一种安全注入系统

1.一种安全注入系统，用于缓解事故、保护核电厂堆芯的安全，包括高压安注泵、低压安注泵(206)和安注箱，还包括用于容纳安注水的换料水箱(207)，其特征在于，所述换料水箱(207)位于核电厂的安全壳内；
所述安注箱通过设置有控制阀门的管道连接在直接压力容器注射管线上；
所述高压安注泵通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱(207)和直接压力容器注射管线之间；
所述低压安注泵(206)通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱(207)和直接压力容器注射管线之间。
2.根据权利要求1所述的安全注入系统，其特征在于，所述高压安注泵包括相互独立的第一高压安注泵(204)和第二高压安注泵(205)，其中，
所述第一高压安注泵(204)通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱(207)和第一直接压力容器注射管线(202)之间；
所述第二高压安注泵(205)通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱(207)和第二直接压力容器注射管线(203)之间。
3.根据权利要求2所述的安全注入系统，其特征在于，所述安注箱包括第一安注箱(209)和第二安注箱(210)；所述第一安注箱(209)通过设有控制阀门的管道连接到第一直接压力容器注射管线(202)上；所述第二安注箱(210)通过设有控制阀门的管道连接到第二直接压力容器注射管线(203)上。
4.根据权利要求3所述的安全注入系统，其特征在于，所述安全注入系统还包括自动卸压子系统(201)；所述自动卸压子系统(201)包括两个系列，每个系列包括三级并联的卸压阀门；所述自动卸压子系统连接在所述换料水箱(207)和稳压器(208)之间，用于将稳压器(208)中的蒸汽释放到所述换料水箱(207)。

一种安全注入系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及核电厂安全注入系统结构的改进。\n背景技术\n[0002] 安全注入系统又叫做应急堆芯冷却系统，其主要功能是：当核电设备一回路系统破裂引起失水事故时，安全注入系统向堆芯注水，保证淹没和冷却堆芯，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性；当发生主蒸汽管道破裂时，反应堆冷却剂由于受到过度冷却而收缩，稳压器水位下降，安全注入系统向一回路注入高浓度含硼水，重新建立稳压器水位，迅速停堆并防止反应堆由于过冷而重返临界。\n[0003] 为实现上述功能，安全注入系统必须能够根据事故时一回路系统压力下降的情况，在不同的压力水平下注入。现有技术中安全注入系统由三个子系统组成：\n[0004] 高压安注子系统：利用高压安注泵106(RCV001PO、RCV002PO、RCV003PO)将硼酸溶液注入到反应堆冷却剂系统。电厂正常运行期间，上述三台泵中一台作为化容系统上充泵正常运行，一台备用，一台处于维修状态。上充泵从容控箱吸水，提供正常上充流量以及主泵轴封水。事故工况下，切换到高压安注模式，两台泵运行，一台备用。高压安注泵从换料水箱101吸水，提供高压安注。\n[0005] 低压安注子系统：事故后的直接注入阶段和长期冷却阶段，两台低压安注泵\n107(RIS001PO、RIS002PO)可将含硼水注入至反应堆冷却剂系统以冷却堆芯。低压安注泵也作为高压安注泵的前置泵。\n[0006] 安注箱注射(中压安注)子系统：是一个非能动系统，包含三个独立的安注箱：\n(RIS001BA)108、(RIS002BA)109、(RIS003BA)110。事故期间，当反应堆冷却剂系统的压力下降到低于安注箱压力(4.8MPa)时，安注箱内的含硼水自动注射到一回路中，如图2所示。\n[0007] 现有的安全注入系统还包括硼酸再循环回路，主要由浓硼酸注入箱\n104(RIS004BA)、硼酸波动箱103(RIS021BA)、以及硼酸再循环泵105(RIS021PO、RIS022PO)组成。主要功能是提供高浓度含硼水(7000~9000ppm)，并且在电厂正常运行期间循环浓硼酸溶液，防止硼结晶。\n[0008] 现有安全注入系统组成较为复杂，如图1所示，其主要设备除了安注箱布置在反应堆厂房内(安全壳内)，其他设备(包括高、低压安注泵，硼酸在循环泵，浓硼酸注入箱、硼酸波动箱以及换料水箱等)都位于燃料厂房(安全壳外)。图1中，阀门状态对应RIS系统的备用状态， 表示阀门在开启状态， 表示阀门在关闭状态。