【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大型压水堆核电厂，具体涉及优化的能动与非能动安全系统及其核电厂。
技术介绍
1、二十世纪六七十年代开始，核电技术发展的历程就是不断根据新认识的事故现象和新的安全要求增加安全设施的过程。进入二十世纪九十年代，美国核电界认识到，这样发展下去势必会造成核电设计日趋复杂，因此，在先进轻水堆计划中将“简化”作为其下一代核电技术(即第三代核电技术)的首要目标。在此背景下，美国西屋公司ap1000及其前身ap600首先提出并普遍应用非能动核电厂技术，其主要安全系统，如余热排出系统、堆芯冷却系统、安全壳热量导出系统，均采用非能动技术，利用重力、密度差等自然力实现安全功能，无需安全相关交流电源、安全级支持系统及抗震厂房就能长期保持核电厂安全，大幅减少了设备和部件的数量，实现了设计的简化。
2、非能动技术的应用为核电厂安全系统设计带来了变革。非能动技术最主要的优点是简化，采用非能动技术的安全系统取消了能动设备，因此，一般不需要复杂(冗余和多样化的)的控制系统和外部电源，能够很大程度上实现系统设计的简化，进而实现电厂的建造、运行和维护过程的简化。除此之外，非能动技术还能够显著提升电厂的安全性，例如，非能动系统能够降低对操纵员干预的依赖，提供更充裕的响应时间，减少人因失误对电厂的危害。与此同时，非能动系统还能够消除与能动设备故障、动力源丧失相关的事故场景。因此，非能动技术提供了在无需过多增加成本的前提下进一步提高安全性的解决方案。
3、正当非能动技术逐渐被认为是实现核电更高安全性和经济性水平的技术手段而表现出光明前
4、针对非能动技术的不足，我国启动自主三代机型研发之时，“华龙一号”研发团队创造性的提出“能动与非能动相结合”的设计理念，试图将成熟、可靠、高效的能动技术和简化、安全、不依赖外力的非能动技术两者的优势有机结合起来，实现安全性和成熟性的平衡。基于该设计理念，“华龙一号”给出了“能动+非能动”的核电厂设计方案，该方案设置有非能动二次侧余热排出和安全壳热量导出系统，结合传统的能动专设安全设施，在不同防御层次上实现堆芯余热和安全壳热量的多样化导出。除此之外，“华龙一号”还设置有能动与非能动技术手段来实现严重事故下堆芯熔融物压力容器内滞留。该方案充分利用能动安全系统成熟设计的基础上，引入非能动技术来有效应对动力源丧失的情况，使非能动安全系统作为经过工程验证、稳定高效的能动安全系统的补充，较好地实现的先进性和成熟性的平衡。
5、“华龙一号”提出的“能动与非能动相结合”的设计理念是一个创新，避免了过度地、片面地强化设计基准事故的防御能力，强调了纵深防御各层次的平衡，通过采用多样化的非能动措施，有效的避免了共因失效导致多列系统故障。基于该设计理念提出的“华龙一号”安全系统方案得到了成功实施，核电厂整体安全性得到了显著提升，受到业内广泛认可，“华龙一号”示范工程以及后续工程得到成功建造。在“华龙一号”得到成功建造的同时，设计人员在“华龙一号”工程实践中发现，虽然利用多样化的安全系统提升了安全性，但是由于将能动系统作为设计基准事故的应对手段，该方案不可避免的存在着系统复杂、堆型整体经济性进一步提升困难等不足，这为“能动与非能动相结合”设计理念的进一步创新发展提出了新的要求。
6、在现有专利技术中，对于能动与非能动技术的结合主要聚焦于将能动系统作为设计基准事故的应对手段，非能动系统作为设计扩展工况的应对手段，如申请号为cn201911414032.5的专利“一种核电厂能动与非能动相结合的安全系统及其方法”及申请号为cn201410105700.7的专利“基于177堆芯的能动加非能动核蒸汽供应系统及其核电站”，在以非能动安全系统应对设计基准事故，能动系统应对设计扩展工况上没有适当的解决方案。除此之外，现有专利技术也针对目前非能动单项技术存在的不足提供了一些解决方案，如申请号为cn202111320941.x的专利“一种全范围非能动安注系统”及申请号为cn202110361911.7的专利“一种带导流结构的非能动安全壳热量导出系统”，都着眼于提升动能特定系统的性能和适用性，未从整体上给出能动系统和非能动系统的合理配合方式。
