本發(fā)明涉及當發(fā)生反應堆事故時能夠?qū)⒗鋮s劑逐步注入反應堆容器的多段式安全注入裝置以及具有該多段式安全注入裝置的無源安全注入系統(tǒng)。

背景技術：
反應堆可根據(jù)安全系統(tǒng)的構型或主部件的安裝位置來分類。根據(jù)安全系統(tǒng)的特征，反應堆可分類成i)使用諸如泵等的有源力的有源反應堆ii)使用諸如重力、壓力等的無源力的無源反應堆。而且根據(jù)主部件（蒸汽發(fā)生器、增壓器和泵推動器）的安裝位置，反應堆還可分成i)其中主部件安裝在反應堆容器外的循環(huán)式反應堆，以及ii)其中主部件安裝在反應堆容器內(nèi)的一體式反應堆。當在反應堆中發(fā)生事故時，多種類型的無源水箱用來向反應堆容器提供緊急冷卻水。i)用來在其中大管線破裂成使大量冷卻劑流出的大破口失水事故過程中快速提供冷卻劑給反應堆的氮氣增壓的安全注入水箱（儲壓器）用于國內(nèi)外的商業(yè)循環(huán)式水冷反應堆，以及ii)在使得反應堆和水箱之間壓力平衡之后使用水重力頭的堆芯補水箱附加于氮氣增壓的安全注入水艙用于諸如AP600、AP1000等的美國威斯丁豪斯無源循環(huán)式反應堆中。在一體式反應堆中，與商業(yè)循環(huán)式水冷反應堆相反，諸如泵和蒸汽發(fā)生器等的主部件安裝在反應堆容器內(nèi)，以及因此沒有用來連接主部件的大管線。因此，在連接反應堆容器與諸如化學和容積控制系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)、停機冷卻系統(tǒng)、安全閥等的系統(tǒng)的管線中，在一體式反應堆中具有小尺寸。由于這些特征，基本上消除大管線破裂的大破口失水事故。此外，在一體式反應堆中，主部件安裝在存在大量冷卻劑的反應堆容器中。因此，當事故，由于諸如管線破裂等的破口的失水事故在一體式反應堆中發(fā)生時，反應堆容器內(nèi)的壓力和水位與循環(huán)式反應堆相比緩慢減小。即使一體式反應堆具有這些特征，但通常，一體式反應堆要求i)在其中堆芯液位相對快速減小的事故初始階段的高流速冷卻劑安全注入，ii)在其中冷卻劑排放流速由于反應堆容器的高內(nèi)壓而相對大的事故早期和中間階段的中流速冷卻劑安全注入，以及iii)在其中冷卻劑排放流速由于反應堆容器減小的壓力而大大降低的事故中間和末期階段的低流速冷卻劑安全注入。應該注意，一體式反應堆的高流速與商業(yè)循環(huán)式反應堆中所要求的流速相比小很多。然而，相關技術領域中氮氣增壓的安全注入水箱典型地設計成當反應堆容器的內(nèi)壓快速減小時以安全的方式快速注入高流速冷卻劑，以及在相關技術領域中堆芯補水箱設計成在使得反應堆容器和堆芯補水箱之間的壓力平衡之后由于水重力頭以單一模式沿預定通道安全注入。因此，為了彌補在相關技術領域中的該缺點，各種類型的系統(tǒng)根據(jù)事故過程中安全注入所要求的特征以復雜的方式用于反應堆中。例如，i)壓力平衡堆芯補水箱（在高壓下安全注入）、增壓安全注入水箱（在中壓下安全注入）、在安全殼中的補水存儲水箱（在低壓下安全注入）等以復雜方式用于諸如無源增壓水冷反應堆AP600、AP1000等的無源安全系統(tǒng)中，以及ii)增壓安全注入水箱（在中壓下安全注入）、高壓安全注入泵、低壓安全注入泵等以復雜方式用于有源安全系統(tǒng)中。因此，將考慮用來根據(jù)安全注入反應堆所要求的特征簡化以復雜方式構造的安全注入設備以有效注入冷卻劑的裝置。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一方面是簡化以復雜方式構造的安全注入設備。本發(fā)明的另一方面是提供一種安全注入設備，其中當事故發(fā)生時，冷卻劑注入的流速根據(jù)安全注入反應堆所要求的特征變化。為了完成前述方面，根據(jù)本發(fā)明實施例的多段式安全注入裝置可包括：安全注入水箱，該安全注入水箱構成容納當事故發(fā)生時通過水重力頭注入反應堆容器的冷卻劑，在該事故中反應堆容器的壓力或水位減??；壓力平衡管線，該壓力平衡管線連接到反應堆容器和安全注入水箱以形成反應堆容器和安全注入水箱之間的壓力平衡狀態(tài)；以及一組安全注入管線，該一組安全注入管線連接到安全注入水箱和反應堆容器以在反應堆容器和安全注入水箱之間的壓力平衡狀態(tài)下將冷卻劑注入到反應堆容器，以及以不同高度連接到安全注入水箱以根據(jù)安全注入水箱的水位減小而逐步降低注入反應堆容器的冷卻劑流速。根據(jù)與本發(fā)明相關聯(lián)的實例，安全注入管線可形成根據(jù)安全注入水箱的水位降低而逐步增加的總流阻以減小注入反應堆容器的冷卻劑流速。它基于這樣一個原理，其中，總合計通道的流阻在用兩個組合通道的安全注入情形下比僅用一個通道的減小，以及在三個組合通道情形下比具有兩個組合通道的進一步減小。根據(jù)與本發(fā)明相關的另一實例，安全注入管線可包括：第一安全注入管線，該第一安全注入管線連接到安全注入水箱的下端部以提供注入通道來將安全注入水箱內(nèi)充滿的冷卻劑注入反應堆容器；以及至少一條第二安全注入管線，該至少一條第二安全注入管線以比第一安全注入管線高出預定高度的位置連接到安全注入水箱以提供冷卻劑注入通道直到安全注入水箱的水位變成低于預定水位為止。根據(jù)與本發(fā)明相關聯(lián)的另一實例，多段式安全注入裝置還包括多個孔，該多個孔中的至少一個安裝到每條安全注入管線以用作冷卻劑注入的流阻，并構造成根據(jù)安全注入水箱的水位減小而逐步增加總流阻。其旨在為每條安全注入管線提供適當流阻，從而當事故發(fā)生時，根據(jù)反應堆所要求的特征逐步實施適當冷卻劑注入。