专设安全设施.docx
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专设安全设施
8.0专设安全设施
8.1概述
专设安全设施包括非能动堆芯冷却系统、非能动安全壳冷却系统、安全壳氢气控制系统、安全壳和安全壳隔离系统、主控室应急可居留系统和安全壳泄漏率试验系统。
8.2非能动堆芯冷却系统
非能动堆芯冷却系统流程图见图8.2.
8.2.1系统功能
非能动堆芯冷却系统（PXS）的主要功能是在假定的设计基准事件发生后提供应急堆芯冷却。
为了实现这个主要的功能，非能动堆芯冷却系统设计实现如下功能：
●应急堆芯衰变热排出
在瞬态、事故或任何正常热量排出路径丧失时提供堆芯衰变热排出。
该热量排出功能适用于包括停堆在内的多种反应堆冷却系统工况。
在换料期间，当安全壳内置换料水箱水被排入换料水池时，可利用其他非能动方法排出堆芯衰变热。
●反应堆冷却剂系统紧急补给和硼化
当发生化容系统提供的正常反应堆冷却剂系统补给不可用或不足的瞬态或事故时，PXS为反应堆冷却剂系统提供补给和硼化。
●安全注射
在发生所有破口范围内的冷却剂丧失事故，直至并包括反应堆冷却剂系统最大主管道双端断裂时，PXS为反应堆冷却剂系统提供安注以提供足够的堆芯冷却。
●安全壳pH值控制
在事故工况后，PXS在安全壳内添加化学物质来建立淹没化学条件，在安全壳内的高放射性环境下，该条件维持放射性核素的保存并且在长期淹没条件下防止其对安全壳设备的腐蚀。
8.2.2系统描述
当启动给水系统的衰变热排出能力或化容系统的补给流能力不足或丧失时，非能动堆芯冷却系统提供安全相关的安全注射及反应堆冷却剂系统衰变热排出功能。
PXS设备被布置在安全壳内。
该系统包括管路，阀门以及支持该系统运行的仪表。
该系统对化容系统的硼水补给流，厂用气体系统的安注箱压缩氮气补给流，以及乏燃料池冷却系统的安全壳内置换料水箱循环/净化/传输提供了接口。
PXS还对与维护相关的取样、通风和排水提供了管路接口。
PXS设计运行在没有使用诸如泵和交流电源等能动设备的条件下。
该系统依赖于可靠的非能动部件和工艺，例如自然循环、重力和压缩气体。
8.2.3主要设备设计参数
非能动堆芯冷却系统（PXS）是一个抗震Ⅰ类安全相关的系统。
它由一个非能动余热排出热交换器（PRHRHX）、两个堆芯补给箱（CMT）、两个安注箱、一个安全壳内置换料水箱（IRWST）、pH值调整篮、安全壳内置换料水箱滤网，安全壳再循环管线和相关联的管道、阀门、仪表和其余相关设备组成。
属于反应堆冷却剂系统的一部分的自动卸压系统的阀门和鼓泡管，也提供重要的非能动堆芯冷却功能。
具体参数见下表。
设备数据-非能动堆芯冷却系统
堆芯补给箱
数量2
类型立式，筒式，半球型封头
总容量，（英尺3）2500（70.8米3）
设计压力（磅/英寸2）2485（17.1MPa表压）
设计温度（℉）650（343.3℃）
材料碳钢，不锈钢衬里
AP1000设备级别A
安注箱
数量2
类型球型
总容积，（英尺3）2000（56.0米3）
水容积，（英尺3）1700（48.14米3）
设计压力（磅/英寸2）800（5.52MPa表压）
设计温度（℉）300（148.9℃）
材料碳钢，不锈钢衬里
AP1000设备级别C
安全壳内置换料水箱
数量1
类型与安全壳内部结构一体
容积，最小水容积（英尺3）73,900（2092米3）
设计压力（磅/英寸2）5（0.034MPa表压）
设计温度（℉）150（65.6℃）
材料不锈钢覆面
