專利名稱:一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于反應堆設計技術，具體涉及一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)及方法。
技術背景
在核電站事故情況下，實現(xiàn)應急停堆是保護反應堆安全的重要前提。對于傳統(tǒng)壓水堆設計來說，應急停堆的主要實現(xiàn)途徑是向堆芯中插入由中子毒物組成的控制棒使反應堆立刻進入次臨界狀態(tài)。這種依靠控制棒實現(xiàn)緊急停堆的過程是反應堆保護系統(tǒng)進行邏輯運算，產生反應堆緊急停堆驅動信號，緊急停堆驅動信號使停堆斷路器線圈失電，停堆斷路器打開，棒電源失電，控制棒下落，反應堆停堆。這種應急停堆方法存在控制棒不能下插導致反應堆不能緊急停堆的潛在可能性。
當發(fā)生喪失正常給水和喪失廠外電源而未能緊急停堆這樣最不利事故時，需要啟動輔助給水系統(tǒng)并且由事故緩解系統(tǒng)使汽輪機停機才能保證反應堆安全，而這兩個條件不能確保實現(xiàn)。也就是說，傳統(tǒng)設計中應急停堆手段相對單一無法確保反應堆安全，需要利用不同機理的停堆手段以實現(xiàn)反應堆安全停閉。
壓水堆核電站的反應性控制中包括化學容積控制系統(tǒng)，通過向冷卻劑中添加硼酸調節(jié)一回路水的硼濃度，從而對反應性進行調節(jié)。目前，傳統(tǒng)的化學容積控制系統(tǒng)無法及時提供應急硼注入，也無法實現(xiàn)高濃度硼酸的注入，因此，其只能作為反應堆功率調節(jié)的手段，并不能作為一種應急停堆的手段。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)及方法，增強事故情況下反應堆應急停堆系統(tǒng)的可靠性，提高反應堆的安全性。
本發(fā)明的技術方案如下一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，包括控制棒應急停堆子系統(tǒng)，控制棒應急停堆子系統(tǒng)的停堆斷路器與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的緊急停堆信號并實現(xiàn)控制棒下落；還包括應急硼注入子系統(tǒng)，應急硼注入子系統(tǒng)包括濃硼儲罐，濃硼儲罐通過注入管線連接反應堆壓力容器及堆芯，注入管線上設有注入泵，注入泵與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的未能實現(xiàn)緊急停堆事故保護信號或堆芯中子通量高信號并將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯。
進一步，如上所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其中，在所述的濃硼儲罐內設有用于保證溶液溫度不低于硼結晶溫度的電加熱元件。
進一步，如上所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其中，所述的注入管線一端連接濃硼儲罐底部，另一端與反應堆安注系統(tǒng)冷段的注入管道相連接。
進一步，如上所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其中，所述的應急硼注入系統(tǒng)包括兩個獨立的系列，每個系列單獨設有一個濃硼儲罐和一條注入管線，每個系列的濃硼容量均滿足100%注入能力。[0010]進一步，如上所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其中，所述的濃硼儲罐與反應堆硼和水補給系統(tǒng)相連接。
進一步，如上所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其中，所述的濃硼儲罐中硼溶液的濃度為7000-9000ppm，硼注箱所在房間的環(huán)境溫度高于9000ppm硼酸溶液結晶
溫度限值。
一種能動與非能動相結合的應急停堆方法，在事故情況下，反應堆保護系統(tǒng)向控制棒應急停堆子系統(tǒng)的停堆斷路器發(fā)出反應堆緊急停堆信號，緊急停堆信號使停堆斷路器線圈失電，停堆斷路器打開，控制棒電源失電，控制棒下落；當控制棒下落失效時，反應堆保護系統(tǒng)向應急硼注入子系統(tǒng)發(fā)出未能實現(xiàn)緊急停堆事故保護信號或堆芯中子通量高信號，應急硼注入系統(tǒng)接收到信號后啟動注入泵，將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯，實現(xiàn)應急停堆。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明提供了一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)和方法，當事故情況發(fā)生，需要緊急停堆時，既可以依靠控制棒自身重力非能動的下插實現(xiàn)緊急停堆，又可以在非能動手段失效時通過能動手段注入濃硼酸溶液使反應堆緊急停閉，極大地提高了反應堆的安全性。
圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)組成及控制邏輯示意圖。