根據(jù)與本發(fā)明相關的另一實例，多段式安全注入裝置還包括隔離閥，該隔離閥安裝在壓力平衡管線以阻止冷卻劑在正常設備運行過程中從反應堆容器流入安全注入水箱，以及當事故發(fā)生時，通過從反應堆容器的壓力或水位降低產(chǎn)生的控制信號而指定打開以在反應堆容器和安全注入水箱之間的壓力平衡狀態(tài)下通過水重力頭實施冷卻劑注入。根據(jù)與本發(fā)明相關的另一實例，多段式安全注入裝置還包括隔離閥，該隔離閥安裝在安全注入管線以阻止冷卻劑在正常設備運行過程中在反應堆容器的壓力平衡狀態(tài)下從安全注入水箱流到反應堆容器，以及當事故發(fā)生時，通過從反應堆容器的壓力或水位降低產(chǎn)生的控制信號而指定打開以實施冷卻劑從安全注入水箱注入到反應堆容器。此外，為了實施前述任務，根據(jù)本發(fā)明，有公開一種無源安全注入系統(tǒng)。無源安全注入系統(tǒng)可包括：堆芯補水箱，該堆芯補水箱連接到反應堆容器以便當反應堆容器的壓力或水位減小的事故發(fā)生時保持與反應堆容器的壓力平衡狀態(tài)以及將冷卻劑注入到反應堆容器；以及多段式安全注入裝置，該多段式安全注入裝置連接到反應堆容器以在堆芯補水箱的注入之后在低于堆芯補水箱壓力的壓力下逐步將冷卻劑注入反應堆容器；其中，多段式安全注入裝置包括安全注入水箱，該安全注入水箱形成成容納當事故發(fā)生時通過水重力頭注入反應堆容器的冷卻劑，在該事故中，反應堆容器的壓力或水位減?。粔毫ζ胶夤芫€，該壓力平衡管線連接到反應堆容器和安全注入水箱以形成反應堆容器和安全注入水箱之間的壓力平衡，以及連接到反應堆容器和堆芯補水箱以形成反應堆容器和堆芯補水箱之間的壓力平衡；以及一組安全注入管線，該一組安全注入管線連接到反應堆容器和安全注入水箱以在反應堆容器和安全注入水箱的壓力平衡狀態(tài)下將冷卻劑注入反應堆容器，并以不同高度連接到安全注入水箱以便根據(jù)安全注入水箱的水位降低而逐步降低冷卻劑注入反應堆容器的流速。根據(jù)與本發(fā)明相關的另一實例，無源安全注入系統(tǒng)還包括隔離閥，該隔離閥安裝在壓力平衡管線以阻止冷卻劑在正常設備運行過程中從反應堆容器流入安全注入水箱，以及當事故發(fā)生時，通過從反應堆容器的壓力或水位降低產(chǎn)生的控制信號而指定打開以在反應堆容器和安全注入水箱之間的壓力平衡狀態(tài)通過水重力頭實施冷卻劑注入。附圖說明包括附圖以供進一步理解本發(fā)明并且附圖包含在本申請內(nèi)且構成其中的一部分，這些附圖示出本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中：圖1是示出關于本發(fā)明實施例的多段式安全注入裝置的概念圖；圖2是示出安裝有圖1中所示的多段式安全注入裝置的一體式反應堆的正常設備運行狀態(tài)的概念圖；圖3是示出當在圖2中所示的一體式反應堆中發(fā)生失水事故時安全設備的運行的概念圖；圖4是示出當在圖1中所示的多段式安全注入裝置中發(fā)生失水事故時壓力平衡步驟的概念圖；圖5是示出在圖4之后在多段式安全注入裝置中的冷卻劑注入步驟（中流速注入步驟）的概念圖；圖6是示出在圖5之后在多段式安全注入裝置中的冷卻劑注入步驟（低流速注入步驟）的概念圖；圖7是示出在圖1到6中所示的多段式安全注入裝置和堆芯補水箱中實時冷卻劑注入流速的曲線圖；圖8是示出關于本發(fā)明另一實施例的多段式安全注入裝置的概念圖；圖9是安裝有圖8中所示的多段式安全注入裝置的一體式反應堆的正常設備運行狀態(tài)的概念圖；圖10是示出當在圖9中所示的一體式反應堆中發(fā)生失水事故時安全設備的運行的概念圖；圖11是示出當在圖8中所示的多段式安全注入裝置發(fā)生失水事故中時壓力平衡步驟的概念圖；圖12是示出在圖11之后在多段式安全注入裝置中的冷卻劑注入步驟（高流速注入步驟）的概念圖；圖13是示出在圖12之后在多段式安全注入裝置中的冷卻劑注入步驟（中流速注入步驟）的概念圖；圖14是示出在圖13之后在多段式安全注入裝置中的冷卻劑注入步驟（低流速注入步驟）的概念圖；圖15是示出圖8中所示的多段式安全注入裝置的改型實例的概念圖；以及圖16是示出在圖8到15中所示的多段式安全注入裝置中實時冷卻劑注入流速的曲線圖。具體實施方式在下文中，將參照附圖更詳細地描述關于本發(fā)明相的多段式安全注入裝置和具有該多段式安全注入裝置的無源安全注入系統(tǒng)。即使在根據(jù)本發(fā)明的不同實施例中，相同或類似附圖標記表示相同或類似構造，以及其描述將由早期描述替代。除非明確提到，否則以單數(shù)形式在本發(fā)明中使用的術語可包括復數(shù)的意思。圖1到7是示出關于本發(fā)明實施例的多段式安全注入裝置的示意圖，以及圖8到15是示出關于本發(fā)明另一實施例的多段式安全注入裝置的示意圖。圖1是示出關于本發(fā)明實施例的多段式安全注入裝置100的概念圖。多段式安全注入裝置100連接到反應堆容器12，并形成為當由于諸如管線破裂的破口而發(fā)生失水事故時使用無源力將冷卻劑注入反應堆容器12。然而，在事故之后所要求的冷卻劑注入流速根據(jù)時間推移可能不是恒定的，以及因此多段式安全注入裝置100設計成根據(jù)時間推移來改變轉(zhuǎn)換注入冷卻劑的流速。多段式安全注入裝置100可包括安全注入水箱110、壓力平衡管線120和一組安全注入管線130。安全注入水箱110形成為其中容納冷卻劑。當發(fā)生反應堆容器12的壓力或水位減小的失水事故時，儲存在安全注入水箱110內(nèi)的冷卻劑由于水重力頭從安全注入水箱110注入到反應堆容器12中。水重力頭作為在重力場中由位置確定的水頭是由設置在比反應堆容器12更高位置的安全注入水箱110形成的能量。因此，從安全注入水箱110到反應堆容器12的冷卻劑注入由于水重力頭而執(zhí)行，該水重力頭是無源力，且因此不需要從外部提供額外的能量。安全注入水箱110內(nèi)排出冷卻劑的空間充滿氣體（通常，使用氮氣）。