[发明专利]压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置及方法

说明书

堆芯余热安全冷却装置是保障压水堆核电站核安全的关键设备之一，停堆后失效会导致堆芯熔毁。大型先进压水堆核电站堆芯余热安全冷却装置采用能动启动方式，最终热阱为安全壳内的有限容积存水，只能保障72小时的宽限时间，之后的堆芯余热仍能在一天之内熔毁堆芯，造成严重事故。并且由于其依靠自动系统核能动设备，所以包含失误概率的因素。本发明提出用“非能动启动+非能动运行”压水堆核电站完全非能动的堆芯余热安全冷却装置，通过自然力因素，冷却过程由水冷转换为水冷+空冷，最后完全空冷。从启动到无限时的后续进行，全部安全功能都只依靠自然因素的作用来完成，最终排除压水堆核电站的严重事故风险。

技术领域

本发明涉及压水堆核电站堆芯安全冷却技术领域，具体涉及一种压水堆完全非能动堆芯余热安全冷却装置及冷却堆芯余热的方法。

背景技术

核能是一种清洁能源，将来有望成为国家能源体系主要支柱之一。在我国30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验的基础上，大型先进压水堆实现了先进性和成熟性的同意、安全性和经济性的平衡、能动与非能动的结合，具备国际竞争优势。由于快堆等第四代反应堆研发工作的延迟，压水堆是今后较长一段时间内建设与发展的主要力量。但是，压水堆核电站的严重事故风险一直未能完全消除，公众的接受程度限制了压水堆核电站的发展。因此，排除压水堆的严重事故风险，是一种发展趋势，且排除严重事故风险的压水堆核电站还能和自然安全快堆一起，形成统一的核燃料循环体系，进而构建无严重事故风险的核能体系，最终解决国家长期能源可靠保障集环境保护问题。

排除压水堆核电站严重事故风险的必要条件，即是在其安全冷却系统中排除全部带有失误概率的因素，放弃传统思维方式，摆脱对自然控制系统、能动设备及认为作用的依赖，开发出完全非能动的堆芯余热安全冷却装置，只依靠自然规律的作用来完成其全部安全功能。自然规律作用的本质是确定无误，没有任何失效的可能，因而能够实现确定性的核安全。

在现有的压水堆核电技术中，分析发现，在公开文献中，还未发现关于压水堆核电站完全非能动冷却系统的论述和设计细节，在目前被普遍认可的“能动+非能动”安全冷却系统系统优化组合，以及“能动启动+非能动运行”的系统中，在“能动”部分都包含失误概率，当发生某种事故时，首先仍是要依靠自动控制系统给出安全信号，用以打开相应的能动启动阀，在重大事故下可能还需要人为操作，所以在这些环节中，仍然包含失误概率。核电站安全冷却系统的运行需要满足不能失误的要求。

图1展示了大型先进压水堆现有的非能动堆芯余热安全冷却系统。在反应堆正常运行时，图1中能动启动阀107处于关闭状态，使堆芯余热安全冷却装置处于备用状态，来自蒸汽发生器104的蒸汽通过二回路蒸汽管道105流向汽轮机主汽门106，进一步通向汽轮机发电。当反应堆发生停堆事故时，汽轮机主汽门106关闭，堆芯101产生的余热依靠自然循环过程，将蒸汽通过一回路热腿102送至蒸汽发生器104放出热量，然后通过一回路冷腿103返回堆芯101。此时，需要启动堆芯安全冷却装置，则需要通过人力等能动作用打开能动启动阀107，将蒸汽送往高位常压大容积水池109中的水冷凝汽器108，依靠有限容积池中的热容来吸纳停堆后前72小时的堆芯余热。能动启动阀107的开启在反应堆正常运行时，能够被轻易打开，但是当反应堆发生严重事故时，由于情况的紧急混乱，打开能动启动阀107的失误概率会明显增大。能动启动阀开启失效导致日本福岛核事故失去了最后挽救核电站避免灾难性事故的宝贵机会。日本福岛核事故的惨痛经历告诉我们，采用“能动启动+非能动运行”的安全冷却系统是不完善的，所以在大型先进压水堆堆芯余热冷却系统的设计中出现了令人尴尬的局面：在使用优先顺序上，把这种号称非能动运行的安全冷却系统，由于其运行需要能动启动和有限的可用时间等局限性，被排到了能动安全冷却系统的后面，使之成为了一个只有在极端事故条件下万不得已才投入的备用系统。