现有安全注入系统除了需要应急电源、复杂的冷却水和HVAC等支持系统外，还采用了较多的交叉管道。浓硼酸注入箱及其循环管道的设置更是大大增加了系统的复杂性。系统的运行也颇为复杂，不仅仅要进行大量的阀门操作，还涉及了高压安注泵/上充泵运行模式的切换。如事故后，上充泵由上充模式切换至高压安注模式，泵的吸水口由化容系统容控箱102切换至换料水箱；以及事故后不同阶段安注水源的切换，如高低压安注泵的吸入口由换料水箱切换至地坑。\n[0009] 由于现有安全注入系统组成复杂，运行繁琐，导致系统运行过程中发生人因错误的可能性大大增加。而大量的实践统计表明，核电站50％以上的安全重大事件和故障都是由人因错误引发的。\n[0010] 此外，现有安全注入系统严重事故处理能力不足，将会成为制约其市场竞争力的重要因素。\n[0011] 为此，需要借鉴世界先进核电技术对其进行改进。\n发明内容\n[0012] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种结构简化、操作步骤少、能有效减少人因故障并能显著提高严重事故处理能力的核电厂安全注入系统。\n[0013] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0014] 构造了一种安全注入系统，用于缓解事故、保护核电厂堆芯的安全，包括高压安注泵、低压安注泵和安注箱，还包括用于容纳安注水的换料水箱，其中，所述换料水箱位于核电厂的安全壳内；\n[0015] 所述安注箱通过设置有控制阀门的管道连接在直接压力容器注射管线上；\n[0016] 所述高压安注泵通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱和直接压力容器注射管线之间；\n[0017] 所述低压安注泵通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱和直接压力容器注射管线之间。\n[0018] 本发明所述的安全注入系统，其中，所述高压安注泵包括相互独立的第一高压安注泵和第二高压安注泵，其中，\n[0019] 所述第一高压安注泵通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱和第一直接压力容器注射管线之间；\n[0020] 所述第二高压安注泵通过设置有控制阀门的管道连接在所述换料水箱和第二直接压力容器注射管线之间。\n[0021] 本发明所述的安全注入系统，其中，所述安注箱包括第一安注箱和第二安注箱；所述第一安注箱通过设有控制阀门的管道连接到第一直接压力容器注射管线上；所述第二安注箱通过设有控制阀门的管道连接到第二直接压力容器注射管线上。\n[0022] 本发明所述的安全注入系统还包括自动卸压子系统。所述自动卸压子系统包括两个系列，每个系列包括三级并联的卸压阀门；所述自动卸压子系统连接所述换料水箱和稳压器，以将稳压器中的蒸汽释放到所述换料水箱，实现反应堆冷却剂系统的快速可控卸压。。\n[0023] 本发明的有益效果在于，采用直接压力容器注射方式，减少系统交叉管道，使系统组成大为简化。换料水箱位于安全壳内，可以实现事故后安注系统连续运行不切换，系统运行操作简化，可靠性提高。另外，为现有安全注入系统增设自动卸压系统，可以合理降低高压安注泵的扬程，并且能够增强其严重事故缓解能力，提高了核电厂的安全性。\n附图说明\n[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：\n[0025] 图1是现有技术中的高压和低压安全注入系统结构示意图；\n[0026] 图2是现有技术中的中压安全注入系统结构示意图\n[0027] 图3是本发明实施例的安全注入系统结构示意图。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合图示，对本发明的优选实施例作详细介绍。\n[0029] 本发明实施例的核电厂的安全注入系统结构示意图如图3所示，改进后的安全注入系统与原系统相比，仍旧是采用了高、中、低三个压力水平下的安全注射方式，但是系统的组成却大为简化。改进后的安全注入系统主要包括高压安注泵，低压安注泵206，安注箱，还包括用于容纳安注水的换料水箱207。其中，高压安注泵可通过设置有控制阀门的管道连接换料水箱207和直接压力容器注射管线，如图3所示。低压安注泵通过设置有控制阀门的管道连接换料水箱207和直接压力容器注射管线。安注箱通过设置有控制阀门的管道连接在直接压力容器注射管线上。其中，直接压力容器注射管线连接在核电厂压力容器上。\n改进后的安注系统采用了压力容器直接注射方式取代原有的冷管段注射模式，将安注水打入堆芯。