應急堆芯冷卻系統

應急堆芯冷卻系統的功能是確保在事故工況下，提供足夠可靠的堆芯冷卻，使堆芯燃料包殼表面的最小不小於即在事故工況下，當發生喪失熱阱事件時，由冷卻劑出口溫度過高信號觸發反應堆緊急停堆，主循環泵自動停止運行，此時反應堆進堆總管壓力降低，應急泵將堆池水輸送到堆冷卻劑進堆總管，保證堆內至少有驪冷卻流量從上至下流經堆芯並帶出堆芯放出的熱量。

基本介紹

• 中文名：應急堆芯冷卻系統
• 外文名：EmergencyCore Cooling Systems

當發生喪失廠外電源事件時，反應堆緊急停堆，能維持應急泵連續運向堆芯輸送冷卻劑，確保堆芯充分冷卻。應急堆芯冷卻系統應急停堆冷卻措施分析，應急熱阱選擇及系統供電方式設計分析在正常停堆工況下堆芯剩餘熱量的排出是通過二次水系統傳給最終的熱阱大氣，但在事故停堆工況下，二次熱阱會部分或全部喪失，應急熱阱的選擇是停堆冷卻的一個關鍵問題。

在可行性研究階段，應急堆芯冷卻系統由兩部分組成一部分為應急循環系統另一部分為水池補水系統。系統採用台輔助泵，與主迴路的主換熱器和管道系統構成應急循環系統，輔助泵採用兩路可靠柴油發電機供電，當事故工況時輔助泵啟動，以帶出停堆後的堆芯餘熱。並設有容積為高位水箱以及台應急補水泵，確保堆芯不裸露。

壓水堆核電廠的應急堆芯冷卻系統

應急堆芯冷卻系統是壓水堆核電廠中的專設安全設施之一。有些核電廠設定應急加硼裝置。當主蒸汽管道破裂時，利用化學和容積控制系統的離心上充泵或高壓安全注射泵從應急加硼箱內將硼濃度高達7000~21000μg/g的含硼水注入堆芯，向堆芯引入負反應性，保證反應堆不會重返臨界，使反應堆保持安全停堆狀態。

安全注射系統由安全注射箱、高壓安全注射和低壓安全注射三個子系統組成。

安全注射箱子系統

通常在一次冷卻劑系統的每條環路的主管道冷段連線一個安全注射箱。每個箱內約1/3容積充氮加壓，其壓力約2.4~5.0MPa，其餘2/3容積為含硼水，硼濃度約2000~2400μg/g。主管道大破口失水事故後，當一次冷卻劑系統壓力迅速降到低於安全注射箱內壓力時，安全注射箱內含硼水經主管道冷段自動注入反應堆堆芯。當一條環路的一個安全注射箱內含硼水經破裂的主管道冷段流失而不能注入堆芯時，其他環路的安全注射箱內含硼水能有效地經未破裂的主管道冷段注入堆芯，防止堆芯裸露。

高壓安全注射子系統

通常設分隔、獨立的多個系列，每個系列設一台高壓安全注射泵。多個系列均同時使用，以縮短事故處理的過程。若其中一個系列失效時，另外的系列仍能實現本系統安全功能。高壓安全注射泵為多級離心泵，結構複雜，在高揚程工作區域與離心上充泵銜接，在低揚程工作區域與低壓安全注射泵銜接，使其在失水事故後保證向堆芯不斷供給含硼水。高壓安全注射泵從關閉揚程(約11~15MPa)直至零背壓均能正常運行。每台泵通常設定小流量循環管返回換料水箱，以防止泵在無輸出流量時發生熱變形和損壞。

發生失水事故後，當一次冷卻劑系統壓力降低到高壓安全注射泵關閉揚程時，即開始注射。在此時間內，泵吸取換料水箱內的含硼水，經主管道冷段注入堆芯。當換料水箱內的水位降低到規定值時，轉入再循環階段，此時，高壓安全注射泵與低壓安全注射泵串聯運行，汲取安全殼地坑水，經餘熱交換器冷卻後注入主管道冷段和熱段，再進入堆芯。

