AP1000培训讲稿 第四章 AP1000非能动堆芯冷却系统

1、 第四章AP1000AP1000非能动非能动 堆芯冷却系统 AP1000Passive Core AP1000 Passive Core Cooling System (内部使用 注意本材料的内容及图片仅供内部学习使用,未经许可不得部学习使用未经许可不得在公开发表的论文及相关材料中引用、转载。料中引用转载。 第四章非能动堆芯冷却系统AP1000非能动堆芯冷却系统AP1000概述非能动堆态芯冷却系统PXS的特性 PXS的安全功能 非能动余热排出RCS应急补水和硼化 安全注入 自动降压系统和阀门 非能动堆态芯冷却系统的设备安全壳pH值控制AP1000非能动堆芯冷却系统的实/试验验证 小结概述AP1

2、000的非能动堆芯冷却系统(Passive Core Cooling System,PXS由非能动堆芯C C li S t余热排出系统(Passive Residual HeatRemoval System PRHRS 和非能动安全注入R l S t PRHRS系统(Passive Safety Injection System两部分组成。部分组成AP1000非能动安全系统的优点可概括如下: 极大地降低了人因失误发生的可能性大大地提高了系统运行的可靠性 取消了安全级的交流应急电源 AP1000的非能动应急补水系统与先进的改良型压水堆相似功能的EFWS 的设备和相应数量的比较AP1000先进的改

3、良型压水堆功设备的非能动应急补水系统能相似的应急给水系统(4台泵电动泵02蒸汽透平泵(102大型水箱24热交换器00离控制的电动阀门远距离控制的电动阀门618远距离控制的气动阀门02安全壳贯穿件4 AP1000的非能动堆芯冷却系统与先进的改良型压水堆相似功能的安全注入系统的设备和相应数量的比较设备AP1000的非能动堆先进的改良型压水堆功能芯冷却系统相似的安全注入系统(4个系列硼酸驳运泵02高压安注泵04低压安注/余热排出泵04大型贮水箱-堆芯补水箱20浓硼箱0224安注箱安全壳内置换料水箱11热交换器04远距离控制的电动阀门2750远距离控制的气动、螺管线圈3021及其他方式驱动的阀门 概述

4、PXS安全相关功能的设计基于以下考虑(设计基准:(1即使在发生设计基准事件同时伴随不太可能的最大极限单一故障事件时,PXS也有多重的部件来执行其安全相关的功能。(2设备的设计和制造与其所执行的安全相关功能所要求的工业标准的质量分组要求相符合。(3根据ASME VI和相应的技术规格书的要求,这些设备需要定期测试和检查。管(4在发生诸如火灾、内部飞射物或管道破裂事件后,PXS仍能执行应有的安全相关功能。(5PXS设有相应的防护措施,使其能够抵御诸如地震、龙卷风和水淹等外部事件的影响。(6PXS的设计具有足够的可靠性、多重性和多样性,以满足电厂的概率安全目标。满足电厂的概率安全目标 PXS 为抗震I

5、 类、安全相关系统,其功能要能够满足非能动堆态芯冷却系统的特性抗震类安关统能要能够所有的预期运行事件缓解的要求并符合单一故障准则。的运行无需泵的驱动也无需电源(交流PCCS 的运行无需泵的驱动也无需电源(交流。 依靠诸如重力和压缩气体的膨胀过程来驱动PCCS 工作一旦收到触发信号,只需要一次性的直流电源使阀门开启PXS 在设计基准事件下能够为堆芯提供足够的冷却。在失去交流电源的同时发生了假想的单一故障情况级假情况下,1E 级的直流电源和UPS 系统提供保证供电。 PXS 系统构成 Major components: CMTs CMTs冷却剂补水箱Accumulators 安注箱IRWST 安全

6、壳内换料水箱 PRHRHX 非能动余热排出热交换器Containment sump安全壳地坑 Depressurization 2010-6-15SNPTC AP1000培训教材(内部使9Depressurization (ADS valves 降压阀PXS的安全功能PXS的安全功能或功能足时提供补水硼化或功能不足时,提供补水和硼化冷却 4.安全壳内的PH控制-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 非能动余热排出 Provided by passive residual heat removal heat exchanger (PRHRHX热量由非能动余热排