AP1000设备级别C
设备数据-非能动堆芯冷却系统
非能动余热排出热交换器
数量1
类型立式C型管式
热负荷（英制热量单位/小时）2.01E+08（5.89E+07J/S）
管侧壳侧
流体反应堆冷却剂安全壳内置换料水箱水
设计流量（磅/小时）5.03E+05（2.28E+05kg/h）N/A
温度流进（℉）567（297.2℃）120（48.9℃）
流出（℉）199（92.8℃）N/A
设计压力（磅/英寸2）2485（17.1MPa表压）N/A
设计温度（℉）650（343.3℃）N/A
材料，管路690合金N/A
AP1000设备级别AN/A
设备数据-非能动堆芯冷却系统
鼓泡管
数量2
类型十字型
开孔面积（英寸2）274（1768厘米2）
设计压力（磅/英寸2）600（4.14MPa表压）
设计温度（℉）500（260℃）
材料不锈钢
AP1000设备级别C
pH值调整篮
数量4
类型矩型
最小总体积（（英尺3）580（16.4米3）
最小TSP体积（英尺3）560（15.9米3）
材料不锈钢
AP1000设备级别C
滤网安全壳内置换料水箱安全壳再循环
数量22
表面积，拦污栅（英尺2）≥70（6.5米2）≥70（6.5米2）
表面积，细滤网（英尺2）≥140（13.0米2）≥140（13.0米2）
细滤网网孔尺寸（英寸）0.125（0.317厘米）0.125（0.317厘米）
材料不锈钢不锈钢
AP1000设备级别CC
8.3非能动安全壳冷却系统
8.3.1功能
非能动安全壳冷却系统执行以下安全相关功能：
●安全相关最终热阱：
在设计基准事故后排出安全壳内大气的热量，并传递至环境。
●降低安全壳压力与温度：
通过将安全壳大气中的热量传递至环境，限制并降低丧失冷却剂事故（LOCA）或安全壳内主蒸汽或主给水管道破裂）后安全壳内的温度和压力。
●控制裂变产物的泄漏：
通过减小安全壳大气与环境的压差限制事故后放射性的泄漏，同时促进安全壳大气中裂变产物的去除。
●乏燃料池及消防水的贮存与供应：
提供一个抗震级乏燃料池补水源和抗震级防火水源。
8.3.2系统描述
非能动安全壳冷却系统是一个安全相关系统，有能力直接从钢制安全壳容器向环境传递热量，防止安全壳压力和温度在设计基准事故后高于设计值，并在较长时期内降低安全壳压力和温度。
非能动安全壳冷却系统利用钢制安全壳壳体作为一个传热表面，蒸汽在安全壳内表面冷凝并加热内表面，然后通过导热将热量传递至钢壳体。
加热的钢壳外表面通过水和空气的对流、辐射和物质传递（水蒸发）等热传递机理冷却。
热量以显热和水蒸汽的形式通过自然对流的空气带出。
来自环境的空气通过一个“常开”流道进入，沿安全壳容器外壁上升，最终通过一个高位排气口返回环境。
安全壳壳体由位于安全壳以上、与屏蔽厂房结构为一体的储水箱利用重力作用径直泻水洒湿。
泻向安全壳外表面的水接Hi-2安全壳压力或温度测量值后自动触发，至少在3天内不需要操作员的干预调节流量或补充非能动安全壳冷却水的供应。
非能动安全壳冷却系统利用了钢制安全壳容器、环绕安全壳的混凝土屏蔽厂房，以及安全壳与屏蔽厂房之间的空气导流板结构即空气流道。
该系统设置两台循环泵和相关管道、阀门及仪表，用于循环储水箱中的水，通过添加化学物控制水箱的水化学性质和加热水防止结冰。
该系统亦包括一个非能动安全壳冷却辅助储水箱（PCCAWST），为安全壳冷却提供额外的厂内水源，并为乏燃料池或消防系统提供补水。
8.3.3设备描述
非能动安全壳冷却系统所有管道、阀门、箱体，以及盛水设备和分水堰均由不锈钢建造。