技术实现思路
1、为了解决现有堆型采用的能动或非能动安全系统方案中存在着的安全性强化和经济性提升之间的矛盾，本专利技术目的是提供一种优化的能动与非能动安全系统及其核电厂，采用一种与“华龙一号”堆型不同的非能动安全系统与能动安全系统的组合方式，在提升安全性的同时也能有效地提升机组整体经济性。
2、本专利技术的技术方案如下：优化的能动与非能动安全系统，包括非能动安全系统及能动安全系统。
3、所述的非能动安全系统包括非能动应急堆芯冷却系统，非能动余热排出系统，非能动安全壳热量导出系统，非能动堆腔冷却系统和非能动消氢系统，非能动应急堆芯冷却系统连接反应堆压力容器，非能动余热排出系统连接蒸汽发生器和最终热阱，所述的非能动余热排出系统采用非能动方式由二次侧或一次侧排出余热，非能动安全壳热量导出系统连接安全壳和最终热阱，非能动堆腔冷却系统反应堆压力容器，非能动消氢系统安装在安全壳内侧。
4、所述的非能动应急堆芯冷却系统能够确保事故工况下提供可靠的堆芯冷却，包括壳外承压水箱，全压补水箱hpmt，安注箱acc、卸压阀及相应的阀门、管道和仪表组成，其中，壳外承压水箱出口端通过管道与反应堆压力容器相连，入口端与安全壳空间相通。
5、所述的非能动余热排出系统提供导出停堆后堆芯余热，包括非能动二次侧余热排出系统。
6、所述的非能动二次侧余热排出系统包括prs换热水箱、prs换热器，prs换热器位于安全壳上部侧壁外通过管道与蒸汽发生器的蒸汽出口连通，prs换热器设置在prs换热水箱内部。
7、所述的非能动安全壳热量导出系统用于导出安全壳内热量确保安全壳完整性，包括功能有：设计基准事故后安全壳热量导出、设计扩展工况安全壳热量导出、安全壳冷却水箱水质保持、安全壳第三道屏障的完整性、为prs系统提供冷却水源。
8、所述的非能动安全壳热量导出系统包括pcs换热水箱、pcs导热水箱、pcs换热器和汽水分离器，pcs导热水箱通过管路连接pcs换热水箱，pcs换热水箱内设置有汽水分离器，汽水分离器通过管道贯穿安全壳并连接pcs换热器的一端，pcs换热器的另一端通过管道贯穿安全壳并连接pcs换热水箱。
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【技术保护点】
1.优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：包括非能动安全系统及能动安全系统。
2.如权利要求1所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安全系统包括非能动应急堆芯冷却系统，非能动余热排出系统，非能动安全壳热量导出系统，非能动堆腔冷却系统和非能动消氢系统，非能动应急堆芯冷却系统连接反应堆压力容器，非能动余热排出系统连接蒸汽发生器和最终热阱，所述的非能动余热排出系统采用非能动方式由二次侧或一次侧排出余热，非能动安全壳热量导出系统连接安全壳和最终热阱，非能动堆腔冷却系统反应堆压力容器，非能动消氢系统安装在安全壳内侧。
3.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动应急堆芯冷却系统能够确保事故工况下提供可靠的堆芯冷却，包括壳外承压水箱，全压补水箱HPMT，安注箱ACC、卸压阀及相应的阀门、管道和仪表组成，其中，壳外承压水箱出口端通过管道与反应堆压力容器相连，入口端与安全壳空间相通。
4.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动余热排出系统提供导出停堆后堆芯余热，包括非能动二次侧