壓力平衡管線（反應堆壓力平衡管）120連接到反應堆容器12和安全注入水箱110以形成反應堆容器12和安全注入水箱110之間的壓力平衡。當壓力平衡管線120打開時，諸如蒸汽或水的流體從具有相對高壓力的反應堆容器12移動到安全注入水箱110，以及因此反應堆容器12和安全注入水箱110彼此產(chǎn)生壓力平衡。從安全注入水箱110到反應堆容器12的冷卻劑注入由于水重力頭而執(zhí)行，以及因此應首先形成安全注入水箱110和反應堆容器12的壓力平衡以注入冷卻劑?？祝ㄎ词境觯┛砂惭b在平衡管線120中以調(diào)整從反應堆容器12引入安全注入水箱110的流體流速。隔離閥121可設置在壓力平衡管線120中。設置在壓力平衡管線120中的隔離閥121在正常設備運行過程中處于關閉狀態(tài)以阻止流體從反應堆容器12引入安全注入水箱110。因此，在正常設備運行過程中，反應堆容器12和安全注入水箱110由于隔離閥121而保持隔離狀態(tài)，以及因此其壓力不是處于平衡狀態(tài)。當發(fā)生反應堆事故時，隔離閥121通過由反應堆容器的壓力或水位的降低產(chǎn)生的相關系統(tǒng)的控制信號而打開。當流體從反應堆容器12引入安全注入水箱110以形成反應堆容器12和安全注入水箱110之間的壓力平衡時，由于水重力頭從安全注入水箱110開始冷卻劑注入。當在其中安裝單一隔離閥121時，整個多段式安全注入裝置100可能由于隔離閥121故障而無法運行，且因此，多個隔離閥121可分別安裝在彼此獨立運行的多條分支管線122中，如附圖所示。此外，安裝在平衡管線120中的隔離閥121通過由反應堆容器12的壓力或水位的降低產(chǎn)生的控制信號打開，且因此設計成接收使用電池等的備用電源以便為斷電(AC)作準備。當在平衡管線120中安裝隔離閥121時，除非隔離閥121打開，否則反應堆容器12和安全注入水箱110之間的壓力不平衡且反應堆容器12的壓力高于安全注入水箱110的壓力以關閉止回閥132，以及因此即使當沒有另外隔離閥（未示出）安裝在安全注入管線中時冷卻劑也不會從安全注入水箱110注入反應堆容器12。安全注入管線130連接到安全注入水箱110和反應堆容器12以將安全注入水箱110內(nèi)的冷卻劑注入反應堆容器12。當反應堆容器12和安全注入水箱110之間的壓力由于壓力平衡管線120而平衡時，安全注入水箱110內(nèi)充滿的冷卻劑通過安全注入管線130注入反應堆容器12。根據(jù)本發(fā)明，一組安全注入管線130以不同的高度連接到安全注入水箱110以根據(jù)安全注入水箱110的水位降低來減小注入反應堆容器12的冷卻劑流速。第一安全注入管線130a連接到安全注入水箱110的下端部以提供注入通道直到安全注入水箱110內(nèi)的冷卻劑幾乎都注入反應堆容器12為止。第二安全注入管線130b在比第一安全注入管線130a高出預定高度的位置連接到安全注入水箱110以提供冷卻劑注入通道直到安全注入水箱110的水位低于預定水位。連接到安全注入水箱的第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b之間的高度差可根據(jù)冷卻劑注入反應堆所要求的特征而變化。當冷卻劑開始從安全注入水箱110注入反應堆容器12時，冷卻劑注入首先通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b執(zhí)行，但當冷卻劑的水位變成低于第二安全注入管線130b和安全注入水箱110之間的連接位置時，通過第二安全注入管線130b的冷卻劑注入不再執(zhí)行（除非另外在本發(fā)明的上下文中有不同說明，第二安全注入管線130b的安裝高度表示位置130b’，在該位置第二安全注入管線130b連接到安全注入水箱110）。因此，注入反應堆容器12的冷卻劑的整體流速減小的量與通過第二安全注入管線130b注入的冷卻劑流速一樣大。即使當冷卻劑通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b注入時，水頭差隨安全注入水箱110內(nèi)的水位減小而減小，以及因此冷卻劑注入的流速減小到一定程度。類似地，即使當冷卻劑的安全注入僅通過第一安全注入管線130a執(zhí)行時，冷卻劑注入的流速也根據(jù)安全注入水箱110內(nèi)的水位降低而逐漸減小。然而，在冷卻劑僅通過第一安全注入管線130a注入的情形下注入流速的減小速度慢于在冷卻劑通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b注入的情形。這是因為在前一種情形下的冷卻劑本身的注入流速小于在后一種情形。當冷卻劑由于安全注入水箱110的水位降低而不再通過第二安全注入管線130b注入時的瞬間，正在注入反應堆容器12的冷卻劑流速突然快速減小。這是因為除了其水頭差的單純降低外，還去除了冷卻劑的一個注入通道。第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b可在注入反應堆容器12之前在任意位置合并，如附圖中所示。在第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b并入的安全注入管線130c中可安裝止回閥132。止回閥132是用來阻止冷卻劑從反應堆容器12流回安全注入水箱110的裝置。當冷卻劑由于發(fā)生反應堆事故從安全注入水箱110注入反應堆容器12時，止回閥132通過水重力頭打開。安全注入水箱110的設計壓力是由使得與反應堆容器12平衡的壓力確定的。當隔離閥121安裝在壓力平衡管線120中且止回閥132安裝在安全注入管線130c中時，在事故過程中反應堆容器12和安全注入水箱110之間的壓力在隔離閥121打開之前不會平衡，以及因此安全注入水箱110的設計壓力可設計成低于反應堆容器12的設計壓力?？?31安裝在安全注入管線130中用作冷卻劑的流阻。