AP 1000堆芯余热导出系统的分析与研究

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1、第34卷第7期华电技术Vo1．34No．72012年7月HuadianTechnologyJu1．2012AP1000堆芯余热导出系统的分析与研究张军承(国核工程有限公司，上海200233)摘要：介绍了AP1000第3代核电堆芯冷却技术的先进性和可靠性，论述了核反应堆堆芯余热产生的机制，对AP1000停堆冷却系统的设计特点、控制策略进行了分析研究，阐明了AP1000设计的堆芯冷却技术能够满足核安全要求并代表了一种具有前瞻性的设计理念。关键词：AP1000；余热导出系统；堆芯冷却；控制策略中图分类号：TL353文献标志码：B文章编号：

2、1674—1951(2012)07—0004—042)中子俘获反应产物的衰变热0引言P(t)=[1．63×10一exp(一4．91×10一t)+核电站的安全运营不仅是一种商业行为，更是1．6×10～。exp(一3．41×10一)]P(0)。一种社会责任。作为核电站三大基本功能之一的反应堆停堆后，其剩余功率按照一个负的周期“余热导出功能”对核电站的安全有着举足轻重的迅速衰减，周期的长短最终取决于寿命最长的放射作用。对于压水堆核电站而言，在停堆冷却、设备维缓发中子裂变核群的半衰期。停堆后不同种类的热h咖修和反应堆换料停堆期间，堆芯余热排

3、出系统以及源随时间变化的特性各不相同，其中的显热和剩余其他相关单元应正确地投运，否则，若发生丧失余热中子裂变热大约在30S内传出。其后，主要表现为排出功能的事故，会导致反应堆堆芯裸露以及随后衰变热。的燃料包壳损坏，甚至会造成放射性裂变产物向外以满功率长期运行的压水堆为例，停堆后反应界环境释放的严重后果。美国西屋公司的AP堆的剩余功率(主要是衰变热)随时间变化的衰减1000是第3代核电技术，它的余热导出系统设计独规律见表1。特，功能先进，引入了“非能动”的全新理念，提高了表1压水堆的衰变热反应堆停堆后时间停前反应堆停堆过程的安全裕度。

4、6．5oo1核电站反应堆堆芯余热产生的机制5．100核电厂与常规电厂有一个显著不同：当核电站3．200的反应堆停闭以后，核功率虽然消失，但由裂变碎片1．9cH0及中子俘获产物的衰变所产生的剩余功率却下降缓1．400慢，导致压水堆一回路内部还留存有一定的剩余功0．7400．330率。这些剩余功率表现为反应堆堆芯衰变热以及反0．110应堆冷却剂系统的显热，其主要包括以下几个部分：0．023(1)剩余裂变发热P(t)=0．15P(0)exp(一0．1t)，在核电站运营期间，操纵员可以调节反应堆的式中：P(t)为停堆t时后的剩余裂变功率；P

5、(0)为核功率，但却控制不了反应堆剩余功率的释放。为停堆前的堆功率；为停堆时间。了保障反应堆的安全，任何时刻都必须将剩余功率(2)剩余衰变发热。导出。因此，核安全的主要问题是：要在任何情况下1)裂变产物的衰变热保证反应堆堆芯燃料的持续、有效冷却。P(t)=5×10一P(O)A[t一。一(t+t)一。]，2AP1000停堆冷却系统与第2代核电技式中：t为停堆前反应堆连续运行的时间；，a均为系数术的设计差异及特点AP1000核电站是美国西屋公司在第2代核电收稿日期：2012—02—20技术和多年核电机组实践经验的基础上，优化设计第7期张

6、军承：AP1000堆芯余热导出系统的分析与研究·5·的创新型第3代核电技术。它完善了第2代核电技强制循环冷却，提高了反应堆堆芯的安全冷却功能。术的一些不足之处，采用经过美国核管会(NRC)独第2代核电技术只能依靠地坑喷淋水再循环系统实立验证的新技术，显著改善了核电机组的安全性和现冷却功能，冷却效率较低。经济性。AP1000正常余热排出系统重要设计参数非能动堆芯冷却系统(PXS)设计为抗震I类、见表2。．核安全相关系统，属于AP1000专设安全系统的重表2AP1000正常余热排出系统重要设计参数要组成部分。PXS由非能动堆芯余热排出系

7、统项目参数(PRHRS)和非能动安全注入系统(PSIS)2部分组RNS设计压力(RCS到安全壳外成。主要设备包括2个安注箱(ACC)、2个堆芯补侧隔离阀)／MPa水箱(CMT)、1个安全壳内置换料水贮存箱(IRW—安全壳外其他部分的压力／MPaST)、1个非能动余热排出热交换器(PRHRHX)、2停堆至RNS启动的时间／h个自动降压系统(ADS)喷淋器、4个pH值调节篮以启动时RCS压力／MPa及IRWST滤网和IRWST集水器等。这些设备根据¨m一档mn～№舢％启动时RCS温度／℃不同的设计标高、安装位置分布在核岛安全壳内部。设备

8、冷却水设计温度／℃“非能动”新概念理论的应用，是AP1000区别停堆至冷停堆的时间／h于第2代核电技术的最突出的特点。RCS冷停结束的温度／℃AP1000非能动安全设施相关系统的运行不需要交流电源，也不需要泵及相关的支持系统。在事注：