低壓安全注射子系統

通常設定獨立的、分隔的多個系列。許多核電廠中的每個系列的泵和熱交換器與餘熱排出系統中的共用。要求低壓安全注射泵位置低於安全殼地坑，這可使泵具有一定的淨正吸入壓頭，防止汽蝕。它的運行分三個階段：①失水事故後的注射階段。當一次冷卻劑系統壓力降到低壓安全注射泵關閉揚程時，泵從換料水箱內吸取含硼水，經餘熱交換器旁通管注入主管道冷段，再進入堆芯，與高壓安全注射分系統共同補償從主管道破口流失的冷卻劑，防止堆芯裸露，並冷卻堆芯。②再循環冷段注射階段。低壓安全注射泵從安全殼地坑吸水，經餘熱交換器冷卻後，一部分水通過低壓注射泵經未破裂的主管道冷段直接注入堆芯，另一部分水經餘熱交換器出口進入高壓安全注射泵入口，再由高壓安全注射泵注入未破裂的主管道冷段進入堆芯。③再循環熱段注射階段。再循環冷段注射24h後，轉入此階段。低壓安全注射泵和高壓安全注射泵串聯運行，將降溫後的地坑水經主管道冷段和熱段同時注入堆芯(或者冷段和熱段注入交替進行)。有些核電廠在再循環熱段注射時只使用低壓安全注射子系統。通過長時間冷段和熱段注射，消除在堆芯局部區域內硼的結晶，並使反應堆逐漸冷卻。

沸水堆的應急堆芯冷卻系統

沸水堆的安全保護系統之一，用於在堆芯失水時直接向堆內注入冷卻水以防止堆芯熔化。系統又分為四個子系統：①自動卸壓系統：由若干安全卸壓閥和大容量抑壓水池組成。大容量抑壓水池是沸水堆核電廠設計中的一大特點，位於安全殼內，容量約4000m3。其作用是在主系統發生破裂時使汽水混合物直接經排汽管進入水池而被迅速冷凝，從而防止反應堆廠房超壓；或在系統超壓時使蒸汽經安全-卸壓閥排入水池，從而防止主系統壓力邊界受損。設定大容量抑壓水池也是滯留放射性物質的有效手段，在發生失水事故時可減少放射性物質向環境的釋放。此系統雖然不直接向堆內注水，但可使反應堆迅速卸壓，以利於其他子系統的注水。②高壓堆芯噴淋系統：在發生失水事故時，該系統通過噴淋環管直接向堆芯噴淋注水。它能在整個運行壓力區間工作。此系統先從冷凝水箱取水，水用完後再從抑壓水池取水。除正常電源外，此系統尚有獨立的柴油發電機供電。③低壓堆芯噴淋系統：此系統在堆壓力降低而其他系統不足以保持反應堆容器內水位時投入工作，也通過環管向堆芯直接噴淋注水，防止堆芯裸露。系統從抑壓水池取水。④低壓冷卻劑注水系統：這是餘熱排出系統的一種運行方式，用於在失水事故時向反應堆容器內環形空間注水，使堆芯浸沒而不裸露。上述三個噴淋和注水系統分為三組：低壓堆芯噴淋系統和一列低壓冷卻劑注入系統為第1組；兩列低壓冷卻劑注入系統為第2組；高壓堆芯噴淋系統為第3組。在自動卸壓系統配合下，任何一組失效都不影回響急堆芯冷卻功能。

此外，沸水堆還設有安全保護系統，防止反應堆運行異常和事故危及反應堆的安全。由於沸水堆冷卻劑自然循環能力比壓水堆大好幾倍，故在低功率時，只要堆芯被水淹沒，燃料元件被燒毀的可能性很小，所以沸水堆除防止高功率燃料元件燒毀外，另一重要的保護就是水位保護。高水位保護是防止水進入汽輪機；低水位保護防止堆芯裸露。由於沸水堆產生的蒸汽直接進入汽輪機，汽輪機有可能受到放射性沾污，因此在運行中對設備的放射性監督是相當重要的。