對于多段式安全注入裝置100，至少一個孔131可安裝到每條安全注入管線130以逐步調(diào)節(jié)冷卻劑的注入流速。根據(jù)反應堆所要求的特征，孔131為每條安全注入管線130形成適當流阻以逐步進行適當?shù)睦鋮s劑注入。總合計通道的流阻在用兩個或三個總和通道進行安全注入情形下比僅用一個通道的安全注入的情形減小。這里，總通道流阻的減小程度可根據(jù)孔131的流阻進行設置。如圖中所示，當?shù)诙踩⑷牍芫€130b在比第一安全注入管線130a高的位置連接到安全注入水箱110時，由安裝在第二安全注入管線130b中的第二孔131b形成的總流阻比安裝在第一安全注入管線130a中的第一孔131a形成的總流阻相對小，從而允許相對較高的冷卻劑流速流過安全注入管線130。冷卻劑流速在安全注入僅通過第一安全注入管線130a執(zhí)行的情形下小于在安全注入同時通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b執(zhí)行的情形。由于當冷卻劑注入通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b的組合路徑執(zhí)行時，通過第二安全注入管線130b產(chǎn)生額外流速。如上所述的設置冷卻劑的注入流速的原因是為了在實施相對低流速的安全注入的情形下延長注入時間，從而在長時間內(nèi)（在無源安全注入體系統(tǒng)的情形下超過約72小時）實施安全注入。安全注入管線130a、130b以彼此不同的高度連接到安全注入水箱110，且因此當安全注入水箱110內(nèi)的水位降低到低于130b’的位置時，冷卻劑不再從第二安全注入管線130b引入。因此，對于多段式安全注入裝置100，從安全注入水箱110到反應堆容器12的安全注入可分多階段執(zhí)行，以及安全注入水箱110的尺寸、安全注入管線的高度和孔的流阻根據(jù)反應堆所要求的安全注入特征而設置，從而在反應堆所要求的很長時間段內(nèi)以持續(xù)和連續(xù)方式注入冷卻劑。在相關技術領域中已經(jīng)以復雜方式構造的安全注入設備具有諸如在實施安全注入流速的轉(zhuǎn)換過程中使得每個安全注入水箱進行壓力平衡的時間延遲或重疊的問題，但根據(jù)本發(fā)明中提出的多段式安全注入裝置100，冷卻劑的流速轉(zhuǎn)換可在使得安全注入水箱110和反應堆容器12之間的壓力平衡的狀態(tài)下連續(xù)執(zhí)行，因此不會導致在安全注入水箱110開始運行之后諸如流速轉(zhuǎn)換的過程中時間延遲或重疊的問題。此外，多段式安全注入裝置100是無源安全注入系統(tǒng)，從而與有源安全注入系統(tǒng)相比增強可靠性和穩(wěn)定性。在下文中，將描述在正常設備運行或發(fā)生事故期間安裝在一體式反應堆中的多段式安全注入裝置和其他系統(tǒng)布置的運行。圖2是安裝有圖1中所示的多段式安全注入裝置100的一體式反應堆10的正常設備運行狀態(tài)的概念圖。對于一體式反應堆10，反應堆容器12設置在安全殼建筑物（容器）11內(nèi)。對于一體式反應堆10，諸如反應堆冷卻劑泵12a、增壓器12b、蒸汽發(fā)生器12c等等的主部件安裝在如上所述的反應堆容器12內(nèi)。水通過給水管線13a從位于安全殼建筑物11外的給水系統(tǒng)13供給到蒸汽發(fā)生器12c，以及水從堆芯12中發(fā)生的核裂變接收能量以變成高溫高壓蒸汽并通過蒸汽管線14a移動到位于安全殼建筑物11外的渦輪系統(tǒng)14。在正常設備運行過程中，安裝在給水管線13a和蒸汽管線14a中的隔離閥13b、14b處于打開狀態(tài)。無源余熱去除系統(tǒng)15安裝在安全殼建筑物11外，且連接到蒸汽管線14a和給水管線13a以在事故發(fā)生時從反應堆容器12去除熱量。然而，在一體式反應堆10的正常設備運行過程中，隔離閥15a保持在關閉狀態(tài)。自動減壓系統(tǒng)16安裝在安全殼建筑物11內(nèi)，且連接到反應堆容器12以在事故發(fā)生時降低反應堆容器12的壓力。然而，在自動減壓系統(tǒng)16中，自動減壓閥16a在一體式反應堆10的正常設備運行過程中類似于無源余熱去除系統(tǒng)15也保持在關閉狀態(tài)。無源安全注入系統(tǒng)200安裝在安全殼建筑物11內(nèi)，且連接到反應堆容器12以將冷卻劑注入反應堆容器12。無源安全注入系統(tǒng)200通常由多列組成。無源安全注入系統(tǒng)200可包括多段式安全注入裝置100和堆芯補水箱210，且兩隔離閥121、211在一體式反應堆10的正常設備運行過程中都保持在關閉狀態(tài)。在一體式反應堆10的正常設備運行過程中，安全殼建筑物隔離閥17處于打開狀態(tài)，且無源安全注入系統(tǒng)200、無源余熱去除系統(tǒng)15和自動減壓系統(tǒng)16不運行。圖3是示出當在圖2中所示的一體式反應堆10中發(fā)生失水事故時安全設備運行的概念圖。當發(fā)生諸如管線破裂等的失水事故時，其中冷卻劑排放及因此反應堆容器12的壓力或水位減小，安全殼建筑物隔離閥17關閉以及安裝在給水管線13a的隔離閥13b和安裝在蒸汽管線14a的隔離閥14b通過相關系統(tǒng)的控制信號也關閉以停止給水系統(tǒng)13和渦輪系統(tǒng)14的運行。無源余熱去除系統(tǒng)15的隔離閥15a通過相關控制信號打開。冷凝換熱器15e內(nèi)的冷卻劑通過止回閥15b和孔15c引入給水管線13a以轉(zhuǎn)移來自反應堆容器12的余熱，且返回到蒸汽管線14a以使用冷凝換熱器15e去除余熱。