堆芯隔離冷卻系統用於在失去冷卻水時，直接向堆芯注入水冷卻，以防止堆芯過熱或熔化。它設有高壓堆芯噴淋系統和低壓堆芯噴淋系統以及自動卸壓系統。高壓堆芯噴淋系統用於發生小破口時的補水，而低壓系統多用於發生中、大破口時使堆芯淹沒。由於堆芯是按沸騰工況設計，故只要堆芯充滿水，堆功率就自動下降，也就可以保證堆芯不熔化。
基本介紹
- 中文名：堆芯隔離冷卻系統
- 外文名：reactor core isolation cooling system
- 套用學科：能源工程
- 範疇：工程技術
概述,基本原理,功能描述,LOCA監測和安全功能觸發子系統,應急冷卻水注射,環路隔離,蒸汽發生器二次側快速冷卻,
概述
堆芯隔離冷卻系統用於在失去冷卻水時，直接向堆芯注入水冷卻，以防止堆芯過熱或熔化。它設有高壓堆芯噴淋系統和低壓堆芯噴淋系統以及自動卸壓系統。高壓堆芯噴淋系統用於發生小破口時的補水，而低壓系統多用於發生中、大破口時使堆芯淹沒。由於堆芯是按沸騰工況設計，故只要堆芯充滿水，堆功率就自動下降，也就可以保證堆芯不熔化。
應急堆芯冷卻系統作為CANDU重水堆核電站的四個專設安全系統之一，其不可用度要求小於10E-3/年。為滿足此要求，CANDU電站現在的運行實踐要求對能動設備進行定期試驗，試驗周期大都為一個月。
核電站按縱探防禦原則設定三道實體屏障：燃料包殼、反應堆熱傳輸系統壓力邊界和安全殼。把放射性物質包容在連續幾層空間內，以防止危及人員或環境。如果發生了失去冷卻劑事故（LOCA）就意味著第二道屏障損壞。
設定ECC系統的目的之一是：發生LOCA後，ECC系統給主熱傳輸系統重新注入冷卻水，排出堆芯的衰變熱，以保證燃料包殼即第一道屏障的完整性；目的之二是：發生設計基準地震DBE後，主熱傳輸系統會發生少量泄漏，通過ECC系統給主熱傳輸系統補滿水，以保證自然循環冷卻堆芯。
ECC系統作為CANDU堆的四個專設安全設施之一，它的安全功能概括來說包括應急冷卻水注射，主熱傳輸系統環路隔離和蒸汽發生器二次側快速冷卻。
基本原理
反應堆正常運行時，備用泵隨堆運行，由於堆冷卻劑進堆母管壓力遠高於備用泵出口壓力，其止回閥始終處於關閉狀態，備用泵不能將池水注人堆芯，而是經過旁路流經板式換熱器使池水得到冷卻。且分別布置在相互隔離的密閉工藝間內，符合獨立性原則，安全可靠的堆芯備用冷卻系統是迴路設計創新的重要體現。備用泵與換熱器等執行池水冷卻功能。
事故工況下，當發生喪失熱井事件時，由二次冷卻水壓力過低信號觸發反應堆緊急停堆。當堆功率下降至一定值後，主循環泵自動停止運行，此時進堆總管壓力降低，備用泵將堆池水輸送到冷卻劑進堆總管。當堆芯剩餘發熱功率降到規定的功率以下，備用泵可以停止運行，則自然循環瓣閥自動開啟，實現流動逆轉，利用堆池水自然循環載出堆芯餘熱。
當發生喪失廠外電源事件時，反應堆緊急停堆，能維持備用泵連續運行2h向堆芯輸送冷卻劑，如此時外電源仍不能恢復，則應啟動柴油發電機組繼續向備用泵供電，以確保堆芯充分冷卻。
功能描述
從實現系統安全功能的角度，ECC系統包含以下4個子系統 ：LOCA監測和安全功能觸發子系統；應急冷卻水注射；環路隔離；蒸汽發生器二次側快速冷卻。
LOCA監測和安全功能觸發子系統