\n[0030] 本实施例中，具体可设置两个单独的高压安注泵，包括：第一高压安注泵204和第二高压安注泵205。第一高压安注泵204通过设置有控制阀门的管道连接在换料水箱207和第一直接压力容器注射管线202之间；第二高压安注泵205通过设置有控制阀门的管道连接在换料水箱207和第二直接压力容器注射管线203之间。其中，第一直接压力容器注射管线202和第二直接压力容器注射管线203均连接在压力容器上。上述设置方式可实现安全注入系统与化容系统的完全独立，事故后无需进行泵运行模式的切换，简化了系统在事故后的操作。通过设置两个单独的高压安注泵，能够使得系统具备两个完全独立的系列，满足单一故障准则的要求，降低高压安注失效的潜在风险。\n[0031] 本实施例中，采用压力容器直接注射方式取代原有的冷管段注射模式，事故工况下，可利用高、低压安注泵将换料水箱207中的含硼水通过直接压力容器注射管线打入堆芯。采用该方式可以减少母管段的采用，并可将原有系统的三个安注箱变为两个，即包括第一安注箱209和第二安注箱210，如图3所示。其中，第一安注箱209通过设有控制阀门的管道连接到第一直接压力容器注射管线202。第二安注箱210通过设有控制阀门的管道连接到第二直接压力容器注射管线203。每个安注箱的堆芯淹没能力由原先的50％增大到\n100％。这样，安全注入系统就可以在提高系统可靠性的基础上简化了系统的组成，同时降低了主管道的制造难度。\n[0032] 本实施例中，改变换料水箱207的布置方式，将其置于核电厂的安全壳内，并使高、低压安注泵的吸入水源始终为安全壳内的换料水箱207，使其作为事故后高、低压安注泵的唯一安注水源。因此，事故后无需进行安注水源的切换，可实现安全注入系统的连续运行并减少事故后的操作步骤，避免了可能发生的人因错误，降低了系统运行模式切换导致安全注入系统失效的潜在风险，从而提供了系统的可靠性，增强了核电厂的安全性。\n[0033] 本实施例中，取消浓硼酸注入箱及其再循环回路，并适当提高换料水箱207中的硼浓度，保证系统在未能紧急停堆的预期瞬态(ATWS)事件中，提供足够的硼化能力，在保证电厂安全性的前提下，大大简化电厂正常运行期间安全注入系统的操作。\n[0034] 为提高系统严重事故处理能力，本实施例的安全注入系统在稳压器208和安全壳内换料水箱207之间增设自动卸子系统201，如图3所示。自动卸压子系统201由两个系列组成，每个系列包括三级并联的卸压阀门，每个系列均连接在所述换料水箱207和稳压器208之间，用于提供安全级的排放通道，将稳压器208、压力容器上封头或者反应堆冷却剂系统高点的不凝结气体或蒸汽。事故工况下通过该系统将稳压器208内的蒸汽排放至安全壳内换料水箱207，可实现反应堆冷却剂系统的快速、可控卸压。该系统与高压安注泵共同作用，可以在丧失全部给水的超设计基准事故或严重事故中，快速实现一回路泄补，避免严重事故中一回路高压情况下安注失效，保证安注流量及时有效的注入堆芯，从而缓解事故进程，防止安全壳的早期失效。同时，采用上述技术还降低了对高压安注子系统注射压力的要求，可合理降低高压安注泵的性能要求。\n[0035] 本实施例可以在核电厂一回路发生破口事故时，根据一回路系统压力下降的情况，实现不同的压力水平下向堆芯注水。如一回路大破口事故工况下，一经接收到安注信号，系统将执行以下操作：\n[0036] 1)高压安注子系统：启动高压安注泵，打开高压安注泵吸入管道上的隔离阀以及高压安注泵与直接压力容器注射管线之间的主隔离阀，使换料水箱中的含硼水经过高压安注泵增压后通过直接压力容器注射管线进入压力容器；\n[0037] 2)中压安注子系统：当一回路压力下降到低于安注箱压力时，安注箱内的含硼水就会在加压氮气的作用下自动注射到一回路中；\n[0038] 3)低压安注子系统：启动低压安注泵，打开低压安注泵吸入管道上的隔离阀以及低压安注泵与直接压力容器注射管线之间的主隔离阀，使换料水箱中的含硼水经过低压安注泵增压后通过直接压力容器注射管线进入压力容器，实现低压注射；\n[0039] 4)事故后12小时，运行人员可以建立热管段和直接压力容器注射管线同时注射，防止硼酸在堆芯内结晶。\n[0040] 采用上述技术方案后，安全注入系统取消与化容系统的设备兼用，设置独立的高压安注泵，并采用直接压力容器注射方式，减少交叉管道，系统组成大为简化。改进后的安全注入系统实现了连续运行，而不用切换安注水源，系统运行操作简化，可靠性提高。另外，由于增设自动卸压子系统，能够增强安全注入系统的严重事故缓解能力，并且可以合理降低高压安注泵的扬程。改进后的安全注入系统满足URD要求。\n[0041] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。