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韩国非能动核电站设想

北极星电力网新闻中心  来源:嘿嘿能源heypower  作者:Soon Heung Chang  2020/12/21 16:49:48  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 核电站 核电技术 核电

北极星核电网讯:核电站安全系统主要分为能动和非能动。大部分改进型压水堆都采用能动安全系统。能动安全系统需要厂外交流电或者应急柴油发电机(EDG)。能动安全的优势是容易获取的动能以及采用成熟的技术。因此,如有具备交流电,在DBA工况下的安全性可以很容易实现。而非能动安全系统通过重力、自然循环及压差等自然现象实现。

(来源:微信公众号“嘿嘿能源heypower”  ID:heiheinengyuan  作者:Soon Heung Chang)

但在福岛事故中,由于海啸导致的SBO(全厂断电事故)工况,所有的能动安全系统均不能运行。并且由于缺少事故状态监测导致操纵员错误及系统失效,即使有一些非能动安全系统,这些系统也不能可靠运行。

韩国的先进反应堆研究中心(CARR)提出并评估了一个新的安全系统用于余热排出及放射性包容。这是一个整体化的非能动安全系统(IPSS),可以通过重力、自然循环及压差自动运行。IPSS的五个主要功能是:(1)非能动余热导出;(2)非能动安注;(3)非能动安全壳冷却;(4)非能动IVR及堆腔注水;(5)过滤排放及压力控制。

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IPSS(一体化非能动安全系统)特点

(1)所有IPSS采用的安全系统均在非能动下运行,并不需要交流电。多种非能动安全系统可以在严重事故下实现,IPSS的每个功能均能起到作用。多种非能动安全系统根据纵深防御应对事故。IPSS可以在严重事故之前缓解BDBA工况。即使在BDBA工况下失效,导致了严重事故。IPSS可以缓解基于SBO工况的严重事故用于防止大量放射性物质释放。

(2) IPSS采用一体化及简化设计。IPSS的五大功能均是以IPST(一体化非能动水箱)及其附件为基础。因此在严重事故工况下,安全壳内的能动及非能动系统均不可使用,操纵员可以通过IPSS应对事故。另外IPST可以作为热阱、水源以及冲刷放射性物质的媒介。IPSS的设计理念是运行简化并可以容易的将外部IPST中的水注入需要的地方。在福岛事故中,即使安全壳内设置有非能动安全系统,仍不可长期运行。并且由于系统的复杂性,操纵员并不能轻易应对事故。而IPSS是核电站应对BDBA工况的最终安全系统,可以在现有能动非能动系统全部失效后起到作用。由于简化设计,IPSS的各个功能可以很容易被理解和操作。

(3)长期的余热导出功能由安全壳外的IPST实现。在事故中,IPST通过冷却剂的再注入可以延长安全持续时间。由于在一些事故中,人员不能进入安全壳,这将使情况恶化。因此,如果IPSS相关的系统在事故中被限制,向IPST中补充冷却剂是非常有效的缓解事故的措施。

(4) IPSS具有很好的可接近和可维持的特性。这与安全壳外的IPST相关。如果IPST失效,可接近和可维持特性可以有效缓解事故。与IPST相关的问题可以在外部解决,体现了IPSS的一体化及简化设计。

(5)安全壳压力可以通过FVS系统(安全壳过滤排放系统)控制。之前存在的问题是不能在放射性物质释放的同时控制安全壳压力。FVS可以解决这个问题。

IPSS具有以上特性,因此其安全性极高。另一方面,在建造和运行方面仍然存在一些现实问题:(1)在辅助厂房顶部安装IPSS需要进行结构评估。这与安全壳、IPST与辅助厂房的抗震设计相关。通过AP1000余APR+机组的大水池可以看出IPSS方案是可行的。AP1000顶部水箱PCCWST承载3000吨水。IPST底部所需的标高大约是30m,而PCCWST比IPST要高很多。IPST的标高与APR+的PCCT标高基本一致。即使储水量从1700吨提高到2000吨,随着加强结构支撑与抗震设计,IPST的安装是可能的。最终,基于之前安全系统大水池的设计,IPSS的设计过程中必须进行结构加强。

(2) IPSS的设计增加了安全壳的可渗透程度。但是,在现运机组中应用IPSS,安全壳不能新增孔洞。因此,IPSS必须应用现有孔洞。同时,IPSS需要在IPST与相关部件之间需要新的连接。IPSS可以使用消防管道建立连接。从IPST至压力容器和SG之间的连接需要调整。不过,IPSS最好是应用在新建机组。即使一些新的安全系统是创新、有价值的,但是由于设计修改的现实原因,它们不能应用在现有或新建机组。IPSS可以通过安装一个或多个IPST简单应用在现运压水堆。这并不需要对现有的主要设备进行调整。最终,由于IPSS的安装,安全壳需要进行评估。IPSS的应用必须在最小设计变动的情况下增强安全性。

(3) IPSS是现有安全系统的补充并不能替代。因此,每台机组的IPSS的运行策略必须清晰定义。如果能动安全系统可以在交流电很好的运行,IPSS就不需要运行。在SBO工况下,如果汽动辅助给水泵没有成功运行或交流电没有存储,IPSS也是不能运行的。最终,IPSS的每个功能都需要根据不同的机组制定运行策略。

(4) IPST的具体尺寸由热功率、多样的运行模式、交流电存储临界时间以及冷却剂的注入量决定。IPSS通过开启阀门实现各种功能。在SBO叠加小LOCA下PSIS和PCCS将缓解事故。此工况的临界时间比SBO工况要短。考虑余热导出能力与结构,本文评估IPST储量大概为2000吨。IPST如果应用在小型反应堆,其尺寸可以缩小。因此,IPSS可以同时执行不同的功能。但是其运行必须遵循临界时间。另外,当IPSS在现运机组应用时,由于现实的问题将有一些功能不能应用。

(5) IPSS的功能(除FVS除外)通过直流电动阀门的操作实现。FVS由爆破盘驱动。为了确保非能动程度,IAEA对广泛的非能动系统进行了定性评估和分类(IAEA, 1991)。非能动安全系统可以被分为四类。FVS功能属于C类(不需能源和移动机械的分类)。FVS通过爆破盘启动,并不需要能源。但是其它安全功能属于D类(需要直流电)。因此,IPSS的可靠性完全依靠阀门的控制。另外,安全壳隔离阀必须安装在管道上。例如,在IPST与堆芯连接管道的非能动ECCS功能,一台RCS隔离阀与一台安全壳隔离阀均采用止回阀防止回流。另外,在严重事故工况下(考虑到电力系统失效)应用的手动阀必须进行评估。

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