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由于此差压爆破阀是在自然力直接作用下动作,具有准确无误的本质特性, 因而不必为减少其不动作概率而设置平行的备用设备,也无需为防止其误动作而在管线上串联一个常开电动截止阀。这样,与现有技术中需要由自动控制系统控制的能动爆破阀相比,采用依靠自然力直接触发启动的差压爆破阀在把其失误由现有技术的低概率转为零的同时,又最大限度地简化了其系统设备与运行管理。现将非能动设备与能动设备性能的差别列入以下的比较表中。
表1. 两种阀门性能比较表
高压安全注水箱30内充以压缩氮气,其压力略低于一回路压力允许值的下限。在事故条件下,当一回路内压力降至低于此氮气压力时,差压爆破阀33自然转入开通状态,于是高压安全注水箱30内的存水经疏水阀31、常开电动截止阀32、差压爆破阀33、高压安全注水管34及安全注水管24注入压水堆23内的冷水下降通道,然后直抵堆芯1的入口。高压安全注水箱30内的容量有限,但当反应堆一回路发生事故降压后它的反应最快,确保对堆芯1不间断的冷却,但注水可持续时间受其容积限制。
中压安全注水箱29的工作原理与高压注水箱30完全相同,只是其氮气压力约相当于一回路额定工作压力值的一半,存量更大,启动后能保持相对更长一些时间的安全注水能力。
低压安全注水的水源为常压大容积水池14,在事故过程中当一回路压力接近安全壳内压力平衡值时,差压爆破阀36在常压大容积水池14内水静压的作用下自然转为开通状态,于是池水通过常开电动截止阀37、差压爆破阀36、低压安全注水管35及安全注水管24注入压水堆23。常压大容积水池14内的水容积有数千吨,可以持续较长时间的低压安全注水。待低压注水完成后整个压水堆23将处于完全被淹没状态,形成对堆芯1可靠的安全冷却条件。
在AP-1000压水堆核电站中,后果最为严重的大破口LOCA事故为反应堆一回路入口管道断裂或安全注水入口管道断裂。这时大部分安全注水绕过堆芯而直接涌向管道断口,且喷发的速度最大,一回路内降压速度最快,而且在其注水的后期安注箱内的压缩氮气通过堆芯,虽然其在压缩状态下的体积只有十几立方米,但随堆内的降压过程其体积将膨胀几十倍,因而堆芯内形成较大范围的燃料元件表面弥漫式膜态沸腾区,明显恶化了燃料元件的冷却条件。在这种工况下部分燃料元件有可能被烧毁。为解决这一问题,在本文中的高、中压注水箱的出口分别加设了各自的疏水阀31、40及28、48。这些疏水阀与电厂汽轮机给水回热加热器上凝结水出口的疏水阀相同,当其阀芯被水淹没时处于悬浮位置使疏水阀保持开通状态,这时水可以通过;而当疏水过程完成后阀芯被汽(或气)包围时,则阀芯依靠自重作用下落关闭管道,所以疏水阀只允许水通过,并阻挡蒸汽或气体的流通。这也是一个自然过程。同时将高、中压安全注水设立并列的各自独立的两组,并在一回路反应堆入口管道及安全注水管道入口的堆内一侧加设止回阀,在正常运行工况下不影响一回路的流入,而在事故工况下则自然关闭,因而完全消除了大破口LOCA事故工况下堆芯内产生燃料元件表面弥漫式膜态沸腾的条件。
图3中所示的差压爆破阀还具有双向保护功能。在安全注水系统所有差压爆破阀如图中所示的A向压力为一回路工作压力,B向为安全注水的水源压力。需要注水时爆破膜52的爆破直经为阀体外壳53的内径D1。此外当一回路过度超压由A向B方向爆破时,膜片的爆破直径为依托衬块上的通水孔内径D2,可以选择适当的膜片厚度及D2的大小,以准确地完成一回路超压保护的功能。
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