第6章 专设安全设施?
?
6.1 概述
?
当RCP系统发生失水事故或二回路的汽水回路发生破裂或失效时，为了确保堆芯热量的排出和安全壳的完整性，限制事故的发展和减轻事故的后果，核电站设置了专设安全设施。
1．专设安全设施的范围 专设安全设施包括：?
? 安全注入系统（RIS）； ? 安全壳喷淋系统（EAS）； ? 辅助给水系统（ASG）； ? 安全壳隔离系统（EIE）。?
还有一些系统虽然不属于专设安全设施，但也具有安全功能，它们协助完成专设安全设施功能，或者为保证专设安全设施的良好运行提供必要的条件：
(1) 通风
——为专设安全设施的良好运行提供必要的条件；
——使事故工况下的放射性后果限制在可接受的范围； ——保持控制室在事故工况下的可居留性。 (2) 供给冷却水
RRI和SEC排出由专设安全设施排出的热量。 (3) 排出余热
在某些事故工况下由GCT排大气部分与ASG一起来保证这一功能。 (4) 给能动部件提供动力源，包括电源和压缩空气。 2．设计准则? (1) 屏障的独立性
在任何情况下，三道屏障中任何一道屏障的破坏，不应该引起其他屏障的破坏。例如，一回路的破裂不应导致燃料包壳的熔化和安全壳的损坏。?
(2) 多重性原则
每一系统内的重要设备都是冗余的，其支持系统（如电源）分属不同系列，每一套设备能保证其整体功能的完成,满足单一故障准则。
(3) 设备的可靠性
关键装置都有应急电源，并在失电时处于安全状态，需要冷却的设备（泵、热交换
155
器等）应有备用水回路。另外，回路设计成即使在反应堆正常运行时也能进行试验。
(4) 按设计基准事故（即最大的预想事故）确定设备能力，保证：? ——燃料元件包壳的峰值温度低于1200℃；
——由水或蒸汽与包壳反应产生氢气量不超过假设所有包壳都与水或蒸汽起化学反应所产生氢气量的1％；?
——安全壳内的压力低于设计压力（0.52MPa.a）；? ——可允许失去正常电源。 3．专设安全设施的作用
下面列举了专设安全设施在一些典型事故中所起的作用。 (1) 一回路小破口事故（破口当量直径9.5mm～25mm）? 当一回路的泄漏量很小时，通过增加RCV的上充流量就可以补偿泄漏的流量。但是，当泄漏量较大时，就必须投入安注系统以补偿泄漏，限制稳压器水位和压力的降低。
为了减少泄漏量和增大安注流量，以避免造成堆芯裸露，需要尽快使一回路降温降压。但是，由于泄漏量较小，在开始时泄漏可能不足以带出堆芯的余热，必须及时投入ASG，保证排出堆芯余热。蒸汽发生器的蒸汽通过GCT排入凝汽器或者排向大气。
(2) 一回路大破口事故（破口当量直径＞345mm）
一回路的主管道突然产生脆性断裂是典型的大破口失水事故。这是一种专设安全系统的设计基准事故。这时专设安全设施的作用体现在以下几个方面：?
——投入安注系统（包括高压安注、中压安注和低压安注）向堆芯注水，防止或限制堆芯的裸露，保证燃料元件的完整性；
——进行安全壳隔离，以防放射性物质通过安全壳的贯穿件泄漏到安全壳以外； ——投入安全壳喷淋系统，使安全壳内大气降温降压，保证安全壳（第三道屏障）的完整性；
(3) 二回路大破口事故
① 主给水管道大破口事故?
