AP1000 非能动安全系统

AP1000非能动安全系统Chapter3AP1000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2AP1000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3AP1000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AP1000PassiveCoreCoolingSystemCharacteristicsofPXSSafetyFunctionsPRHRHXDesignBasisEmergencyMakeup&BorationDesignBasisSafetyInjectionComponentDetails：IRWSTIRWST&ContainmentRecirc.ScreensExplosivelyOpening(Squib)Valves2023/2/1SNPTC内部培训教材7

ExistingPlants49非能动堆芯冷却系统概述非能动堆芯冷却系统（PXS）组成部分包括一个非能动余热排出热交换器（PRHRHX），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。12非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13安全壳内换料水箱(In-ContainmentRefuelingWaterStorageTank,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，防止碎片从安全壳运行甲板进入水箱。安全壳内换料水箱(In-ContainmentRefuelingWaterStorageTank,IRWST)从IRWST至换料腔室有大型流体溢出通道，以调节PRHRHX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PRHRHX和两个卸压喷淋器。PRHRHX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PRHRHX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。堆芯补水箱（coremakeuptank，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。堆芯补水箱（coremakeuptank，CMT）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』：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。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非能动余热热交换器（PRHRHX）PRHRHX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。PRHRHX是AP1000A类设备，设计满足抗震I类要求。PRHRHX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。pH调整篮（pHAdjustmentbasket）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。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），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。再循环滤网（RecirculationScreen）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。阀门（Valve）低压差开启止回阀安注箱止回阀释放阀爆破阀表PXS自动触发信号PRHRHX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 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RCSCL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低水位再循环用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

Thepassivecorecoolingsystemoperateswithoutpumpsorpowersources.PCCS的运行无需泵的驱动也无需电源（交流）。

Processessuchasgravityandexpansionofcompressedgasesarereliedon.依靠诸如重力和压缩气体的膨胀过程来驱动PCCS工作。

Aone-timevalvealignment(DCelectricpowerrequired)isrequireduponactuation.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

ofPassiveCoreCoolingSystemSafetyFunctionsEmergencycoredecayheatremoval:

应急堆芯衰变热排出：Providecoredecayheatremovalwhennormalheatremovalpathsarelost.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Reactorcoolantsystememergencymakeup&boration反应堆系统应急补水和硼化:

Providemakeup&borationwhenmakeupfromCVCSisunavailableorinsufficient.当CVCS无效或功能不足时，提供补水和硼化SafetyFunctionsSafetyinjection安全注入:

ProvideadequatecorecoolingforthecompleterangeofLOCAs.对各种LOCAs提供足够的堆芯冷却ContainmentpHcontrol安全壳内的PH控制:

Chemicaladditiontoestablishcontainmentfloodupconditionswhichsupportretentionofradioactivity&prevent

corrosionofequipment.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2023/2/1SNPTC内部培训教材31CompositePXSMajorcomponents:CMTs冷却剂补水箱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Containmentsump安全壳地坑Depressurization(ADS)valves降压阀2023/2/1SNPTC内部培训教材32PassiveResidualHeatRemovalProvidedbypassiveresidualheatremovalheatexchanger(PRHRHX)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（PRHS）

－IRWST作为热阱。IRWST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(PRHRHX)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。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；PRHRHX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。2023/2/1SNPTC内部培训教材35ThePRHRHXisabankofC-tubesmountedintheIRWST.PRHRHX由一组安装在IRWST内部的C型管组成HXisusuallyfilledwithcoolant.通常热交换器管内充满冷却剂

FlowthroughtheC-tubesfromtheRCStransfersheattotheIRWSTcontents.冷却剂流体流经C型管将RCS的热量传递到IRWST2023/2/1SNPTC内部培训教材36ContainmentViewWhenactuated一旦触发:FOisolationvalvesopen.失效开启（FO）的隔离阀打开Temp.&elevationofPRHRHX(IRWSTconditions)providethermaldrivinghead.

PRHRHX的温度和水位提供了热驱动压头NaturalCirculationor,ifRCPsrunning,forcedflowthroughtheHX.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HXPassiveResidualHeatRemovalIfprolongedheattransferisnecessary如果热传递的延长是必须的:SaturationisreachedinIRWST(~2hr)如果在IRWST中热传递的延长时间接近2小时.IRWSTsteamstocontainment;steamcondensesonsteelcontainmentvessel(cooledbyPCS).IRWST的蒸汽被PCS钢安全壳容器冷凝CondensatereturnstoIRWSTviagutterarrangement.经由设置的水糟，冷凝水回到IRWSTPassiveResidualHeatRemovalPRHRHXDesignBasisAutomaticallyactuatestoprovideRCScoolingtopreventwaterreliefthroughPZRsafetyvalves.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,inconjunctionwithPCS,removedecayheatindefinitely.DesignedtocoolRCSto420°Fin36hr,afterwhichnormalRHRsystemcanbeplacedinservice.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420°F（215.60C）。36个小时后，常规余热排出系统将能替它的功能。OPENCONFIRM.OPENALIGNGUTTERFORRETURNTOIRWSTPRHRHXAlignmentSignalsPRHRHX的开启给号:CMTinjectionalignmentCMT注入启动1st-stageADSactuation第1级ADS触发LowWRSGlevel(55,000lbm)SG低水位（24970kg）LowNRSGlevel(95,000lbm)+lowSUfeedflow(200gpm/SG)SG正常水位（43130kg）+低启动给水流量（O.91M3/m）High-3PZRwaterlevel(71%)PZR高3水位(71%)Manual