類似地，自動減壓系統(tǒng)16的閥16a通過相關控制信號打開以降低反應堆容器12的壓力，從而平穩(wěn)地實施從無源安全注入系統(tǒng)200安全注入。堆芯補水箱210通過壓力平衡管線120連接到反應堆容器12以保持與反應堆容器12的壓力平衡狀態(tài)，且通過安全注入管線130c連接到反應堆容器12以在事故發(fā)生時將冷卻劑注入反應堆容器12。因此，堆芯補水箱210通過壓力平衡管線120和安全注入管線130c連接到反應堆容器12，但每條管線的功能完全不同。壓力平衡管線120連接反應堆容器12和堆芯補水箱210的部分一直打開，且因此反應堆容器12和堆芯補水箱210保持壓力平衡狀態(tài)。因此，堆芯補水箱210的設計壓力與反應堆容器12一個水平高。安裝在堆芯補水箱210和安全注入管線130c之間的隔離閥211通過由反應堆容器12壓力或水位降低產(chǎn)生的控制信號而打開，且由于堆芯補水箱210水位的壓力平衡式安全注入而開始進入反應堆容器12。冷卻劑穿過隔離閥211、止回閥212和孔213并注入反應堆容器12，以及流速在此時通過孔213適當?shù)亟?。與多段式安全注入裝置100相比，由于堆芯補水箱210的安全注入以相對高流速執(zhí)行，這將在后面描述。當反應堆容器12壓力或水位由于反應堆容器12的冷卻、從破裂部分排放等等進一步降低時，從相關系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號以打開安裝在壓力平衡管線120中的隔離閥121，從而在反應堆容器12和安全注入水箱110之間形成壓力平衡。安裝在壓力平衡管線120中的隔離閥121設計成在反應堆容器的壓力或水位降低到一定程度之后打開，且因此安全注入水箱110的設計壓力設計成低于堆芯補水箱210的設計壓力，且到反應堆容器12的冷卻劑注入也在低于堆芯補水箱210的壓力下執(zhí)行。參照圖1，由于多段式安全注入裝置100的冷卻劑注入可分成兩個階段。當由于堆芯補水箱210的冷卻劑注入設置成高流速安全注入時，由于多段式安全注入裝置100的冷卻劑注入可在低于堆芯補水箱210的壓力下分兩階段執(zhí)行，且因此每個階段可分成中流速安全注入和低流速安全注入。中流速安全注入在低于堆芯補水箱210的高流速安全注入的壓力條件下通過多段式安全注入裝置100的第一安全注入管線130a和二安全注入管線130b執(zhí)行，且低流速安全注入從安全注入水箱110的冷卻劑液位降低到低于第二安全注入管線130b的安裝位置的時間點開始通過第一安全注入管線130a執(zhí)行。由于堆芯補水箱210的高流速安全注入和由于多段式安全注入裝置100的低流速安全注入可分別表示相對流速，以及每個流速可根據(jù)反應堆所要求的安全注入特征而設置。要求多段式安全注入從高流速到低流速的原因是由于反應堆的事故特征。具體地說，對于一體式反應堆10，當發(fā)生事故時，堆芯的水位相對快地減小，以及因此要求快速注入高流速冷卻劑。無源安全注入系統(tǒng)200通過堆芯補水箱210實施高流速安全注入。在事故發(fā)生之后，從事故早期到中期階段，反應堆容器的內(nèi)部壓力通過仍然高，冷卻劑排放流速相對高，但從事故的中期到后期階段，反應堆的壓力減小，冷卻劑排放流速相對低，且因此分別要求中低流速安全注入。對于無源安全注入系統(tǒng)200，中低流速安全注入通過多段式安全注入裝置100逐步執(zhí)行。參照圖3，堆芯補水箱210的內(nèi)部是空的且因此已事先完成由于堆芯補水箱210的高流速安全注入。安全注入水箱110內(nèi)的冷卻劑液位定位在第二安全注入管線130b連接到安全注入水箱110的位置以下，以及因此可看到的是中流速安全注入已完成，而較低流速安全注入僅通過第一安全注入管線130a執(zhí)行。在下文中，將參照圖4到6描述通過多段式安全注入裝置100的中低流速安全注入過程。圖4是示出當在圖1中所示的多段式安全注入裝置100中發(fā)生失水事故時壓力平衡步驟的概念圖。當安裝在壓力平衡管線120中的隔離閥121通過控制信號打開時，流體通過壓力平衡管線120從反應堆容器12引到安全注入水箱110。多段式安全注入裝置100是使用反應堆容器12和安全注入水箱110之間壓力平衡方法的安全設備，以及因此，壓力平衡應在開始從安全注入水箱110注入冷卻劑之前在反應堆容器12和安全注入水箱110之間形成。當流體從反應堆容器12引入時，安全注入水箱110內(nèi)的上部充滿蒸汽和事先已填充于其中的氮氣氣體。反應堆容器12和安全注入水箱110之間的壓力根據(jù)流體的引入逐漸平衡，且安裝在安全注入管線130中的止回閥132通過安全注入水箱110的水重力頭而打開且開始安全注入。圖5是示出圖4之后在多段式安全注入裝置100中的冷卻劑注入步驟（中流速注入步驟）的概念圖。當安全注入通過多段式安全注入裝置100開始時，中流速安全注入通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b執(zhí)行直到安全注入水箱110的水位低于第二安全注入管線130b的安裝高度130b'為止。安裝在第一安全注入管線130a中的第一孔131a構造成當冷卻劑以單一模式注入時根據(jù)反應堆所要求的特征注入預定流速的冷卻劑，且安裝在第二安全注入管線130b中的第二孔131b形成為當冷卻劑同時通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b注入時根據(jù)反應堆所要求的特征注入預定流速的冷卻劑。因此，同時通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130b注入的冷卻劑流速高于僅通過第一安全注入管線130a注入的冷卻劑流速。即使在通過第一安全注入管線130a和第二安全注入管線130執(zhí)行中流速安全注入期間，水重力頭也通過安全注入水箱110的水位降低而逐漸減小，且注入反應堆容器12的冷卻劑流速逐漸降低。