二十),ADS的第四级被触发.ADS的四条管线全部投入.注意,在ADS动作之后,要求操纵员将正常的余热排出系统调整到位并启动,确保RCS的安注与紧急操作程序相一致.正常余热排出系统的成功运行可以防止CMT水位的过度下降和触发ADS的第四级.虽然对于缓解事故并不需要这样的动作,但考虑到核电站的重新启动,这样做可以减少事故的后果.ADS系统的触发第53页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培

38、训教材54Automatic depress-urization valves (RCS):1st stage initiates with CMT intiation + CMT Low-1 level (67.5%). 2nd & 3rd stages initiate after time delay.4th stage initiates with CMT Low-2 level (20%) + Low RCS pressure (1200 psig) following preset time delay after 3rd-stage depress-urization valves have opened.第54页，共71页。第55页，共71页。第56页，共71页。第57页，共71页。2022/8/16SNPTC内部培训教材58Containment Floodup第58页，共71页。 淹没的安全壳是非能动安全注射系统第四个水源，而且是堆芯冷却的长期水源。 当换料水箱的液位达到低-低液位时，与之相连的爆破阀和相关阀门自动打开，安全壳内的水经再循环滤网进入反应堆，冷却堆芯。 当安全壳