圖中，I.反應堆壓力容器及堆芯2.蒸汽發(fā)生器3.穩(wěn)壓器4.主泵5.控制棒驅動系統(tǒng)6.停堆斷路器7.應急硼注入系統(tǒng)8.濃硼儲罐9.電加熱元件10.注入泵11.注入管線12.安全殼
具體實施方式
能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)是在二代改進型核電廠安全系統(tǒng)的成熟設計思路和風險指引的設計手段的基礎上，在優(yōu)化原有的控制棒斷電后依靠重力下插的應急停堆手段之外，增加應急硼注入系統(tǒng)作為能動的應急停堆手段。該種配置屬于能動與非能動相結合的安全措施，既可以通過非能動的控制棒落棒實現(xiàn)反應堆停閉，也可以通過能動的應急硼注入實現(xiàn)反應堆安全停閉，使應急停堆手段具有冗余性和多樣性，從而提高了反應堆安全性。
本發(fā)明所提供的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，包括控制棒應急停堆子系統(tǒng)和應急硼注入子系統(tǒng)，控制棒應急停堆子系統(tǒng)的停堆斷路器與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的緊急停堆信號并實現(xiàn)控制棒下落；應急硼注入系統(tǒng)包括濃硼儲罐，在所述的濃硼儲罐內設有用于保證溶液溫度不低于硼結晶溫度的電加熱元件，濃硼儲罐通過注入管線連接反應堆壓力容器及堆芯，注入管線一端連接濃硼儲罐底部，另一端與反應堆安注系統(tǒng)冷段的注入管道相連接，注入管線上設有注入泵，注入泵與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的未能實現(xiàn)緊急停堆事故保護信號或堆芯中子通量高信號并將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯。所述的濃硼儲罐與反應堆硼和水補給系統(tǒng)相連接。
上述系統(tǒng)所采用的能動與非能動相結合的應急停堆方法如下在事故情況下，反應堆保護系統(tǒng)向控制棒應急停堆子系統(tǒng)的停堆斷路器發(fā)出反應堆緊急停堆信號，緊急停堆信號使停堆斷路器線圈失電，停堆斷路器打開，控制棒電源失電，控制棒下落；當控制棒下落失效時，反應堆保護系統(tǒng)向應急硼注入系統(tǒng)發(fā)出未能實現(xiàn)緊急停堆事故保護信號或堆芯中子通量高信號，應急硼注入系統(tǒng)接收到信號后啟動注入泵，將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯，實現(xiàn)應急停堆。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
實施例
如圖I所示，用于核電站的常規(guī)壓水堆包括反應堆壓力容器及堆芯I、蒸汽發(fā)生器
2、穩(wěn)壓器3、主泵4，控制棒應急停堆子系統(tǒng)5，另外，核電廠設計有反應堆保護系統(tǒng)，由相關的測量儀表和控制系統(tǒng)等組成。在發(fā)生事故時，反應堆保護系統(tǒng)進行邏輯運算，發(fā)出反應堆緊急停堆驅動信號(自動停堆信號或手動停堆信號)，觸發(fā)反應堆應急停堆系統(tǒng)中的控制棒 驅動系統(tǒng)5。緊急停堆驅動信號使控制棒應急停堆子系統(tǒng)5中的停堆斷路器6線圈失電，停堆斷路器6打開，控制棒電源失電，控制棒下落，反應堆停堆。另外，如果控制棒下插失敗，通過監(jiān)測反應堆中子注量等參數(shù)，確認控制棒未能實現(xiàn)應急停堆(ATWS)，反應堆保護系統(tǒng)向應急硼注入系統(tǒng)發(fā)出未能實現(xiàn)緊急停堆信號(ATWS信號)或堆芯中子通量高信號，從而啟動應急硼注入系統(tǒng)7。
在本實施例中，應急硼注入子系統(tǒng)7設置了兩個獨立的系列，每個系列的容量為100%注入能力。每個系列單獨包括一個濃硼儲罐8，在濃硼儲罐8內設有用于保證溶液溫度不低于硼結晶溫度的電加熱元件9，濃硼儲罐8通過注入管線11連接反應堆壓力容器及堆芯，注入管線11 一端連接濃硼儲罐8的底部，另一端與反應堆安注系統(tǒng)冷段的注入管道相連接，注入管線11上設有注入泵10。濃硼儲罐8與反應堆硼和水補給系統(tǒng)相連接。兩個系列的兩條硼注入管線在進入安全殼12后合并成一條注入母管，然后可再分為三條注入管線通過安注系統(tǒng)冷段的注入管道連接至反應堆冷卻劑系統(tǒng)的三個冷管段。當然，這種連接方式只是作為一種實施例提出，本領域的技術人員完全可以采用其它管線連接方式將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯。
應急硼注入子系統(tǒng)可以自動啟動，也可以手動啟動，將濃硼儲罐內的濃硼溶液注入到反應堆一回路。在控制棒下插失敗時，應急硼注入系統(tǒng)收到ATWS信號，將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯，實現(xiàn)應急停堆。另外，在主蒸汽管道斷裂等事故工況下，為了保證停堆深度，防止反應堆重返臨界，在插入控制棒后，根據(jù)反應堆保護信號同時啟動應急硼注入系統(tǒng)，確保反應堆保持在安全停閉狀態(tài)。