●非能动安全壳冷却水储水箱：
储水箱位于安全壳容器以上，与屏蔽结构为一体，其内壁衬不锈钢板。
储水箱设有液位测量和温度测量。
为维持系统的可运行性，设置一个与箱体连接、利用加热器控制水温的再循环回路，同时提供化学添加物以维持水质。
●非能动安全壳冷却水储水箱排水管
储水箱设有4根出口管，其进口位于储水箱的不同高度，使重力驱动的水箱疏水流量成为液位函数。
出口管的相继裸露，结合水箱水位压头的降低，使储水箱的疏水流量：
1）为早期安全壳热量的排出提供高流量，2）随时间推移非能动地降低流量以更好地接近堆芯衰变热并使水箱疏水时间延至最长。
●非能动安全壳冷却水储水箱隔离阀
4根储水箱出口管连接至1根公共集管，集管与设有冗余隔离阀的三根平行管线相连。
在其中两根管线上，一个常关的气动蝶阀（失效开）接Hi-2安全壳压力信号或安全壳高温信号后开启。
在常关蝶阀上游串联布置常开电动闸阀，由1E级直流电源供电。
第三根平行管线上设有2个电动闸阀，一个常关，另一个常开，由1E级直流电源供电，接Hi-2安全壳压力信号后自动开启。
●分水斗
奥氏体不锈钢分水斗用来将水分配到安全壳穹顶的外表面。
两条冗余的储水箱输水管线和来自辅助储水箱的管线向斗中排水。
斗的边墙均匀地开有16个分水槽，将水均匀分成16股。
分水斗悬挂在屏蔽厂房屋顶并恰好悬在安全壳穹顶上。
●分水堰
奥氏体不锈钢堰式分水装置用来优化安全壳壳体的洒湿面。
水由分水斗以均等的16股洒向安全壳穹顶正中位置，每股水流入16个径向扇面之一。
●空气流道
空气流道用来形成沿安全壳壳体外侧向上的自然循环驱动气流，用以提高安全壳壳体表面的水蒸发从而降低安全壳压力。
空气流道包括设有滤网的屏蔽厂房入口及空气导流板，空气导流板将安全壳外表面和屏蔽厂房内表面之间的空间分为下降流外环廊和沿安全壳壳体的上升流内环廊。
●非能动安全壳冷却水辅助储水箱
非能动安全壳冷却水辅助储水箱是一个圆柱形钢制箱体，布置在辅助厂房附近的地表高度。
辅助储水箱装满除盐水，设有液位测量和温度测量通道。
箱体内设有一台加热器，用于维持水温在冰点以上。
水化学性质可通过化学添加箱进行调节。
●化学添加箱
化学添加箱是一个小型、立式圆柱箱体，用来投入过氧化氢溶液（和/或其他除藻剂）以防止储水箱和辅助储水箱中藻类滋生。
●再循环泵
在储水箱再循环管路上设有两台离心再循环泵，其容量设计考虑在一台泵运行时将储水箱中水装量每周循环一次。
两台泵均可手动接入从辅助储水箱取水，每台泵都能够向储水箱或直接向安全壳，并同时向乏燃料池供水。
两台泵可以手动接入并联运行以满足消防系统用水需求。
●再循环加热器
在储水箱中设有再循环加热器防止水冻结。
加热器容量的设计考虑箱体和再循环管道在最低电厂温度下的热损失。
非能动安全壳冷却水储水箱
容积（加仑）–额定值
785,000（2970m3）
设计温度（℉）
125（51.7℃）
设计压力
常压（1.0bar）
材料
混凝土，不锈钢衬里
非能动安全壳辅助冷却水储水箱
容积（加仑）–供非能动安全壳冷却系统、乏燃料池冷却系统及消防系统的总水量
800,000（3028m3）
设计温度（℉）
125（51.7℃）
设计压力
常压（1.0bar）
材料
碳钢
非能动安全壳冷却再循环泵
数量
2
型式
离心泵
设计流量（gpm）
135（30.6m3/hr）
设计全扬程（英尺）
375（114.3m）
材料
不锈钢
8.4安全壳氢气控制系统
8.4.1功能
