核电站安全注入系统RIS.docx

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核电站安全注入系统RIS

1.3专设安全设施

§1.3.1安全注入系统（RIS）

安全注入系统由高压安注（HHSI）、中压安注（MHSI）和低压安注（LHSI）三个分系统组成。

高压安注和低压安注（LHSI）的流程如图1，中压安注（MHSI）如图2所示。

高压安注和低压安注为能动注入分系统，具有足够的设备和流道冗余度，即使发生单一能动或非能动故障，仍能保证运行安全的可靠性和连续的堆芯冷却。

中压安注为非能动注入分系统，它包括两条单独的安注箱排放管线，每条连接到反应堆压力容器的一条注入管线上。

一、RIS系统的功能

1.1主要功能

在反应堆冷却剂系统发生失水事故或主蒸汽系统发生管道破裂事故时，安全注入系统（RIS）完成堆芯应急冷却功能。

（1）在失水事故情况下，通过向堆芯注入冷却水，防止燃料包壳熔化，并保持堆芯的几何形状和完整性；

（2）在主蒸汽管道破裂事故工况下，本系统向反应堆冷却剂系统快速注入浓硼溶液，以补偿由于不可控地产生蒸汽致使反应堆冷却剂过冷而引起地容积变化和反应性的增加，从而可以使反应堆迅速安全停堆，并防止反应堆重返临界；

（3）在失水事故后的再循环注入阶段，本系统的部分承压边界作为安全壳的延伸，起安全壳屏障作用。

1.2辅助功能

（1）在换料冷停堆期间，向反应堆换料水池充水；

（2）对反应堆冷却剂系统进行水压试验；

（3）在失去全部电源时，向反应堆冷却剂泵注入密封水。

二、高压安注分系统

高压安注分系统包括：

——三台HHSI泵（卧式多级离心泵）和相关的管道；

——硼注入箱、缓冲罐、硼酸再循环泵（屏蔽式离心泵）及相关管道；

——通向RCP系统的注入管线；

——高压安注泵从PTR001BA的吸水管道。

在一回路出现小泄漏或二回路蒸汽管道破裂引起一回路温度和压力下降到一定值时，立即投入高压安注系统，以补偿泄露并注入浓硼酸溶液。

1.高压安注泵（RCV001、002、003PO）

高压安注泵是利用RCV系统的三台上充泵。

在电厂正常运行时，它们作为RCV系统上充泵用于正常充水，其一台运行、一台备用、一台在维护。

在事故工况下，转入RIS系统，由两台泵运行（一台在维护），在当时一回路压力下，从换料水箱通过硼注入箱向一回路注水。

高压安注泵为卧式多级离心泵，其额定流量为34m3/h，额定流量下的总压头为1760~1802mLC，轴输入功率（最大）700kW。

2.硼注入箱（RIS004BA）

硼注入箱（BIT）位于高压安注泵的出口，使用容积3.4m3。

正常运行时它充满CB=21000ppm的浓硼酸溶液。

在事故情况下，根据安注信号打开隔离阀，由高压安注泵将硼溶液注入一回路冷段。

由于箱内CB=21000ppm的硼结晶温度为63℃，为防止硼结晶，硼注入箱隔热，并由两组分别由A、B系列电源供电的电加热器加热，保持温度在72℃—82℃之间。

3.硼注入箱再循环泵（RIS021，022PO）

为了保持硼注入箱内温度和硼浓度的均匀性，设有由再循环泵和缓冲箱组成的再循环回路。

再循环泵为屏蔽式离心泵，泵轴承由泵送的流体润滑，其额定流量4.6m3/h，轴输入功率（最大）8.8kW。

一台泵连续运行，一台泵备用。

泵设在隔热的箱体内由冗余的电加热器加热。

为了在需要时能迅速启动，备用泵也充满水并连续加热。

4.硼酸波动箱（RIS021BA）

硼酸波动箱为硼注入箱再循环回路提供缓冲能力。

其容积0.55m3，与大气相通。

波动箱装有两套电加热器、一个搅拌器和一个带粗过滤器的漏斗，使得在回路稀释后能补给硼。

与波动箱相连的所有管线都有电加热器加热。

在电站正常运行期间，波动箱具有与硼注入箱同样的硼酸浓度。

5.通向RCP系统的注入管线

HHSI泵可以通过四条管线中的任意一条将含硼水输送到RCP系统：

1）通过BIT的冷段注入管线

在接受到安注信号后该管线即投入运行，用HHSI泵从换料水箱吸水通过硼注入箱注入RCP环路冷段，并将浓硼酸溶液带入以便迅速向堆芯提供负反应性。

正常运行时硼注入箱的入口隔离阀RIS032/033VP和其出口隔离阀RIS034/035/036VP是关闭的，在接到安注信号后除了阀门RIS036VP保持关闭以外，这些阀门都将打开。