注入反應堆容器12的冷卻劑流速僅逐漸降低而不會突然和快速降低直到安全注入水箱110的水位降低到低于第二安全注入管線130b的安裝高度130b'為止。然而，當安全注入水箱110的水位降低到低于第二安全注入管線130b的安裝高度130b'時，注入反應堆容器12的冷卻劑流速突然和快速降低。圖6是示出在圖5之后在多段式安全注入裝置100中的冷卻劑注入步驟（低流速注入步驟）的概念圖。由于安全注入水箱110的水位降低到低于第二安全注入管線130b的安裝高度130b'，不再通過第二安全注入管線130b執(zhí)行冷卻劑注入，而是僅通過第一安全注入管線130a執(zhí)行低流速的冷卻劑注入。流阻由安裝在第一安全注入管線130a中的第一孔131a形成，且因此注入反應堆容器12的冷卻劑量通過第一孔131a調(diào)節(jié)成低流速。根據(jù)低流速安全注入的進展，安全注入水箱110內(nèi)冷卻劑的水位逐漸降低，且其水重力頭逐漸減小而不是突然和快速降低，由于通過第一安全注入管線130a注入的冷卻劑量相對小，且因此水重力頭減小的速度和冷卻劑注入流速降低的速度非常慢。低流速安全注入可持續(xù)到安全注入水箱110內(nèi)的冷卻劑幾乎都注入反應堆容器12為止，以及可保持到要求在無源反應堆中用無人操作或緊急AC電源安全注入的時間點（大約72小時）。在下文中，將參照圖7描述通過在圖1到6中所示的多段式安全注入裝置100和堆芯補水箱210的實時冷卻劑安全注入流速變化。圖7是示出在圖1到6中所示的多段式安全注入裝置100和核芯補水箱210中實時冷卻劑注入流速的曲線圖。水平軸表示從發(fā)生失水事故等的瞬間開始的時間流，而縱軸表示通過多段式安全注入裝置和核芯補水箱的冷卻劑注入流速。在事故發(fā)生的早期階段，在反應堆容器中的堆芯水位相對快速減小，且因此在堆芯補水箱中執(zhí)行高流速安全注入。即使在執(zhí)行高流速安全注入的同時，由于堆芯補水箱的水頭減小，流速逐漸減小。在事故早期階段之后執(zhí)行通過多段式安全注入裝置的中低流速安全注入。堆芯補水箱和多段式安全注入裝置的運行和注入時間根據(jù)反應堆的事故情形而變化，且因此在多段式安全注入裝置運行之后的壓力平衡過程期間使用多段式安全注入裝置的安全注入開始時間延遲或堆芯補水箱和多段式安全注入裝置的冷卻劑注入重疊現(xiàn)象是不可避免的物理現(xiàn)象。然而，當在多段式安全注入裝置內(nèi)執(zhí)行流速轉(zhuǎn)換（即中流速到低流速）時，冷卻劑注入的重疊或延遲不會發(fā)生，如附圖中所示。當通過多段式安全注入裝置的中流速安全注入開始時，安全注入與高流速安全注入的情形相比是減少的。此外，在通過多段式安全注入裝置實施中流速安全注入的期間，冷卻劑注入流速由于水頭減小而逐漸減小。當安全注入水箱的水位降低到低于第二安全注入管線的安裝高度時，冷卻劑注入流速突然和快速地減小以實施低流速安全注入。即使在實施低流速安全注入期間，流速也持續(xù)降低，但降低速度非常緩慢且執(zhí)行持續(xù)安全注入以使其保持反應堆所要求的一段時間。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的多段式安全注入裝置可形成為根據(jù)反應堆所要求的安全注入特征逐漸步小冷卻劑注入流速，從而在很長一段時間內(nèi)注入冷卻劑。在下文中，將參照圖8到16描述關于本發(fā)明另一實施例的多段式安全注入裝置。先前在圖1到7中所示的重復描述將由更早描述替代。圖8是示出關于本發(fā)明另一實施例的多段式安全注入裝置300的概念圖。多段式安全注入裝置300形成為當發(fā)生事故時將冷卻劑注入反應堆容器12，以及可包括安全注入水箱310、平衡管線320和安全注入管線330。安全注入水箱310形成為容納當發(fā)生事故時注入反應堆容器22的冷卻劑，在該事故中反應堆容器22的壓力或水位減小。安全注入水箱310全部充滿冷卻劑（硼酸溶液）。壓力平衡管線320連接到反應堆容器22和安全注入水箱310以形成反應堆容器22和安全注入水箱310之間的壓力平衡。其與圖1中所示的多段式安全注入裝置100不同的是在平衡管線320中沒有安裝隔離閥。因此，平衡管線320一直保持在打開狀態(tài)，以及當不僅在事故發(fā)生時而且在正常設備運行過程中反應堆容器22的壓力變化時，流體從反應堆容器22引入到安全注入水箱310以在短時間內(nèi)保持壓力平衡。對于平衡管線320，可根據(jù)設計特征來安裝孔（未示出）以限制從反應堆容器22引入的流體流速。當如上所述保持反應堆容器22和安全注入水箱310之間的壓力平衡時，安全注入水箱310的設計壓力應設計成與反應堆容器22一個水平高。安全注入管線330連接到反應堆容器22和安全注入水箱310以在事故中在反應堆容器22和安全注入水箱310之間的壓力平衡狀態(tài)下將冷卻劑注入反應堆容器22中。一組安全注入管線330以不同的高度連接到安全注入水箱310以根據(jù)安全注入水箱310的水位降低逐步減小注入反應堆容器22的冷卻劑流速。如圖8中所示，安全注入管線330可包括：第一安全注入管線330a，該第一安全注入管線330a連接到安全注入水箱310下端部；第二安全注入管線330b，該第二安全注入管線330b比第一安全注入管線330a高預定高度的位置連接到安全注入水箱310側(cè)面；以及第三安全注入管線330c，該第三安全注入管線330c以比第二安全注入管線330b高預定高度的位置連接到安全注入水箱310側(cè)面。由于當發(fā)生事故時冷卻劑從安全注入水箱310注入反應堆容器22，因此安全注入水箱310的水位逐漸減小。當冷卻劑注入首先開始時，冷卻劑通過第一安全注入管線330a、二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c注入。