如果主给水管道断裂（主给水设备失效后果相同），则需要及时投入辅助给水系统，以排出堆芯的余热。
② 蒸汽管道断裂事故
这时需要采取以下措施，以限制事故的扩大：
——启动安注系统向一回路注入高浓度硼酸溶液，防止由于蒸汽流量突然增大使一回路冷却剂温度过冷而引入正反应性，使堆芯重返临界；
——启动辅助给水系统，保证蒸汽发生器的给水，以导出堆芯的余热，一直到RRA投入为止；
——如果蒸汽管道的破口出现在安全壳内，则需要启动安全壳喷淋系统，以保证安全壳的完整性；
156
——为了避免三台蒸汽发生器排空，需要进行蒸汽管道隔离。 ?
6.2 安全注入系统（RIS）
?
RIS系统由高压安全注入（HHSI）、中压安全注入（MHSI）和低压安全注入（LHSI）三个子系统组成。它们根据事故引起RCP系统的降压情况，在不同的压力下分别投运。
安全注入系统的功能是：
(1) 在一回路小破口失水事故时或在二回路蒸汽管道破裂造成一回路平均温度降低而引起冷却剂收缩时，RIS用来向一回路补水，以重新建立稳压器水位；
(2) 在一回路大破口失水事故时，RIS向堆芯注水，以重新淹没并冷却堆芯，限制燃料元件温度的上升；
(3) 在二回路蒸汽管道破裂时，向一回路注入高浓度硼溶液，以补偿由于一回路冷却剂连续过冷而引起的正反应性，防止堆芯重返临界。
辅助功能：
(1) 在换料停堆期间，低压安注泵可用来为反应堆水池充水； (2) 用RIS011PO进行RCP系统的水压试验；
(3) 在失去全部电源时为主泵提供轴封水（利用水压试验泵RIS11PO，该泵由应急汽轮发电机组LLS供电）；
(4) 在再循环注入阶段，低压安注泵从安全壳地坑吸水，RIS在安全壳外的管段成为第三道屏障的一部分。 6.2.1 系统描述
高压安注和中压安注系统流程如图6.1所示。
图6.1 高、低压安注系统流程图
1．高压安注
当RCP系统发生的破口已使其压力下降到11.9MPa.a，或主蒸汽管道发生破裂引起一回路温度明显降低时，高压安注系统向堆芯注入高浓硼酸水，迅速冷却和淹没堆芯，并抵消因温度效应引起的正反应性增加，使反应堆维持在次临界。?
157
高压安注子系统包括： ——三台高压安注泵，它们同时也是RCV系统的三台上充泵，即RCV001PO、002PO、003PO；
——一个浓硼酸注入箱RIS04BA；?
——硼酸再循环回路（包括硼注入缓冲箱RIS21BA，两台硼酸再循环泵RIS21PO、22PO）。
高压安注泵也就是RCV系统的三台上充泵。在电厂正常运行时，它们作为RCV系统上充泵用于向RCP正常充水，其一台运行、一台备用、一台在维护。在事故工况下，转而成为高压安注泵，由两台泵运行，向一回路注入硼水。?
(1) 吸水管线
高压安注泵有二条吸水管线，一是直接从换料水箱PTR01BA来的吸水管线，二是与低压安注泵出口连接的增压管线。另一条从容控箱来的吸水管线在安注信号出现时即被隔离。
实际上，由于换料水箱与高压安注泵入口之间的管道上设置了逆止阀，它们在低压安注泵出口压力的作用下自动隔离，因此仅在低压安注泵增压失效时高压安注泵才直接从换料水箱吸水。
在每台泵出口设置了一个最小流量旁路管线，在电站正常运行期间此最小流量经轴封水热交换器冷却后再循环到泵的吸入口。三台泵共用的最小流量旁路管线装有两只隔离阀，当接到安全注入信号时关闭这两个阀门。
(2) 注入管线
HHSI泵可通过四条管线将含硼水输送到RCP系统，这四条管线是： ① 通过浓硼酸注入箱RIS04BA的管线 这条管线由安注信号启动投入运行，HHSI泵出口的水流过浓硼注入箱，将浓硼酸溶液（～7000?g/g）带入RCP冷管段，以便迅速向堆芯提供负反应性。该管线平常由入口阀门RIS032VP、033VP和出口阀门034VP、035VP、036VP保持隔离，这些隔离阀在接到安注信号后立即开启（RIS036VP除外）。
在冷、热管段同时注入时，打开阀036VP并关闭034、035VP，含硼水从带有流量孔板的出口隔离阀旁路管线进入RCP冷段，可限制它的注入流量。?