5.如权利要求4所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动二次侧余热排出系统包括PRS换热水箱、PRS换热器，PRS换热器位于安全壳上部侧壁外通过管道与蒸汽发生器的蒸汽出口连通，PRS换热器设置在PRS换热水箱内部。
6.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出系统用于导出安全壳内热量确保安全壳完整性，包括功能有：设计基准事故后安全壳热量导出、设计扩展工况安全壳热量导出、安全壳冷却水箱水质保持、安全壳第三道屏障的完整性、为PRS系统提供冷却水源。
7.如权利要求6所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出系统包括PCS换热水箱、PCS导热水箱、PCS换热器和汽水分离器，PCS导热水箱通过管路连接PCS换热水箱，PCS换热水箱内设置有汽水分离器，汽水分离器通过管道贯穿安全壳并连接PCS换热器的一端，PCS换热器的另一端通过管道贯穿安全壳并连接PCS换热水箱。
8.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动堆腔冷却系统向堆腔注水确保事故下压力容器完整性实现堆芯熔融物堆内滞留IVR，包括壳外承压水箱，壳外承压水箱位置高于压力容器顶部，其出口端直接注入安全壳。
9.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动消氢系统是在设计基准事故或在设计扩展工况下，避免由堆芯进入安全壳内或安全壳内部化学反应产生的氢气浓度超过限值，威胁安全壳完整性，非能动消氢系统包括氢气复合器，通过复合器中安装的催化剂板来催化氢-氧反应的发生，并释放热量使复合器下部的气体密度降低，加强气体对流，保证高效的消氢功能。
10.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安注系统PSI包含两台全压补水箱HPMT，位于安全壳内高于主冷却剂管道的高度上，通过注入管线和一条连接冷段的入口压力平衡管线与反应堆主冷却剂系统RCS连接，每个入口管线上设有一个常开的电动阀，压力平衡管线从一回路冷段的高点接出，然后竖直向上延伸到HPMT的顶部，注入管线从箱子的底部引出，分别连接到两个DVI管道上，DVI管道连接到反应堆压力容器的下降段，注入管线由两个常闭的并联的气动隔离阀与RCS隔离，这两个阀门在失去电源及气源时开启，当收到安注信号时，注入管线上的两个并联阀门打开，将HPMT与反应堆冷却剂系统相连，注入管线上隔离阀的下游在PSI侧串联两台轴流式止回阀。
11.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安注系统包含两台安注箱ACC，通过安注箱内部储存的压缩氮气提供含硼水的快速注入，安注箱通过出口管线连接到DVI管线，注入管线上设有一台常开的电动隔离阀和两台串联止回阀，电站正常运行时，止回阀用于隔离安注箱和RCS。
12.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安注系统包含两台壳外承压水箱，每台壳外承压水箱包含三条注入接口，非能动低压安注注入管线；IVR注入管线；能动RHI泵注入管线，其中，非能动低压安注分别通过两条重力注入管线连接到两条DVI管道上，每条重力注入管线都包括一条用于壳外承压水箱向压力容器的注入管线，每条重力注入管线包括一个常开的手动隔离阀和2台并联的常闭电动隔离阀，位于安全壳外部，同时也作为重力注入管线安全壳外隔离阀，进入安全壳内部，重力注入管线上设置两台串...