手动18,700gal3400-3700ppmCMTsprovideMU&borationforeventsnotinvolvingalossofcoolant.针对不包冷却剂丧失的其它事件，CMTs向RCS提供补水和硼化CMTsarenormallyfullofcold,boratedwater.通常CMTs内充满了硼化的冷水Normallycloseddischargeiso.valvesarediversefromPRHRHXiso.valves.通常关闭的上充隔离阀与PRHRHX的隔离阀不同（保持多样性）Pressurebalancelineisopen&atRCSpressure.压力平衡管线与RCS接通并保持等压RCSEmergenceMakeup&BorationFigure4-4:RCSEmerg.Makeup&BorationUponactuation一旦触发:Dischargeiso.valvesopen.上充隔离阀开启Cold,boratedwaterisdischargedtovesseldowncomerannulusviadirectinjectionlines(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Flowfromthecoldlegsreplacesthewaterdischargedtothevessel.来自冷管道的流体补充（替代）CMT中注入RPV中的硼水Steam-compensatedinjection(coldleg[s]voided)位于冷管道上部空间中的蒸汽流（补偿）注入Waterrecirculation水再循环Figure4-4:RCSEmerg.Makeup&BorationOPENCONFIRM.OPENTRIPRCPsCMTInjectionActuationsignalsCMT注入的触发信号:SafeguardsactuationESF触发LowPZRpress.(1795psig)PZR低压Lowsteampress.(560psig)低蒸汽压力（3.92MPa）LowTc(505°F)反应堆温度Tc低（287.80C）High-2cont.press.(6.2psig)安全壳高压-2Manual手动1st-stageADSactuation第1级ADS触发Low-2PZRlevel(10%)PZR低水位-2(10%)

LowWRSGlevel+highTHSG低水位+高THManual手动EmergencyMakeup&BorationDesignBasisFornon-LOCAevents,makeupwaterisautomaticallyprovidedtocovercore,removedecayheat.对于非LOCA事件，自动补水确保堆芯淹没，排出衰变热ForaninadvertentRCScooldown,coolantcontractioniscountered;anyreturntopoweriswithinacceptablelimits.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PXSsuppliessufficientborontomeetT/SSDMreq’tforcold,depressurizedconditions.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）PassiveSafetyInjectionSystem（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2092m3，内装2600－2900ppm的含硼水，以及相连的阀门和管道。非能动安全注射系统功能：

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。

OPENCONFIRM.OPEN18,700gal3400-3700ppm12,700gal2600-2900ppm700psigAsRCSdepressurizes:CMTsprovidehighflowforrelativelylongduration.Waterrecirculationmodeatstart,thenswitchtosteam-displacementmodeascoldlegsvoid.Accumulatorsprovidehighflowforseveralmin.whenRCSdepressurizesbelow700psig.N2expandstodisplacetankcontents.Bothinjectboratedwaterdirectlytothevessel.SafetyInjectionforLOCAs2023/2/1SNPTC内部培训教材48SafetyInjectionforLOCAsAsRCSdepressurizesfromLOCAorADSactuation:SquibvalvesinIRWSTinjectionlinesautoopen.4th-stageADSactuation(20%CMTvol.)Bothloophotleglevels<Low-2level(3in.abovebottom)forsufficienttimeBoratedwaterfromIRWST,locatedabovelooppiping,gravityinjectsdirectlytothevessel.OPEN547,000gal2600-2900ppm2023/2/1SNPTC内部培训教材49Afteraccumulators,CMTs,&IRWSThaveinjected,containmentisfloodedsufficientlytoproviderecirc.flow:Squibvalvesincontainmentrecirc.linesautoopen.Low-3IRWSTlevel+4th-stageADSactuationAtfirst,waterfromIRWSTflowsbackwardthroughrecirc.screens,flushingawaydebris.Ultimately,containmentsumpgravityinjectsdirectlytothevessel.OPENSafetyInjectionforLOCAsADSStage4SquibValve2023/2/1SNPTC内部培训教材50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。降压系统称为自动降压系统（ADS）。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PRHRHX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.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的第一,二,三级都打开之后,RCS的压力开始下降.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2023/2/1SNPTC内部培训教材55Automaticdepress-urizationvalves(RCS):1ststageinitiateswithCMTintiation+CMTLow-1level(67.5%).2nd&3rdstagesinitiateaftertimedelay.4thstageinitiateswithCMTLow-2level(20%)+LowRCSpressure(1200psig)followingpresettimedelayafter3rd-stagedepress-urizationvalveshaveopened.2023/2/1SNPTC内部培训教材59ContainmentFloodup●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