带有节流孔板的出口隔离阀旁路允许在冷热段同时注入阶段通过阀门RIS036VP以小流量注入，此时RIS034/035VP关闭，BIT入口隔离阀开启。

两条冷段注入管线上的止回阀RIS040/041VP用作反应堆冷却剂系统第二道隔离阀。

2）注入反应堆压力容器的另一条管线

这条管线在接到安注信号后延时3分钟自动投入运行，向反应堆压力容器直接注入。

管线上设置RIS019/020/029VP三个隔离阀，安注信号出现3分钟后，019/020VP自动开启，029VP仍保持关闭状态。

带有节流孔板的旁路管线用于冷热段同时注入阶段通过打开阀门029VP同时关闭019/020VP，以小流量向压力容器注入。

3）到热段的高压注入管线

这些管线是在长期再淹没阶段时使用，而且对确定的中等破口和小破口都需要这些管线。

这两条管线是并联设置的，每一条管线都向两个热段注水。

因此，该管线允许单一能动或非能动故障。

隔离阀RIS021VP和RIS023VP分别由系列A和系列B母线供电。

这些阀门是常闭阀，由控制室手动操作。

通过这些管线注入热段，相应各注入管线上的止回阀RIS046/047/048/049VP都是RCP的第二道隔离阀门。

三、中压安注分系统

中压安注系统由两个安注箱组成。

每个安注箱连到反应堆压力容器上。

每条管线设置串联的两只止回阀和一只常开的隔离阀。

为了对安注箱止回阀的泄漏进行试验，提供了试验管线。

每个安注箱装设一只安全阀。

使用水压试验泵（9RIS011PO）可以从换料水箱向安注箱充水并调节其水位。

中压安注为非能动安全系统，不用安注信号启动，在失水事故情况下，一旦RCP系统压力降到安注箱正常压力4.65Mpa.a以下时，就自动建立注入流量，能在最短时间内淹没堆芯，避免燃料棒熔化。

1.安注箱（RIS001、002BA）

安全壳内两个安注箱分别接到反应堆压力容器上。

每个安注箱总容积48.2m3，内充33.2m3的含硼水（CB=2100ppm），用压力4.65Mpa.a的氮气覆盖。

在RCP压力降到安注箱压力以下时，由氮气将含硼水压入PCP冷段。

每个安注箱能提供淹没堆芯容积的50%。

2.安注箱的隔离

隔离是由每条注入管线的两个串联的止回阀来保证的。

每条管线上设有一个手控电动隔离阀，正常运行时是打开的。

当正常升压，降压和停堆期间一回路压力低于安注箱压力时，用此隔离阀闭锁注入系统。

3.试验泵（9RIS011PO）

试验泵为双缸往复式正排量机组。

水力回路是包含两台泵的闭式回路，为了防止泵汽蚀，主泵用另一台泵增压。

试验泵最大流量为6m3/h，最大流量下的总压头为24.0Mpa.a。

试验泵是两机组共用，除用于一回路水压试验外，也用来从换料水箱向安注箱充水。

此外，在上充泵停运的情况下，试验泵还能提供主泵的轴封水。

四、低压安注分系统

低压安注系统由两个冗余系列组成，它们分别由两个独立的冗余电源供电。

在电站正常运行期间，泵的进出口电动隔离阀是打开的，两条管线由止回阀隔离，以使低压安注泵接到安注信号能迅速启动，从换料水箱抽水。

当RCP系统压力低于低压安注泵压头时，开始向RCP系统冷段和压力容器或冷段和热段及压力容器。

当换料水箱出现低水位信号时，转为从安全壳地坑抽水进行再循环。

1.低压安注泵

低压安注泵为带诱导轮的立式筒形离心泵，每台泵装有机械密封和球型止推轴承，传动轴由滑动轴承支承，该轴承由泵送的流体润滑。

电机和轴承由设备冷却水系统（RRI）冷却。

低压安注泵额定流量680m3/h，额定流量时最大总压头100mLC，轴输入功率255kW。

低压安注泵有以下两种运行工况：

1）直接注入阶段，两台低压安注泵通过两条独立管线从换料水箱抽水。

2）再循环阶段，两台低压安注泵通过两条独立管线从安全壳地坑抽水。

2.低压注入管线

每台低压安注泵的出口通过隔离阀RIS077VP和078VP接到高压安注泵吸入母管上，通过这些管线为HHSI泵增压，防止汽蚀。

到冷段和压力容器注入管线的电动阀门RIS061/062VP是常开的，在长期再淹没阶段开始时被关闭，此时打开阀门RIS030/031VP，低压安注以小流量向冷段和压力容器注入。