安全壳氢气控制系统的功能是限制反应堆安全壳大气中的氢浓度，从而在发生各类假想事件后，不会威胁安全壳完整性。
该系统执行以下安全相关功能：
●在设计基准事故－丧失冷却剂事故（LOCA）后限制和降低安全壳内的氢气总体浓度。
该系统还执行以下非安全相关功能：
●在严重事故后提供防止氢爆燃或爆炸的纵深防御保护功能。
●在正常运行和设计基准事故后监测安全壳大气中的氢浓度。
●在堆芯恶化或堆芯融化事故期间及以后，通过局部点燃释放的氢防止安全壳内总体氢浓度达到可燃限值。
8.4.2系统描述
两台安全相关的非能动自动催化复合装置（PARs）安装在安全壳内高于操作平台的区域，能适应丧失冷却剂事故（LOCA）后预期的氢气产生速率。
在严重事故后，假定100%的燃料包壳与水发生反应。
锆-水蒸气反应产生氢的速率足够快，基于PARs运行时不可能防止安全壳内氢浓度超过最低可燃浓度限值，特别是局部区域。
因此，当安全壳内任一区域的氢浓度达到最低可燃浓度限值不久后，氢点火器启动以促进氢的燃烧。
在较低氢可燃范围燃烧氢气可防止在较高氢浓度时发生事故性氢燃烧。
这可确保氢燃烧期间维持安全壳的完整性，并且保证氢燃烧期间及以后安全相关设备可持续运行。
对于氢快速产生的事故序列，通过点火器的运行也可限制安全壳内总体氢浓度。
氢浓度在可燃限值和10%体积浓度之间时，点火器引起氢的局部爆燃，从而防止氢爆炸的发生。
为达到这个目的，点火器布置在安全壳内氢气可能释放、流动或聚集的区域。
分布在安全壳内的监测仪为操作员提供安全壳大气氢浓度的连续指示。
这些监控能力使操作员监控和开始事故后缓解措施，包括开启氢点火器。
8.4.3设备描述
●非能动自动催化复合装置（PAR）
位于安全壳内的两台安全相关PAR能在任何设计基准事故后维持安全壳总体氢浓度在较低水平。
PAR是非能动的，由提供装置结构和支撑催化剂的不锈钢外壳构成。
外壳的底部和顶部设有开口，并且向上延伸高于催化剂，从而通过烟囱效应提高装置的效率和流通能力。
在运行期间，复合装置内的气体由于复合过程被加热，由于自然对流导致气体上升。
随着加热气体上升，安全壳空气混和物通过PAR的底部进入复合装置，由放热反应加热，然后通过烟囱排出。
●氢点火器
安全壳内安装了64台氢点火器。
在严重事故和堆芯熔化事故期间以及以后，通过燃烧（爆燃）相对低浓度的氢，以防止氢浓度达到爆炸水平。
点火器为火塞型，在发生严重事故的安全壳环境下，火花塞表面温度可维持在1600to1700°F（871to927°C）。
一旦氢达到可燃浓度，热的火花塞可以轻易点燃附近的氢。
喷淋防护板用来防护下落的水滴。
●氢浓度监测仪：
三台监测仪分布在安全壳内，为操作员提供安全壳大气氢浓度的连续指示。
氢探测器
数量（总数）3
范围（氢%）0–20
响应时间10秒内浓度变化90%
非能动自动催化复合装置
数量2
有效进口面积（perunit）（ft2）10.7（1m2）
进口氢浓度范围（%）0–4
（1）
平均效率（百分比）85
氢点火器
数量64
火花塞表面温度°F1600至1700（871至927°C）
能耗（瓦特/点火器）95
8.5安全壳和安全壳隔离系统（CNS）
AP1000的安全壳和安全壳隔离系统可分为安全壳系统和安全壳隔离系统两个分系统。
8.5.1安全壳分系统
8.5.1.1系统功能
8.5.1.1.1安全壳分系统执行以下安全相关功能：
●完整性
安全壳分系统限制了假定事件或事故工况下裂变产物释放到环境中去。
在假定的冷却剂失水事故、蒸汽管道破裂和给水管道破裂时，安全壳分系统设计成能承受此时最大的安全壳内压力和温度。