7、出热交换器传出 The PRHRHX is a bank of C-tubes mounted in the IRWST. PRHRHX由th IRWST一组安装在IRWST内部的C型管组成HX is usually filled withFlow through theC-tubes from the RCS C t b f th RCS transfers heat to the IRWST contents.冷却剂IRWST contents流体流经C型管将RCS的热量传递到IRWST Containment View 非能动余热排出 When actuated 一旦触发:FO isol

8、ation valves open.失效开启(FO 的隔离阀打开Temp &elevation of PRHRHX (IRWST conditionsprovide thermal driving head 2010-6-15SNPTC AP1000培训教材(内部使14Temp. & 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

9、the HX.建立自然循环或者,如果非能动余热排出 If prolonged heat transfer is necessary :p g y 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2010-6-15SNPTC AP1000培训教材(内部使15Condensate r

10、eturns to IRWST via gutter arrangement. 经由设置的水糟,冷凝水回到IRWST非能动余热排出PRHRHXPRHRHX 的设计要求提供冷却从而防止 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(满溢与PCS相连的PRHRHX完全能够去除堆芯余热。个小时内将PCCS能够在36个小时,内将RCS的温度降至420°F(215.60C。36个小时后,常规余热 排出系统将能替它的功能。 常冷凝水通过集水槽返回IRWST 开OPEN PRHRHX Alignment Signals PRHRHX 的开启给号:1.CMT inje

11、ction alignment CMT 注入启动2-stage ADS actuation2.1st -stage ADS actuation 第1级ADS 触发3.Low WR SG level (55,000 lbm SG 低水位(24970kg 4.Low NR SG level (95,000 lbm + low SU feed flow (200 /SG43130k O 91M3/2010-6-15SNPTC AP1000培训教材(内部使17gpm/SG SG 正常水位(43130kg +低启动给水流量(O.91M3/m 5.High-3 PZR water level (71% P

12、ZR 高3水位(71%RCS应急补水和硼化CMTs provide MU &boration for events not 应急补水和硼化involving a loss of coolant. 针对不包冷却剂丧失的其它事件CMTs 事件,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18,700 gal 3400-3700ppm Normally closed discharge iso. valves are diverse from PRHRHX iso valve

13、s 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 &t RCS open & at RCS pressure.压力平衡管线与RCS 接通并RCS 应急补水和硼化Upon actuation 一旦触发:Discharge iso valves open Discharge iso. valves open. 上充隔离阀开启Cold, borated water is di h d t l discharged to vessel downcomer annulus v

14、ia 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 g replaces the water discharged to the vessel. 来自冷管道的流体补充(替代CMT 中注入RPV 中的硼水Steam-compensated injection (cold legsinjection (cold legs voided 位于冷管道上部空间中的蒸汽流(补偿注入W t i l ti Water recirculation 水再循环 CMT Injection Actuati

15、on signals CMT 注入的触发信号RCS应急补水和硼化:Safeguards actuation ESF 触发¾Low PZR press. (1795 psig CONFIRM.PZR 低压¾Low steam press. (560 psig 低蒸汽压力(3.92MPa 应度OPEN ¾Low T c (505°F 反应堆温度Tc 低(287.80C ¾High-2 cont. press. (6.2 psig 安全壳高压-2¾Manual 手动1st -stage ADS actuation 第1级ADS 触OPEN发

16、 Low-2 PZR level (10% PZR 低水位-2 (10% Low WR SG level + high T H SG 低水位+高TH Manual 手动TRIP RCPs对应急补水和硼化的基本设计要求For non For non-LOCA events, makeup water is t ti ll id d t d automatically 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 contr

17、action is countered;any return to power is 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 conditions. 对于冷却,降压条件条件,PXS 提供充足的硼化以满足T/S 所规定的停堆裕度(SDM 对LOCA的安全注入As RCS d