造成失水事故的可能原因為：入口集管、出口集管、熱傳輸泵吸入口100%斷裂或非100%的任何尺寸的破裂；壓力管破裂；熱傳輸支管（Feeder tube）斷裂；蒸汽發生器（SG）傳熱管斷裂；在反應堆上的裝卸料機故障；接配件故障等。
所有用於測量重要參數的儀表迴路都設定為三重回路，且實體隔離成三個通道（K、L和M）。控制邏輯使用冗餘設計，為3取2邏輯。邏輯設計為失效安全，故障迴路將在控制室中發出報警，並繼續處在失效位置，直到它被重新整定復位。用於觸發注射邏輯和二次側快速冷卻邏輯的LOCA信號由觸發參數和條件參數組成。觸發參數只有一個，為主熱傳輸系統低壓力。當主系統壓力低於5.9MPa時，觸發參數滿足並自鎖定。條件參數有三個，包括主熱傳輸系統壓力持續低300秒，反應堆廠房壓力高和慢化劑液位高。只要觸發參數和任何一個條件參數同時滿足要求時，LOCA信號就會產生。
用於高中壓注射自動轉換邏輯的ECC水箱液位也是三通道設定，三取二邏輯觸發。當水箱液位降至1.35m時，自動終止高壓注射，開始中壓注射。同樣的，噴淋水箱液位也是三通道設定，用於中低壓注射之間的轉換控制，設定值為0.45m。
應急冷卻水注射
當 LOCA 信號滿足時，ECC 系統的應急冷卻注射功能觸發。應急堆芯冷卻注射分成三個階段。第一階段是高壓注射，在系統得到 LOCA 信號後，貯存在高壓水箱中的輕水在高壓空氣的作用下注入主熱傳輸系統。當高壓水箱低的水位低於1.35m時，進入第二階段——中壓注射，由ECC泵從噴淋水箱吸水注入主系統迴路。當噴淋水箱的水位低於0.45m時，系統自動轉入第三階段——低壓再循環，由ECC泵將積聚在反應堆廠房地坑中的混合水經冷卻後循環打回主系統迴路。三個階段之間的轉換全部是自動的，無需人為干預。LOCA 後，為排出長期衰變熱，ECC系統需要運行三個月。
環路隔離
正常工況下，主熱傳輸系統的兩個環路通過壓力和裝量控制系統，主系統淨化系統的8個電動閥進行相互連線。在 LOCA 事故工況下，當主熱傳輸系統壓力逐漸降低。當降至5.42MPa時，全部8台電動閥被關閉，從而實現破損迴路和完整迴路的隔離，以保證在完好迴路中有足夠的水裝量來提供有效的冷卻。環路隔離是通過關閉8個主系統環路聯絡電動閥來實現的。
蒸汽發生器二次側快速冷卻
主蒸汽安全閥（MSSVs）對於壓水堆來說，通常用來防止主蒸汽系統超壓，但在重水堆設計中還把它作為LOCA事故工況下的一個熱阱。
所謂蒸汽發生器二次側快速冷卻功能就是在接收到LOCA信號並延遲30秒後，打開連線在主蒸汽管道上的所有主蒸汽安全閥；此時，蒸汽發生器通過主蒸汽安全閥作為了主系統的熱阱帶走其熱量，由此加快了主熱傳輸系統的降溫和降壓，促使ECC系統的注射儘快實現。
為此，在MSSVs上裝有在任何壓力下均能打開該閥，且能保持在打開位置的氣動裝置。在主控室（MCR）或第二控制區（SCA）均能手動打開MSSVs。重水堆設計中，在全部16隻主蒸汽安全閥中只要有8隻能正常工作，就能滿足蒸汽發生器二次側快速冷卻的要求。
在某些事故工況下，也允許主蒸汽安全閥作為熱阱使用，通過蒸汽發生器帶走長期的反應堆衰變熱。主蒸汽安全閥作這種用途時，操縱員是採用手動方式打開的。