从安全壳内部压力降低到由于设计基准事故导致的安全壳外部压力的加载，安全壳分系统都能提供足够的保护。
安全壳设计能承受严重事故时最大的安全壳内压力和温度。
安全壳设计考虑了严重事故下的完整性要求。
●转移热量
安全壳分系统的钢制安全壳容器还可在安全壳大气和非能动安全壳冷却系统（PCS）之间提供换热表面，因此它们构成了AP1000最终热阱。
此外，PCS的钢制安全壳容器外壳支撑了空气导流装置从而形成了沿着钢制安全壳外表面的自然循环冷却空气通道，它还为装在安全壳穹顶的PCS的流水分配堰提供支持。
8.5.1.1.2安全壳分系统还可执行以下非安全相关功能：
●泄漏试验
安全壳分系统能按照U.S.NRC10CFR50,附录J;ANSI/ANS56.8和AP1000电站技术规格书的要求对安全壳容器和贯穿件进行泄漏率试验。
●进口/出口
安全壳容器设备运输通道和人行通道气闸留有足够的空间以便在任何正常或不正常情况下设备和人员可以容易进出。
●燃料运输
安全壳燃料运输管贯穿件在安全壳内置换料通道和辅助厂房的燃料处理区之间为燃料运输提供了方便的通道。
8.5.1.2系统描述
安全壳分系统的边界包括钢制安全壳、电气贯穿件、燃料运输贯穿件、设备运输通道和人行通道气闸、蒸汽发生器外壳、蒸汽发生器蒸汽侧仪表连接件、以及安全壳内的蒸汽、给水和排污管线。
8.5.1.3主要设备设计参数
8.5.1.3.1钢制安全壳容器（SCV）
SCV是独立的有椭球顶部和较低顶端的圆柱形钢制容器，它的顶部是直径130英尺（39.624m）高37′-7.5″（11.468m）的椭球体。
其有如下设计特征：
直径：
130英尺（39.624m）
高度：
215′-4″（65.634m）
设计标准：
ASMEIII,第1部分
材料：
SA738,等级B
设计压力:
59psig（0.407MPa，表压）
设计温度：
300°F（149℃）
设计外压：
2.9psig（0.02MPa）
8.5.1.3.2设备运输通道和人员通道气闸
有两个设备运输通道，一个在运行平台处标高135′-3″（110.7442m），内径为16英尺（4.877m）。
另一个在标高为107′-2″（102.1844m）的楼板处，内径为16英尺（4.877m）。
有两个人员通道气闸，每个都与其各自的运输通道相邻。
每个人员通道气闸的外径大约为10英尺（3.048m），门的开度达到3′-6″宽（1.067m）,6′-8″（2.032m）高。
8.5.2安全壳隔离分系统
8.5.2.1系统功能
8.5.2.1.1安全壳隔离分系统执行以下安全相关功能：
●完整性
安全壳隔离分系统的安全隔离管道限制了假定事件或事故工况下裂变产物释放到环境中去。
在假定的冷却剂失水事故、蒸汽管道破裂和给水管道破裂时，安全壳隔离分系统设计成能承受此时最大的安全壳内压力和温度。
从安全壳内部压力降低到由于在设计基准事故导致的安全壳外部压力的加载，安全壳隔离分系统都能提供足够的保护。
安全壳隔离分系统设计要能承受严重事故时最大的安全壳内压力和温度。
●隔离
安全壳隔离分系统的安全隔离管道上的隔离阀门用于维持安全壳边界的完整性从而防止或限制裂变产物的泄漏，同时，这些阀门在正常运行模式期间或假想的设计基准事件后提供贯穿安全壳边界的流体通道。
安全壳隔离管道上的隔离阀采用了多种驱动信号，从而确保隔离的发生。
8.5.2.1.2安全壳隔离分系统还可执行以下非安全相关功能：
●泄漏试验