18、epressurizes:CMTs provide high flow for CMTs provide high flow for relatively long duration. 在一段相应的时间内,CMT 提供高流量的补水Water recirculation mode at CONFIRM.Water recirculation mode at start, then switch to steam-displacement mode as cold legsvoid. 开始补水时为水循环模式,随后由于冷管段存在汽空间,CMT 转换为蒸汽替代模式18,700 gal 3400-370

19、0ppm Accumulators provide high flow for several min. when RCS depressurizes below 700 psig. OPEN 12,700 gal2600-2900ppm N 2expands to displace tank contents. 当RCS 的压力低于700psig 时,在N 2 膨胀压力的作用下,安pp 700 psig 注箱提供几分钟的高流量硼水注入Both inject borated waterdi tl t th l directly to the vessel. 硼水通过两个安注管注入RPVAs R

20、CS depressurizes fromLOCA or ADS actuation 由于对LOCA 的安全LOCA 或ADS 启动RCS 降压:Squib valves in IRWSTinjection lines auto open 在IRWST 547,000 gal 26002900注入管线上的爆破阀自动开启.4th -stage ADS actuation (20% CMT vol. 42600-2900ppm (第级ADC 启动(CMT 水位降至20% Both loop hot leg levels < Low 2level (3in above Low-2 level

21、(3 in. above bottom for sufficient time 两个热管道水位<低-2水平(在 足够的时间内,水位降至距热管底部76.2mm ,IRWST 中的硼水依靠重力After accumulators, CMTs, &IRWST have injected,containment is flooded 对LOCA的安全sufficiently to provide recirc.Flow 安注箱完成安注功能后,两个CMT和IRWST继续安注,钢安全壳被充分淋水以提供安注的再循环流量: Squib valves in containment recirc.S

22、 ib l i i i 的爆破阀自动开启gLow-3 IRWST level + 4th-stage ADSactuation IRWST低-3水位+第4级ADS 触发At first, water from IRWST flowsAt first,water from IRWST flows OPEN backward through recirc. screens,IRWST的水流通过安全壳再循环过滤网将碎片冲去 Ultimately, containment sumpgravity injects directly to the vessel.gravity injects direct

23、ly to the vessel. 最终安全壳地坑水依靠重力注入RPV安全注入系统的基本设计要求RPV补水补水淹没堆芯排出 PXS PXS能够迅速地向能够迅速地向RPV RPV补水,淹没堆芯,排出补水,淹没堆芯,排出衰变余热 应急堆芯冷却系统(应急堆芯冷却系统(ECCS ECCS具有满意的功能具有满意的功能ADS+PXS ADS+PXS能满足缓解小能满足缓解小LOCA LOCA的要求能满足缓解小的要求 2010-6-15SNPTC AP1000培训教材(内部使26安全壳上淹 自动降压系统和阀门AP1000AP1000非能动堆芯冷却系统某些功能的实非能动堆芯冷却系统某些功能的实施将依赖于反应堆冷

24、却系统的降压RCS RCS的降压是由自动启动的降压阀开启的降压是由自动启动的降压阀开启来实现的 自动降压系统和阀门第4级降压阀与反应堆每一环路的热管道相连接第1级降压阀也可用于从稳压器蒸汽空间中移出非冷凝气体 自动降压系统和阀门第1级自动降压阀为直流电驱动的4英寸(101.2mm 口径电动阀门 238第级和第级自动降压阀为直流电驱动的英寸(202.4mm 口径电动阀门 自动降压系统和阀门第4级降压阀为爆破阀并与处于常开启状态的直流电动阀相串连 自动降压系统和阀门级降级第1,2、3级自动降压阀门逐级开启700psi ACC使RCS压力<700psi ACC开始注入第4级自动降压阀门开启使R

25、CS的压力降至与安全壳压力相等IRWST开始注入 Automatic depress-urization valves (RCS RCS自动降压阀:1st stage initiates with CMT intiation + CMT Low-1 level(67.5%.第1级DCS 伴随CMT启动+CMT低-1水位(67.5%.2nd& 3rd stages initiate after time delay.一段延时后,第2、3级DCS 启动DCS4th stage initiates with CMT Low-2level(20%+LowLow-2 level (20% + L