② 硼注入箱旁路管线?
这条管线在通过硼注入箱的管线发生故障的情况下才使用，正常是关闭的。当硼注入管线出现故障时，在控制室手动打开隔离阀RIS020VP，通过此管线将PTR001BA的硼水注入RCP冷管段。与隔离阀RIS020VP并联安装的阀29VP的管线上带有节流孔板，它用于在冷、热管段同时注入阶段以小流量向冷管段注入。
在RCV正常上充不可用时，可利用RIS029VP的管线代替，这时020VP处于关闭状态。
158
③ 两条并联的热段注入管线?
这两条管线是在冷、热段同时注入阶段时使用。它们是并联配置的，并且每一条管线分别向两个环路热管段注入，因此该管线可以允许单一能动或非能动故障。隔离阀RIS021VP、023VP分别由系列A和系列B母线供电，它们正常是关闭的，并由控制室手动操作。
④ 硼酸再循环回路?
为防止硼注入箱RIS04BA中的硼酸结晶，在高压安注泵的排出管设置了硼酸再循环回路，将浓硼酸不断地再循环。?
两台并联的硼注入箱再循环泵RIS021PO、022PO由两条独立和冗余的电源系列供电，它们将浓硼酸（～7000?g/g）在装有电加热管道中再循环。硼酸经由气动阀RIS206VP排放到硼注入箱RIS04BA的入口，通过RIS004BA后再经由串联设置的气动阀RIS208VP、209VP返回到缓冲箱。正常运行时，一台连续运行而另一台备用。?
当安全注入启动时，再循环回路被隔离（关闭RIS206、208、209VP）。? 2．低压安注
低压安注系统由两条独立流道组成，每条流道有一台低压安注泵（RIS001PO和002PO）。低压安注泵的出口通过隔离阀接到高压安注泵吸入联箱上，为高压安注泵增压。低压安注泵与RCP冷、热段也有连管（与高压安注管线共用），其中两台低压安注泵分别连到第二和第三环路的热管段。当RCP系统压力低于低压安注泵压头时，低压安注泵也直接向RCP系统冷段或冷、热段注入。在冷、热段同时注入时，冷段注入流量改走装有节流孔板的旁路管线（RIS030VP、031VP）。
低压安注泵有以下两条吸水管线：
——直接注入阶段，两台低压安注泵通过两条独立管线从换料水箱抽水； ——再循环阶段，两台低压安注泵通过两条独立管线从安全壳地坑抽水。
在反应堆正常运行时，两台低压安注泵是不工作的，此时热段注入管线的隔离阀处于关闭状态，而冷段注入管线的隔离阀处于打开状态，泵的进口隔离阀也处于打开状态，相应管线由止回阀隔离，以便低压安注泵接到安注信号能迅速启动，从换料水箱抽水，并且在RCP压力迅速下降时能尽快直接向其大量注入。
在安全壳内侧，所有冷管段和热管段注入管线，都装有手动调节阀或节流孔板，以便进行流量平衡调节。所有冷管段注入管线与一回路冷管段之间都装有三个串联的逆止阀，所有热管段注入管线与一回路热管段之间都装有二个串联的逆止阀，而且这些阀门都尽可能靠近反应堆冷却剂管道，以实现安注管线在安全壳内侧的隔离和减少由于安注系统管道破裂而引起LOCA的可能性。
3．中压安注
中压安注系统主要由三个安注箱组成（RIS001、002、003BA），分别接到RCP三个环路的冷管段上，如图6.2。安注箱内存CB≈2100的含硼水，用压力约为4.2MPa.a的
159