安全壳隔离分系统能按照U.S.NRC10CFR50,附录J;ANSI/ANS56.8和AP1000电站技术规格书的要求对隔离阀和贯穿件进行泄漏率试验。
8.5.2.2系统描述
安全壳隔离分系统的边界包括机械管路贯穿件和安全壳隔离阀和试验连接件。
但是，通常这些隔离阀和试验连接件被认为是它们所属系统的一部分而不是安全壳隔离分系统的一部分。
8.6主控室应急可居留系统（VES）
8.6.1系统功能
主控室应急可居留系统（VES）为主控室提供可呼吸空气并防止气溶胶进入，保证主控室的可居留性。
在设计基准事故下本系统也用来限制电厂特定区域内的温度上升。
本系统为非能动系统，无能动部件。
本系统为专设安全相关系统，执行以下功能：
a）为主控室人员提供可呼吸空气。
b）维持主控室相对周围区域为正压，以防止气溶胶污染物进入。
c）利用构筑物的蓄热能力，为设计基准事故后仍需保持功能的电厂部分区域的设备提供非能动冷却。
8.6.2系统描述
本系统由应急空气储存罐和相关的管路，阀门以及仪表组成，系统的运行和功能考虑了辅助厂房墙和地面钢/混凝土表面以及肋状表面的蓄热能力，用来保证电气设备和人员停留房间的温度维持在可接收水平内。
系统包括四个送风储存罐模块（共32个罐）可供呼吸的压缩空气，维持最小压力为23.55MPa。
每个模块的储存罐连接至一个集管，四个模块的集管再连接至一个共用的送风联箱。
送风联箱上接出通往主控室的两根管路，分别为主送风管路和替代送风管路。
32个送风储存罐容纳足够的压缩空气，可向主控室送风110.4Nm3/h至少72小时。
送风维持主控室处于至少3mm水柱的轻微正压。
利用主控室、仪控房间和DC设备间的非能动热阱，本系统当核岛非放射性通风系统（VBS）不可运行时，在72小时期间内限制每个房间的温度上升，储存罐补气由压缩空气和仪表空气系统（CAS）供给。
VES系统在正常工况和非应急工况下不需运行，当电厂AC电源或厂内备用柴油发电机可用时，核岛非放射性通风系统（VBS）为主控室，技术支持中心，仪控间，DC设备间等房间服务。
主控室送风管上放射性粒子和碘“高－高”报时或失去AC电源（同时备用柴油发电机不可用）超过10分钟将自动启动VES系统。
VES系统也可手动启动。
如果72小时后VBS系统的电源还未能恢复，主控室的可居留性由二台主控制室辅助风机中的一台向主控室提供室外空气来维持。
8.6.3主要设备设计参数
主控室应急可居留系统参数概要
部件参数
数值
VES空气储存罐
数量
32
设计压力，psig（MPa）
4000（27.69）
容积，ft3（m3）
46.1（1.305）
运行压力（最小），psig（MPa）
3400（23.55）
VES送风量
最小流量，cfm（m3/hr）
60（101.9）
名义流量，cfm（m3/hr）
65（110.4）
最大流量，cfm（m3/hr）
70（118.9）
初始房间/区域温度（最大）
主控室，°F（°C）
75（23.9）
仪控，°F（°C）
73（22.8）
dc设备，°F（°C）
73（22.8）
最终房间/区域温度（最大）
主控室，°F（°C）
90（32.2）
仪控，°F（°C）
120（48.9）
dc设备，°F（°C）
120（48.9）
主控室压力（VES运行时最低值），in水柱（Pa）
1/8 （30）
主控室CO2浓度（11人）
初始，%
0.03
72小时时最大值，%
0.5
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