當安全注入水箱310的冷卻劑液位由于實施冷卻劑注入而低于第三安全注入管線330c的安裝高度時，冷卻劑不再引入到第三安全注入管線330c，且冷卻劑僅通過第一安全注入管線330a和二安全注入管線330b注入。然后，當冷卻劑開始不引入到第三安全注入管線330c時，冷卻劑的注入流速突然和快速地減小。當安全注入水箱310的水位由于進一步實施冷卻劑注入而低于第二安全注入管線330b的安裝高度時，冷卻劑不再引入到第二安全注入管線330b，且冷卻劑僅通過第一安全注入管線330a注入。類似地，當冷卻劑開始不引入到第二安全注入管線330b時，冷卻劑的注入流速突然和快速地減小。注入流速在冷卻劑通過所有第一安全注入管線330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c注入的情形下可稱為高流速安全注入，且注入流速在冷卻劑通過第一安全注入管線330a和第二安全注入管線330b注入的情形下稱為中流速安全注入，以及注入流速在冷卻劑僅通過第一安全注入管線330a注入的情形下稱為低流速安全注入。高、中和低流速分別是相對值，以及可根據(jù)安全注入水箱310、安全注入管線330的安裝高度和每條安全注入管線330的流阻來不同地設計。孔331安裝在安全注入管線330中以作為流阻。對于多段式安全注入裝置300的高、中和低流速安全注入，孔331根據(jù)安全注入管線330連接到安全注入水箱310的安裝高度形成基于反應堆所要求特征的適當流阻，從而以適當流速注入。當?shù)谝话踩⑷牍芫€330a以圖8中的單一模式運行時，第一孔331a的流阻設置成低流速條件，以及當?shù)谝话踩⑷牍芫€330a和第二安全注入管線330b同時運行時，第二孔331b的流阻設置成中流速條件，以及當?shù)谝话踩⑷牍芫€330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c同時運行時，第三孔330c的流阻設置成高流速條件。因此，當實施高流速安全注入時，通過第一安全注入管線330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c注入的冷卻劑大于通過第一安全注入管線330a和第二安全注入管線330b注入的冷卻劑，以及當實施中流速安全注入時，通過第一安全注入管線330a和第二安全注入管線330b注入的冷卻劑大于通過第一安全注入管線330a注入的冷卻劑。形成具有不同流阻的孔331的原因是為了提供安全注入的高、中和低流速階段以及冷卻劑注入所要求的不同時間段。當發(fā)生事故時，應快速注入相對高流速的冷卻劑，反之，在事故的中后期階段，要求長時間注入相對低流速的冷卻劑。在多段式安全注入裝置300中，孔331形成為具有不同流阻，以及因此設計成隨著反應堆事故后果之后流動時間所要求的冷卻劑的注入量和注入時間。隔離閥33設置在第一安全注入管線330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c所并入的安全注入管線330d中。隔離閥333在正常設備運行中保持在關閉狀態(tài)以阻止冷卻劑從安全注入水箱310引入反應堆容器22。當發(fā)生事故時，隔離閥333通過相關系統(tǒng)的控制信號打開。反應堆容器22和安全注入水箱310已處于壓力平衡狀態(tài)，以及因此冷卻劑注入隨著隔離閥333打開而從安全注入水箱310開始。隔離閥333可設計成通過電池等接收備用以為斷電（AC）作準備，且多個隔離閥333可分別安裝到多條分支管線以防止整個多段式安全注入裝置300的運行由于隔離閥的單一故障而停止。圖9是安裝有圖8中所示的多段式安全注入裝置300的一體式反應堆的正常設備運行狀態(tài)的概念圖。多段式安全注入裝置300安裝在一體式反應堆20的安全殼建筑物21內(nèi)，并通過壓力平衡管線320和安全注入管線330連接。由多列組成的安全注入水箱310通常安裝在高于反應堆容器22的位置用來冷卻劑由于水重力頭而注入。在正常設備運行過程中，在多段式安全注入裝置300中隔離閥處于關閉狀態(tài)。圖9中所示的一體式反應堆20與圖2中所示的一體式反應堆10不同在于：不存在堆芯補水箱，且多段式安全注入裝置300的安全注入管線330更多，且隔離閥333安裝在安全注入管線330而不是壓力平衡管線320。安全注入水箱310通過壓力平衡管線320連接到反應堆容器22，且壓力平衡管線320一直打開，安全注入水箱310的設計壓力與反應堆容器22一個水平高。因此，設計有高壓的安全注入水箱310承擔在圖2中當事故發(fā)生時已注入高流速冷卻劑到反應堆容器22的堆芯補水箱的功能。三條安全注入管線330安裝在其中用于多段式安全注入的高、中和低流速。圖10是示出當在圖9中所示的一體式反應堆20中發(fā)生失水事故時安全設備運行的概念圖。當發(fā)生諸如管線破裂27a等的失水事故且反應堆容器22的壓力或水位降低時，安裝在安全注入管線330中的隔離閥333通過相關系統(tǒng)的控制信號而打開，且安全注入開始從多段式安全注入裝置300進入反應堆容器22。在圖10中，安全注入水箱310的冷卻劑液位在第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c之間，以及因此冷卻劑不再注入第三安全注入管線330c，且通過這可看到高流速安全注入階段已經(jīng)結(jié)束。安全注入通過第一安全注入管線330a和第二安全注入管線330b執(zhí)行，以及因此圖10示出中流速安全注入階段。圖11是示出當在圖8中所示的多段式安全注入裝置300中發(fā)生失水事故時壓力平衡步驟的概念圖。當在事故發(fā)生時控制信號通過相關系統(tǒng)產(chǎn)生時，安裝在安全注入管線330中的隔離閥333通過控制信號而打開，且因此冷卻劑的安全注入由于水重力頭而開始。