【技术特征摘要】
1.优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：包括非能动安全系统及能动安全系统。
2.如权利要求1所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安全系统包括非能动应急堆芯冷却系统，非能动余热排出系统，非能动安全壳热量导出系统，非能动堆腔冷却系统和非能动消氢系统，非能动应急堆芯冷却系统连接反应堆压力容器，非能动余热排出系统连接蒸汽发生器和最终热阱，所述的非能动余热排出系统采用非能动方式由二次侧或一次侧排出余热，非能动安全壳热量导出系统连接安全壳和最终热阱，非能动堆腔冷却系统反应堆压力容器，非能动消氢系统安装在安全壳内侧。
3.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动应急堆芯冷却系统能够确保事故工况下提供可靠的堆芯冷却，包括壳外承压水箱，全压补水箱hpmt，安注箱acc、卸压阀及相应的阀门、管道和仪表组成，其中，壳外承压水箱出口端通过管道与反应堆压力容器相连，入口端与安全壳空间相通。
4.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动余热排出系统提供导出停堆后堆芯余热，包括非能动二次侧余热排出系统。
5.如权利要求4所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动二次侧余热排出系统包括prs换热水箱、prs换热器，prs换热器位于安全壳上部侧壁外通过管道与蒸汽发生器的蒸汽出口连通，prs换热器设置在prs换热水箱内部。
6.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出系统用于导出安全壳内热量确保安全壳完整性，包括功能有：设计基准事故后安全壳热量导出、设计扩展工况安全壳热量导出、安全壳冷却水箱水质保持、安全壳第三道屏障的完整性、为prs系统提供冷却水源。
7.如权利要求6所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安全壳热量导出系统包括pcs换热水箱、pcs导热水箱、pcs换热器和汽水分离器，pcs导热水箱通过管路连接pcs换热水箱，pcs换热水箱内设置有汽水分离器，汽水分离器通过管道贯穿安全壳并连接pcs换热器的一端，pcs换热器的另一端通过管道贯穿安全壳并连接pcs换热水箱。
8.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动堆腔冷却系统向堆腔注水确保事故下压力容器完整性实现堆芯熔融物堆内滞留ivr，包括壳外承压水箱，壳外承压水箱位置高于压力容器顶部，其出口端直接注入安全壳。
9.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动消氢系统是在设计基准事故或在设计扩展工况下，避免由堆芯进入安全壳内或安全壳内部化学反应产生的氢气浓度超过限值，威胁安全壳完整性，非能动消氢系统包括氢气复合器，通过复合器中安装的催化剂板来催化氢-氧反应的发生，并释放热量使复合器下部的气体密度降低，加强气体对流，保证高效的消氢功能。
10.如权利要求2所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安注系统psi包含两台全压补水箱hpmt，位于安全壳内高于主冷却剂管道的高度上，通过注入管线和一条连接冷段的入口压力平衡管线与反应堆主冷却剂系统rcs连接，每个入口管线上设有一个常开的电动阀，压力平衡管线从一回路冷段的高点接出，然后竖直向上延伸到hpmt的顶部，注入管线从箱子的底部引出，分别连接到两个dvi管道上，dvi管道连接到反应堆压力容器的下降段，注入管线由两个常闭的并联的气动隔离阀与rcs隔离，这两个阀门在失去电源及气源时开启，当收到安注信号时，注入管线上的两个并联阀门打开，将hpmt与反应堆冷却剂系统相连，注入管线上隔离阀的下游在psi侧串联两台轴流式止回阀。
11.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安注系统包含两台安注箱acc，通过安注箱内部储存的压缩氮气提供含硼水的快速注入，安注箱通过出口管线连接到dvi管线，注入管线上设有一台常开的电动隔离阀和两台串联止回阀，电站正常运行时，止回阀用于隔离安注箱和rcs。
12.如权利要求10所述的优化的能动与非能动安全系统，其特征在于：所述的非能动安注系统包含两台壳外承压水箱，每台壳外承压水箱包含三条注入接口，非能动低压安注注入管线；ivr注入管线；能动rhi泵注入管线，其中，非能动低压安注分别通过两条重力注入管线连接到两条dv...
【专利技术属性】
技术研发人员：荆春宁，吴宇翔，王广飞，杨长江，王振中，赵斌，姚迪，谌登华，陈彦霖，詹经祥，杨健，贾小攀，王诚诚，郑云涛，刘倩雯，赵晓，杨嘉，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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