止回阀RIS071/081VP起保护LHSI免受HHSI超压和隔离安全壳的作用。

各条冷段注入管线及压力容器注入管线上的止回阀起RCP第二道隔离阀的作用。

如果LHSI泵在反应堆冷却剂系统压力高于泵的关闭压头情况下起动，提供了通过换料水箱的小流量再循环管线。

在进行低压安注泵试验时，也使用这条管线。

另一条小流量管线允许泵在再循环阶段能通过安全壳地坑再循环。

五、设计基准事故工况下RIS的运行

1.事故描述

1）LOCA和弹棒

冷却剂通过破口向安全壳喷放,使一回路压力迅速下降;释放到安全壳内的大量流体质量和能量,导致安全壳内的压力和温度上升;蒸汽发生器压力逐渐下降。

由于慢化剂蒸发和密度减小会引起反应性减少。

（如图4）

2）SG传热管破裂

稳压器压力和水位下降，但反应堆冷却剂压力会保持高于蒸汽发生器压力，损坏的蒸汽发生器水位会上升。

蒸汽发生器排污系统（APG）和冷凝器（CVI）的放射性提高，而安全壳压力不会上升。

3）蒸汽管线破裂

蒸汽流量突然增加,会使冷却剂系统迅速冷却及稳压器水位和压力下降,相关的蒸汽发生器中蒸汽压力将下降,一回路温度的降低可引起反应性增大。

4）给水管线破裂

给水不足使反应堆冷却剂压力和温度将升高,而二次侧蒸汽压力下降,相关蒸汽发生器水位下降。

2.