26、owRCS pressure (1200 psigfollowing preset time delayafter 3stage depressafter3rd-stage depress-urization valves have opened.第3级DCS 阀门开启后,经一定的延时,伴随着CMT低2水位-2第4级ADS启动 置于IRWST 内的第1到3级 ADS 排放管线排管线 上的喷洒器 ADS Squib Valve 第4级ADS 爆破阀(Squib Valve 非能动堆态芯冷却系统的设备 安全壳内置料水箱IRWST位于运行平台下面,大容量,具有不锈钢内衬的水箱独立于钢安全壳容器是安全

27、壳内部结构 独立于钢安全壳容器,是安全壳内部结构的一部分在滤网的前面设有碎片档扳以此来防止 在滤网的前面设有碎片档扳,以此来防止由于管道甩击产生的高密度碎片进入到IRWST的滤网 非能动堆态芯冷却系统的设备 IRWST IRWST和安全壳再循环滤网和安全壳再循环滤网防止(过滤来自于己进入反应堆和阻塞反应堆冷却通道的碎片 多重设置每个滤网具有良好的过滤功能,以去除拉圾,并在滤网前方设有碎片档板能承受事故条件下的载荷,飞射物 结实的顶盖 抗腐蚀滤网的位置和方向应能够限制滤网的潜在堵塞安全壳内的绝缘和涂装材料不会堵塞滤网 IRWST 滤网 安全壳再循环滤网 安全壳再循环滤网 非能动堆态芯冷却系统的设

28、备 爆破阀Squib Valve爆破阀用于爆破阀用于IRWST IRWST注入管线和安全壳再循环管注入管线和安全壳再循环管线在正常运行时零泄漏在事故条件下可靠地开启安全壳再循系统的爆破阀中有台的结构 安全壳再循环系统的爆破阀中有一台的结构有别于其它爆破阀 IRWST 注入管线和安全壳再循环管线爆破阀的结构示意图 安全壳安全壳Ph Ph值控制值控制在安全壳内设有完全非能动的在安全壳内设有完全非能动的Ph Ph调节篮调节篮 篮内装有磷酸三纳 调节篮的安放位置至少高于安全壳地板调节篮的安放位置至少高于安全壳地板11英尺,低于事故后安全壳上淹水位 安全壳Ph Ph值控制安全壳值控制设计的基本要求:值保

29、持在7070-595范围,强化安全壳内放 pH pH值保持在值保持在7.07.09.59.5范围,强化安全壳内放范围,强化安全壳内放射性核素(碘的保持力,并且降低由于混凝土中氯化物浸出而引起不锈钢部件应力腐蚀的潜在风险 非能动堆芯冷却系统的运行(略 非能动堆芯冷却系统的实/试验验证AP1000非能动堆芯冷却系统的实AP1000不论是能动的还是非能动的专设安全设施 不论是能动的还是非能动的专设安全设施,其可靠性和成熟性都是在模拟事故工况的试验台架上进行验证。在充分试验验证的试验台架上进行验证在充分试验验证的基础上,利用试验结果和数据开发事故分析用的计算机软件经核安全当局审查批析用的计算机软件,经

30、核安全当局审查批准后,再用于核电厂的事故分析和专设安全系统的设计,由此设计出来的专设安全系统,即认为是成熟的系统。 非能动堆芯冷却系统的实/试验验证AP1000非能动堆芯冷却系统的实AP1000西屋公司为了满足成熟性的要求,对AP600和AP1000的非能动安全系统、安全分析软件和设备的开发研究进行了大量的试验验证,建立了以下主要的单项和综合试验验证装置:单合堆芯补水箱(CMT试验装置;试验装置非能动余热排出(PRHR试验装置; 自动卸压系统(ADS试验装置;非能动安全壳冷却试验装置; 偏离泡核沸腾(DNB试验装置;将堆芯熔融物滞留在压力容器内(IVR的UPLU试验装置;非能动堆芯冷却系统(全高度、高压、高温SPES综合试验装置;非能动堆芯冷却系统(低压低温综合试验装置 非能动堆芯冷却系统(低压、低温APEX综合试验装置。非能动堆芯冷却实验非能动堆芯冷却实验/试验实/试验名称实/试验类型实/试验特征非