流體從反應堆容器22通過壓力平衡管線320引入到安全注入水箱310，且因此反應堆容器22和安全注入水箱310保持壓力平衡狀態(tài)。圖12是示出在圖11之后在多段式安全注入裝置300中的冷卻劑注入步驟（高流速注入步驟）的概念圖。當事故發(fā)生時，安全注入水箱310內(nèi)的冷卻劑通過第一安全注入管線330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c注入反應器容器22。總流阻在通過第一安全注入管線330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c三個通道注入冷卻劑的情形下與僅通過第一安全注入管線330a一個通道注入冷卻劑的情形相比減小，且因此當事故發(fā)生時，高流速冷卻劑注入反應器容器22。水重力頭通過冷卻劑的水位降低逐漸減小直到安全注入水箱310的冷卻劑液位降低到低于第三安全注入管線330c的安裝高度330c'，且因此冷卻劑注入流速逐漸降低。然后，冷卻劑注入的流速在安全注入水箱310的冷卻劑液位降低到低于第三安全注入管線330c的安裝高度330c'的瞬間突然和快速地降低。圖13是示出在圖12之后在多段式安全注入裝置300中的冷卻劑注入步驟（中流速注入步驟）的概念圖。安全注入水箱310的冷卻劑液位降低到低于第三安全注入管線330c的安裝高度330c'，且因此冷卻劑不通過第三安全注入管線330c注入，而是通過第一安全注入管線330a和第二安全注入管線330b執(zhí)行中流速的安全注入。安全注入水箱310的冷卻劑液位在實施中流速安全注入的期間持續(xù)降低，以及從安全注入水箱310注入反應堆容器22的冷卻劑量逐漸減小。在安全注入水箱310的冷卻劑液位降低到低于第二安全注入管線330b的安裝高度330b'的瞬間，冷卻劑不再通過第二安全注入管線330b引入以及注入反應堆容器22的冷卻劑流速突然和快速地降低。圖14是示出在圖13之后在多段式安全注入裝置300中的冷卻劑注入步驟（低流速注入步驟）的概念圖。安全注入水箱310的水位降低到低于第二安全注入管線330b的安裝高度330b'，且因此從安全注入水箱310進入反應堆容器22的安全注入僅通過第一安全注入管線330a執(zhí)行，從而實施低流速安全注入。流阻在僅通過第一安全注入管線330a一個通道實施的情形中比通過第一安全注入管線330a和第二安全注入管線330b兩個通道實施的情形或通過第一安全注入管線330a、第二安全注入管線330b和第三安全注入管線330c三個通道實施的情形相對大，且因此低流速安全注入可執(zhí)行很長一段時間。低流速安全注入持續(xù)直到安全注入水箱310的冷卻劑幾乎都注入反應堆容器22，且注入時間可根據(jù)安全注入水箱310的設計來調(diào)節(jié)。目前，在無源反應堆20中具有無人操作或緊急AC電源的安全系統(tǒng)的運行所要求的時間大約是72小時。圖15是示出圖8中所示的多段式安全注入裝置的改型實例的概念圖。多段式安全注入裝置300具有與圖8中所示的多段式安全注入裝置300相同的構造，但與圖8不同在于：在圖15中所示的多段式安全注入裝置300中，第三安全注入管線330c是在并到安全注入管線330d之前首先并到第二安全注入管線330b。圖16是示出在圖8到15中所示的多段式安全注入裝置中實時冷卻劑注入流速的曲線圖。在多段式安全注入裝置中，高、中和低流速安全注入都從安全注入水箱執(zhí)行以便當事故發(fā)生時，在短時間內(nèi)注入高流速冷卻劑。隨后，在事故的早期和中期階段執(zhí)行中流速安全注入以實施比高流速階段更長時間段的安全注入。最后，在事故的中后期階段，在平穩(wěn)減小其注入速度的同時，低流速安全注入執(zhí)行很長一段時間。通過多段式安全注入裝置的冷卻劑多階段安全注入可在反應堆容器和安全注入水箱之間壓力平衡已經(jīng)完成的狀態(tài)下實施流速轉(zhuǎn)換，且因此在圖16中所示的流速轉(zhuǎn)換過程期間，可持續(xù)和連續(xù)地注入冷卻劑而不會導致在冷卻劑注入上延遲或重疊。前述多段式安全注入裝置可根據(jù)反應堆所要求的安全注入特征分多階段通過單一安全注入水箱注入冷卻劑。因此，具有多段式安全注入裝置的反應堆可有效地使用安全注入水箱內(nèi)的冷卻劑以及因此可能不是每個壓力條件都要求額外安全注入設備，從而簡化設備和降低經(jīng)濟成本。本發(fā)明可不僅應用于一體式反應堆而且應用于用來將堆芯補水箱的性能改變?yōu)槎嚯A段的循環(huán)式反應堆。在循環(huán)式反應堆中，反應堆容器對應于反應堆冷卻劑系統(tǒng)。包括多段式安全注入裝置的無源安全注入系統(tǒng)可形成為完全無源型，以及因此當發(fā)生事故時，安全功能可僅使用諸如氣體壓力或重力的系統(tǒng)中含有的自然力而不使用諸如泵的有源裝置以及還無人操作地執(zhí)行無源系統(tǒng)所要求的一段時間。因此，不要求緊急AC電源系統(tǒng)，這增強安全注入系統(tǒng)的可靠性以及增強反應堆的安全性。根據(jù)上述實施例的構型和方法不能以限制方式應用到前述多段式安全注入裝置和具有該多段式安全注入裝置的無源安全注入系統(tǒng)，以及每個實施例的所有或部分可選擇地組合和構造成對其做出各種改型。根據(jù)具有前述構型的本發(fā)明，能夠?qū)⒂捎诜磻阉蟮陌踩⑷胩卣饕詮碗s方式使用的各種安全注入設備簡化為單一類型設備。此外，根據(jù)本發(fā)明，注入反應堆容器的冷卻劑流速在開始冷卻劑注入之后可根據(jù)安全注入水箱的水位降低而逐步減小，且因此冷卻劑可根據(jù)反應堆所要求的安全注入特征僅通過單一類型設備注入，該特征在事故之后根據(jù)時間推移而變化。