安全注入控制信号

高压和低压安注系统由反应堆保护系统（RPR）响应冷却剂丧失和蒸汽管道破裂事故所产生的信号自动启动。

如果自动控制电路故障，可由控制室手动启动。

即使厂外电源丧失，所有电动启动器（水压试验泵除外）由柴油发电机应急供电。

中压安注系统不需要外电源或启动信号就能快速响应。

当反应堆冷却剂压力降到低于安注箱的压力（4.65Mpa.a）时就开始向反应堆压力容器注水，保证快速冷却堆芯。

安注信号是：

1）稳压器压力低低，阈值为11.93Mpa.a（2/4逻辑，P11未闭锁）

2）蒸汽管道压力低（1/2逻辑）+蒸汽管道流量高（1/2逻辑）

3）一回路平均温度低低（2/4逻辑，即P12）+蒸汽管道流量高（1/2逻辑）

4）

蒸汽管道压力低低（2/3逻辑）

5）安全壳压力高2（1.3MPa.a，2/3逻辑）

6）手动安注信号

一经接受到安注信号，就立即自动启动以下系统：

1）反应堆紧急停堆；

2）汽机脱扣；

3）安全壳第一阶段隔离（CIA）；

4）安注系统投运；

5）

电动辅助给水泵启动，ASG投运；

6）ARE主给水隔离，主给水泵（APA）停运；

7）DVH（上充泵房应急通风）启动；

8）RRI和SEC备运泵启动；

9）启动应急柴油发电机组；

10）DVK（核燃料厂房通风）和DVW（安全壳外贯穿房间通风）切换到碘过滤器；

11）安全壳大气监测系统ETY退出运行。

六、安注过程

1.第一阶段——冷段直接注入阶段

1）启动第二台HHSI泵；

2）开换料水箱与高压安注泵之间的阀门（开RIS012/013VP）；

3）开硼注入箱前后隔离阀（RIS032/033/034/035VP），再循环回路隔离（关RIS206/208/209VP）；

4）将容积控制箱RCV002BA与HHSI泵隔离，但反应堆冷却剂泵密封水注入管线保持开启（关闭阀门RCV033/034VP，关闭RCV375/376VP）；

5）化容正常上充隔离，HHSI泵最小流量管线隔离（关闭RCV222/223VP）；

6）确认中压安注箱隔离阀（RIS001/002VP）开，确认低压安注泵与PTR002BA之间阀门RIS075/085开启；

7）LHSI泵通向高压安注泵吸水口阀（RIS077/078VP）开启；

8）启动LHSI泵，确认返回PTR001BA的最小流量管线畅通（RIS132/133/144/145VP开启）；

9）确认LHSI泵从安全壳地坑取水线上的隔离阀（RIS051/052VP）关闭；

10）三分钟后，接通另一条高压安注管线（开启RIS019/020VP），直接注入压力容器，以提高流量。

安注启动以后要加以控制，首先判断安注是误安注还是“真”安注，然后判断安注是否有必要，再据PZR水位和ΔTSAT决定能否转入上充—下泄模式。

在安注信号出现5分钟后，连锁消除，操纵员可以手动复位。

说明以下几点：

——当RCP压力下降到4.65MPa.a左右时，即RCP压力低于安注箱压力时，安注箱内硼溶液开始注入RCP冷却剂中；

——当RCP压力下降到1.5MPa.a左右时，即RCP压力开始低于LHSI泵出口压力时，低压安注线上开始有硼溶液注入到RCP冷段和压力容器中去；

——当RCP压力下降到1.5MPa.a时，手动关闭RIS001/002VP，防止安注箱内的氮气进入一回路；

——当LHSI泵单泵流量足以满足泵的运行要求（RIS014/015MD流量“高”）时，自动隔离小流量线（即关闭RIS132/145VP），且LHSI泵到地坑的小流量线将自动被隔离（即关闭RIS167/168VP）；

——当RWST水位达到LOW2时，进入再循环过渡阶段，作以下调整，准备转到冷段再循环注入阶段：

·自动关闭RIS012/013VP；

·自动开启LHSI泵到地坑的小流量线，即开启RIS167/168VP；

·自动关闭LHSI泵到RWST的小流量线，即关闭RIS132/145VP。

以上动作是为了防止在再循环阶段高放射性液体污染换料水箱。

但安注的情况并没有变化，仍是由高压安注泵通过低压安注泵增压后将硼水注入RCP系统。

（2）第二阶段——冷段再循环注入阶段

随着安注泵不断RWST中的硼溶液注入到一回路中，RWST的水位持续下降。

当RWST的水位降到LOW3时，如果此时仍需要安注，则需要将LHSI泵的吸水口切向安全壳的地坑，即转入冷段再循环注入阶段。

状态特征有：

·LHSI泵从地坑吸水的阀门（RIS051/052VP）开启；

·LHSI泵从RWST的吸水的阀门（RIS075/085VB）关闭；

·LHSI泵到RWST的小流量线上另外两个隔离阀（RIS133/144VP）关闭；

·轴封注水线继续保持运行。

（3）第三阶段——冷热段同时再循环注入阶段

安注动作开始，先是一直向一回路冷段，在三分钟后同时向压力容器注入硼水，这硼水可能来自RWST或安全壳地坑。

对于冷段破口，在堆芯顶部可能会有蒸汽积聚，蒸汽将通过热段从冷段破口喷放到安全壳内。

随着冷段的连续注入，压力容器中的硼连续浓缩，从而可能导致压力容器内出现硼结晶，而地坑内的硼浓度不断下降。

因此，必须向一回路热段注入，用冷却水反冲堆芯，以终止汽化和硼酸在反应堆容器内的浓缩，达到防止出现硼结晶的目的。

对于热段破口，压力容器硼浓度的增加是轻微的。

如果转到热段注入，反而会使物理现象复杂化，为此，对于热段破口最好维持向冷段注入。

实际情况中，往往很难确定破口的位置，这时，一般采用冷热段同时注入的方法。

即：

安注动作11.5h小时后，通过手动操作将安注切到冷热段同时再循环注入阶段。

冷热段同时注入时，以热段注入为主，冷段注入为辅。

状态特征有：

·LHSI泵向热段注入的阀门（RIS063/064VP）开启；

·LHSI泵向冷段和压力容器注入的主通道阀门（RIS061/062VP）关闭，旁路阀（RIS030/031VP）开启；

·HHSI泵向热段注入的阀门（RIS021/023VP）开启；

·HHSI泵向冷段注入的主通道阀门（RIS034/035VP）关闭，旁路阀（RIS029/036VP）开启；

·两个系列HHSI泵出口分离，即RIS083/084VP关闭；

·轴封注水线隔离（即关闭RCV060/76/77VP，）。

同样，在LHSI泵的单泵流量足以满足泵的运行要求（RIS014/015MD流量“高”）时，LHSI泵到地坑的小流量线将自动隔离，即关闭RIS167/168VP。

（4）长期再循环注入阶段

安注动作24小时后，通过手动操作将安注转入到长期再循环注入阶段。

与冷热段同时再注入阶段相比，该阶段的主要变化为两个系列HHSI泵的吸水口，即关闭RCV053/054VP，及关闭RCV373/374VP。

在HHSI泵吸水口分离之前，如果有一台LHSI泵不可用，则相应系列的HHSI泵必须在实施分离之前预先停闭。

安注动作后的各阶段切换可由图5表示。