福建福清核电有限公司
一.前言
华龙一号是我国借鉴国际三代核电先进理念，吸收福岛核事故经验，采用国际最高标准自主研发设计的三代核电机型，拥有自主知识产权。其主要设计思想是采用能动与非能动相结合的安全系统，从而降低CDF（堆芯损坏概率）和LRF（大量放射性物质释放至环境概率）值，满足三代核电设计标准。
本文主要介绍华龙一号二次侧非能动余热排出系统（PRS）及事故应对策略。
二.二次侧非能动余热排出系统（PRS）
二次侧非能动余热导出系统（PRS，图一）是在发生全厂失电且辅助给水系统汽动泵失效情况下，通过蒸汽发生器导出堆芯余热和反应堆冷却剂系统设备储热，在72小时内将反应堆维持在安全状态。PRS系统设置三个系列，分别对应三台蒸汽发生器，每个系列包括一个换热水箱，一台应急余热排出冷却器，两台应急补水箱和电动阀门组成。事故情况下，该系统投入，蒸汽发生器产生的蒸汽随着蒸汽管道进入应急余热排出冷却器管侧，将热量传递给换热水箱，随后蒸汽冷凝为水，流出应急余热冷却器，注入蒸汽发生器二次侧，在蒸汽发生器中加热后再变成蒸汽，随蒸汽管道进入冷却器，形成自然循环。二次侧非能动余热排出系统通过蒸汽发生器将反应堆冷却剂中的热量传递到应急余热排出冷却器，然后传递给换热水箱中的水，进而通过换热水箱中水的蒸发将热量最终带出，维持反应堆的安全。
系统投入时，应急补水箱的电动隔离阀会自动开启，使应急补水箱中的水注入蒸汽发生器二次侧，补偿蒸汽发生器二次侧水位降低。补水箱水位低时，补水箱上下游隔离阀自动关闭，防止蒸汽旁通进入补水箱。
图一 二次侧非能动余热排出系统
PRS系统可在下述两种事故工况下由自动信号触发动作：
—全厂失电且汽动辅助给水泵故障，蒸汽发生器丧失全部给水。
—正常给水和启动给水系统丧失，随后辅助给水系统启动失效。
PRS系统自动启动信号为：
—1台蒸汽发器水位低低出现8分钟，延时45s，或1台蒸汽发生器水位低低，且给水流量低，延时45s；
—3台蒸汽发生器辅助给水流量低；
—3台蒸汽发生器水位低三。
PRS系统平时处于隔离状态，当以上信号同时出现时，PRS系统自动启动，投入运行，必要时PRS系统也可由操纵员手动启动。
三. 事故应对策略
二次侧非能动余热排出系统是作为蒸汽发生器辅助给水系统的后备，主要用于应对二次热阱丧失超设计基准事故。二次热阱丧失是非常严重的事故，若采取措施不当，则会导致反应堆堆芯烧毁，美国三哩岛核事故即如此。满功率情况下完全丧失给水很快会触发反应堆紧急停堆，但停堆以后还会有剩余功率，起初剩余功率由蒸汽发生器内的剩余给水带走。随后蒸汽发生器中水位不断下降，蒸汽发生器烧干，此后只有靠一回路冷却剂吸收剩余功率，冷却剂温度开始上升，一回路压力也开始上升，最终稳压器安全阀开启，高温高压冷却剂通过稳压器安全阀排放至卸压箱，随后反应堆冷却剂不断减少，直到堆芯裸露和开始融化。
这种严重事故情况下，为保护堆芯，防止堆芯融化，必须建立一种手段带走堆芯剩余功率，那么只能通过向一回路注水方式完成。通过安注系统向反应堆冷却剂系统注水，同时开启稳压器安全阀，通过这种充-排方式，将堆芯剩余功率带出，并最终由安喷系统的热交换器将热量带出安全壳。
然而通过以上安注系统充-排方式带出堆芯剩余功率，有一定限制。首先系统动作必须在一定时间内完成（大致在3000S内完成），否则由于反应堆冷却剂能量不平衡（剩余功率，安注流量，稳压器压力释放）阻止了一回路压力下降，从而阻止安注流量上升和水装量的恢复，最终堆芯裸露与融化不可避免；其次，上述系列动作依靠能动安全设备（安注泵，安喷泵）的可靠运行，在全厂失电叠加汽动辅助给水泵失效事故情况下，无法实现一回路充-排模式，堆芯最终会融化。
而设置二次侧非能动余热排出系统（PRS）则可应对该超设计基准事故，二次热阱丧失后，非能动余热排出系统自动投入，利用二次侧自然循环原理，持续导出一回路剩余热量，可在72小时内将反应堆维持在安全状态。由于PRS系统采用蓄电池供电的直流电动阀，因此即使全厂失电情况下，对系统投入和运行影响不大。
通过以上分析可知，采用二次侧非能动余热排出系统设计后，可应对叠加的超设计基准事故，保护堆芯，降低堆芯损化概率CDF，满足三代核电安全标准。
论文作者:易飞,秦国强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/17
标签：蒸汽论文; 系统论文; 余热论文; 发生器论文; 冷却剂论文; 反应堆论文; 水箱论文; 《电力设备》2016年第5期论文;