在核電站正常運行期間，控制棒組處于正常位置，應急硼注入泵處于備用狀態(tài)；緊急停堆信號產生后，控制棒下插緊急停堆，如果控制棒下插失效將產生ATWS信號或堆芯中子通量高信號從而啟動應急硼注入泵從濃硼儲罐吸水，硼注入泵有足夠的壓頭確保在任何一回路壓力下向堆芯注入硼酸溶液，從而實現(xiàn)反應堆安全停堆。
另外，本發(fā)明還可以設置硼酸再循環(huán)管線用以定期循環(huán)濃硼儲罐內的硼酸溶液，濃硼儲罐上可設置用于補水和補充硼酸溶液的管線及閥門。
本發(fā)明為反應堆的應急停堆提供了兩條途徑，并且兩種方式相互結合，共同發(fā)揮作用，從總體上大大提高了應急停堆實現(xiàn)的可靠性，從而提高了反應堆的安全性。
顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求
及其同等技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，包括控制棒應急停堆子系統(tǒng)(5)，控制棒應急停堆子系統(tǒng)(5)的停堆斷路器(6)與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的緊急停堆信號并實現(xiàn)控制棒下落；其特征在于還包括應急硼注入子系統(tǒng)(7)，應急硼注入子系統(tǒng)(7)包括濃硼儲罐(8)，濃硼儲罐(8)通過注入管線(11)連接反應堆壓力容器及堆芯(I )，注入管線(11)上設有注入泵(10)，注入泵(10)與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的未能實現(xiàn)緊急停堆信號或堆芯中子通量高信號并將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯。
2.如權利要求
I所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其特征在于在所述的濃硼儲罐(8 )內設有用于保證溶液溫度不低于硼結晶溫度的電加熱元件(9 )。
3.如權利要求
I或2所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其特征在于所述的注入管線(11) 一端連接濃硼儲罐(8)底部，另一端與反應堆安注系統(tǒng)冷段的注入管道相連接。
4.如權利要求
I或2所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其特征在于所述的應急硼注入系統(tǒng)(7)包括兩個獨立的系列，每個系列單獨設有一個濃硼儲罐(8)和一條注入管線(11)，每個系列的濃硼容量均滿足100%注入能力。
5.如權利要求
4所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其特征在于所述的濃硼儲罐(8)與反應堆硼和水補給系統(tǒng)相連接。
6.如權利要求
I或2所述的能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)，其特征在于所述的濃硼儲罐中硼溶液的濃度為7000-9000ppm，硼注箱所在房間的環(huán)境溫度高于9000ppm硼酸溶液結晶溫度限值。
7.一種能動與非能動相結合的應急停堆方法，其特征在于在事故情況下，反應堆保護系統(tǒng)向控制棒應急停堆子系統(tǒng)的停堆斷路器發(fā)出反應堆緊急停堆驅動信號，緊急停堆驅動信號使停堆斷路器線圈失電，停堆斷路器打開，控制棒電源失電，控制棒下落；當控制棒下落失效時，反應堆保護系統(tǒng)向應急硼注入子系統(tǒng)發(fā)出未能實現(xiàn)緊急停堆事故保護信號或堆芯中子通量高信號，應急硼注入子系統(tǒng)接收到信號后啟動注入泵，將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯，實現(xiàn)應急停堆。
專利摘要
本發(fā)明屬于反應堆設計技術，具體涉及一種能動與非能動相結合的應急停堆系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括控制棒應急停堆子系統(tǒng)和應急硼注入子系統(tǒng)?？刂瓢魬蓖６炎酉到y(tǒng)的停堆斷路器與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的緊急停堆信號并實現(xiàn)控制棒下落；應急硼注入子系統(tǒng)包括濃硼儲罐和注入管線上的注入泵，濃硼儲罐通過注入管線連接反應堆壓力容器及堆芯，注入泵控制系統(tǒng)與反應堆保護系統(tǒng)相連接，接收反應堆保護系統(tǒng)發(fā)出的未能實現(xiàn)緊急停堆信號或堆芯中子通量高信號并將濃硼注入反應堆壓力容器及堆芯。本發(fā)明增強了事故情況下反應堆應急停堆系統(tǒng)的可靠性，提高了反應堆的安全性。
文檔編號G21C7/08GKCN102881340SQ201210374796
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日
發(fā)明者趙俠, 于勇, 黃偉峰, 趙斌 申請人:中國核電工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan