ADS自动卸压系统00剖析.docx

1、ADS自动卸压系统00剖析自动降压系统在AP1000电厂设计中，自动降压系统是RCS的一部分。降压系统包括与RCS连接的4级阀门。最初的3级阀门连接在稳压器的顶部，经喷头排放到IRWST内。喷头是非能动堆芯冷却系统（PXS）的一部分。第4级连接在RCS热段主管道，排放到环路房间。在本节中，降压系统称为自动降压系统（ADS）。在缓解冷却剂丧失事故过程中，ADS提供RCS安全相关（与NNSA安全一致）的自动降压，以促进非能动供应水的注入。ADS系统位于安全壳内。ADS设计成在不采用能动设备例如泵和交流电源的情况下运行。系统依赖可靠的非能动部件和工艺例如采用蓄电池作为电源。系统需要一次在线的、利用特

2、殊部件启动的阀门。ADS不为RCS提供超压缓解功能。ADS设置了二大功能：安全相关功能ADS的安全相关功能是支持向RCS的非能动安注，以便在包括最大主环路RCS管道双端断裂的整个LOCA范围内提供足够的堆芯冷却。其它执照相关功能ADS，连同电厂其它的特性，必须是足够可靠的以便使堆芯或其它主要电厂设备损坏的概率是很低的。ADS通过支持堆芯熔融物的容器内滞留来在严重事故缓解中直作用。这些能力通过减小或防止对主要设备的损坏来支持AP1000电厂公众安全目标和减小电厂业主的投资风险。在堆芯损坏的超设计基准事故下，ADS提供了不凝结气体的高位排放。系统描述ADS包括4级阀门。ADS阀门是RCS的一部分。

3、系统简图见图5D.41。图5D.42（第1页和第2页）给出了ADS的管道和仪表流程图。注意，这些图纸上的部分设备不属于ADS。在下面提供了ADS的系统参数、设备参数和相应图纸。注意在ADS的设备中仅有阀门：表5D.4-1 设备数据自动降压系统图5D.4-1 自动降压系统简图图5D.4-2 自动降压系统管道和仪表流程图ADS设计成允许PXS为RCS供应在事故分析中采用的堆芯冷却流量。通过在一个范围内假定设备参数，包括保守的上限和下限值，来计算事故分析的流量和热导出速率。ADS设计成不为RCS提供超压保护。超压保护由与稳压器（RCS的一部分）连接的安全阀来提供。在高温和高压情况下应急堆芯衰变热导出

4、对于不涉及冷却剂丧失的事件，应急堆芯热导出由PRHRHX来提供，不需要ADS运行。反应堆冷却剂系统应急补水和硼化对于不涉及冷却剂丧失的事件，应急补水和硼化由PXS来提供，不需要ADS的运行。在冷却剂丧失事件过程中安注在LOCA期间，ADS允许PXS提供4种不同的非能动注入水源: 安注箱在有限的几分钟持续时间内提供高速流量。 堆芯补水箱在较长持续时间内提供相对高的流速。 IRWST提供较慢但更长持续时间的流速。 安全壳是最终的长期水源。在其它三种水源注入和安全淹没后，安全壳变为可用。对于小LOCA，因为冷段主管道在一段时间内保持充满水状态，CMTs最初以水再循环模式运行。在水再循环期间，CMTs

5、保持充满状态，CMT内冷的含硼水从冷段主管道置换出热的低硼水。水再循环提供了RCS的补水并有效硼化了RCS。随着事故的发展，冷段主管道形成空腔，CMT转换成蒸汽置换模式，此模式提供更高的注入流速。对于大LOCA，因为冷段主管道直接形成空腔，CMT以蒸汽置换模式开始运行。在蒸汽置换模式期间，CMT水位下降。当水位达到低1水位，ADS第1级启动。设置了两根ADS第1级管线。每根管线有两台常关的电动阀（MOVs）。MOV的上游是一台闸阀，用来减少泄漏。下游阀门是一台截止阀，用来控制ADS的初始流量。在下游阀门打开前，上游阀门开启。下游阀门设定为慢慢打开，以减少施加在IRWST上载荷。由蓄电池提供的安

6、全直流电源用于给ADS的MOV供电。在ADS第1级阀门打开后，在一定延时后，ADS第2级启动。除了阀门尺寸更大些外，ADS第2级与ADS第1级的布置是一样的。ADS第2级阀门打开后，在一定延时后，ADS第3级启动。ADS第3级和ADS第2级是一致的。当ADS第1、2、3阀门打开时，RCS压力下降。对于小LOCA，这将引起安注箱注入。在快速安注箱注入期间，CMT的流量减少。在安注箱注入慢下来后，CMT注入增加且CMT液位下降。当CMT液位下降到低2液位（约20%），ADS第4级启动。设置了4条ADS第4级管线，每条热段主管道有两根。这些阀门连接在热段主管道的顶部，排放到主环路房间内。每条ADS第

7、4级管线上设置了一台常开MOV，并串联一台常闭的爆破阀。在此应用爆破阀是因为在正常运行期间这些阀门无泄漏，并因为这些阀门比电动或气动阀门在信号要求下能更可靠的打开。不止一组的安全分支使爆破阀更加容易动作。在ADS启动以后，预期操作员会根据应急运行规程调整并启动正常余热导出系统来提供RCS注入。正常余热导出系统的成功运行阻止了CMT液位的进一步下降和ADS第4级阀门的启动。此操作下不能缓解事故；然而，就电厂重新启动而论，它可以降低事故的后果。设备描述ADS的机械设备在本章节描述。表5D.41给出了设备设计参数。设置了两组ADS第1/2/3级阀门；两组共用一根接管连接在稳压器的顶部，并经喷头排放入

8、IRWST内。设置了两组ADS第4级阀门；两组共用一根接管连接在热段主管道的顶部，并排放到环路房间中。所有与冷却剂接触的ADS管道和部件由不锈钢制造。将选用的不锈钢类型依赖于设备的制造商；可能的选择包括304、304L、304LN、304、316L、316LN。自动降压系统第1级阀门ADS第1级管线设置了两条。每条管线都连接到稳压器的顶部并经喷头排入IRWST内。在CMT液位下降到低1液位时，这些阀门打开。因为这些是最初打开的阀门，所以这些是口径最小的ADS阀门。在每条管线上有两台常闭的电动阀（MOV）。MOV上游是一台闸阀，用来减少泄漏。上游阀门的打开序列在下游阀门之前。下游阀门设定为缓慢打

9、开，以减少施加在IRWST上的载荷。采用从蓄电池来的安全直流（dc）电源为ADS的MOV供电。DAS也提供了手动操作。这些阀门设计成在RCS全压力和温度条件下工作。它们是AP1000的A级设备，其设计满足抗震I类要求。自动降压系统第2/3级阀门 ADS 第2/3级管线设置了4条。每条管线都连接在稳压器顶部并经喷头排入IRWST内。在ADS第1级阀门打开后，这些阀门通过延时按次序打开；第2级在第1级之后，第3级在第2级之后。这些阀门在ADS第1级阀门打开后且RCS处于低压力下打开，所以这些阀门的口径较大。每条管线上设置了两台常闭的MOV。MOV上游是一台闸阀，用来减少泄漏。MOV下游的阀门是截止

10、阀，用来控制初始的ADS流量。上游阀门的打开序列在下游阀门之前。下游阀门设定为缓慢打开，以减少施加在IRWST上的载荷。由蓄电池的安全直流电源为ADS的MOV供电。每台MOV由一个PMS分支来自动控制。DAS也提供了手动操作。这些阀门设计成在RCS全压力和温度下工作。它们是AP1000的A级设备，其设计满足抗震I类要求。自动降压系统第4级阀门ADS第4级设置了4条通道。两条通道连接在每根热段主管道的顶部并排放入相应的环路房间。当CMT液位下降到低2液位后，此时CMT几乎排空，这些阀门打开。这些阀门在RCS处于非常低的压力下打开，所以它们是最大的ADS阀门。在每条通道上设置了一台常开的MOV和一

11、台常闭的爆破阀。MOV上游是一台闸阀，用来在ADS启动后便于电厂恢复运行。MOV下游是一台爆破阀，用来启动ADS流。由蓄电池的安全直流电源为ADS的MOV和爆破阀供电。每台MOV由一个PMS分枝来自动控制。每台爆破阀由两个PMS分枝来自动控制。DAS也提供了ADS阀门的手动控制。爆破阀采用“arm” 和 “fire（点火）”回路，来大大减少由于随机I&C故障或失火导致误动作的几率。这些阀门设计成在RCS全压力和温度下工作。它们是AP1000的A级设备，其设计满足抗震I类要求。在图5D.44给出了ADS第4级爆破阀，包括正常关闭位置和事故后开启位置。在此图上描绘的设计是象征性的；提供给中国项目的

12、阀门可能基于最终设计过艺。在此图中给出的阀门，包括一个螺纹接头，用来隔断从RCS来的流道。螺纹接头由一个单一的金属件加工成的。其被上游法兰固定。这样，就不可能有泄漏通过阀门。螺纹接头有一个设计的剪切截面，当阀门启动时将从此处断开。通过对点火组件内三个不同点火器的中的一个进行点火来启动阀门。这些点火器中的每一个都能由一个不同的IC系统来点火。这三个IC系统中的两个是不同的保护和监测系统（PMS）的安全相关序列。第3个IC系统是多样性启动系统（DAS）。这些IC系统的每一个都用一个“arm”和“fire”回路来防止阀门误启动。当这三个点火器中的一个点火时，它引爆炸药，引爆的炸药迅速在活塞上部的腔室

13、内产生气体。当气体的压力达到启动压力，拉伸螺栓剪断并使活塞向下移动撞击螺纹接头的端部。活塞的撞击使螺纹接头的端部断开，从而打开了流道。螺纹接头被阀门内的固定销来捕获。系统运行正常运行正常功率运行期间，除了ADS第4级爆破阀上游的MOV（电动阀）外，所有ADS阀门都处于正常关闭状态。根据技术规格书的要求，对ADS阀门要定期进行下述操作性能的试验： ADS1/2/3级 (MOV) 每次冷停堆进行行程试验 ADS第4级（爆破阀）每8年取下点火器组件并在试验台架上进行点火试验（每2年进行25%） 注意，为了减少ADS排放通道的误开启的可能性，在电厂处于高压力运行期间，ADS阀门不进行打开的行程试验。事

14、故后运行电厂瞬态期间的事故后运行在电厂瞬态时，ADS不启动。反应堆减容积事故期间的事故后运行小LOCA期间的运行LOCA是指RCS管道或支管发生破裂，此破裂会导致RCS水容积降低量超过了正常补水系统的补水能力。破口流量在正常补水系统补水能力范围内的破口不会导致RCS压力的下降和PXS的启动。通过比较从假想破口处流出RCS的计算流量与在高于低压安注启动设定值压力下的上充泵补水流量来得到能利用正常补水系统维持RCS压力的最大破口尺寸。对于0.375英寸 (0.952-cm)直径的孔洞，单台补水泵是足以维持稳压器的压力。因此，正常补水系统能维持RCS压力并允许操作员执行有序的停堆。为了进行评价，RC

15、S的假定管道破口频谱分为大管道破口（大破口）和小管道破口（小破口）。大破口是指总的截面积等于或大于1平方英尺的破口。小破口被定义为总的截面积小于1平方英尺的破口。对于小破口，控制棒提供了最初的堆芯停堆裕度，并且PXS水箱内硼水的注入加入了负反应性以便在低温下提供足够的停堆裕度。 在接收到由稳压器低压力仪表产生的安注启动信号时，CMTs和PRHRHX投入运行。CMTs提供高压安注。小破口期间，在RCS水容积的支持下，CMTs最初以水再循环模式运行。当冷段主管道形成空腔，CMTs切换到蒸汽置换模式并且增加了流量。当CMTs排空，其液位触发ADS阀门的启动。一直到ADS启动为止的过程中，PRHRHX

16、将RCS压力维持在蒸汽发生器安全阀设定值附近。 ADS启动后，PRHRHX对于缓解事故已不再是重要的。ADS第1级是最早启动的。第1级阀门连接在稳压器的顶部并经ADS喷头排放入IRWST内。经过一段延时，第2级启动。第2级阀门与第1级阀门连接在相同的流道上。再经过一段延时，第3级启动。第3级阀门与第2级阀门是一样的。ADS1/2/3级启动以后，操作员在应急程序的指导下手动启动正常余热导出热交换器注入。正常余热导出系统的成功运行阻止了CMT液位的进一步下降和ADS第4级的启动。此动作并不可以缓解事故，然而，对于电厂再启动，它减小了事故的后果。 如果正常余热导出泵不能成功启动，CMT液位将继续下降

17、并启动ADS第4级。第4级阀门连接在热段主管道上，并排放到高于安全壳最高淹没水位高度的RCS环路房间中。ADS启动以后，通过由CMT和IRWST注入所采用的相同接管，安注箱提供到反应堆压力容器的快速注入。当RCS降压到约700 psig (4.83 MPa 表压)，安注箱开始进行安注。在LOCA瞬态期间，进入RCS的流量依赖于RCS的压力瞬态。注入到RCS内的PXS水从堆芯内导出了热量并保持堆芯处于覆盖状态（对于小LOCA）。在第4级启动信号下，IRWST安注管线上的爆破阀打开。直到反应堆降压前，与爆破阀串联布置的止回阀保持关闭状态。降压后，IRWST提供安注流量。此流量持续到安全壳淹没信号启

18、动安全壳再循环。此安注阶段通常持续5小时。对于LOCA事件的初始热工水力瞬态后，PXS连续供水到RCS，以便进行长期冷却。当IRWST内的水位下降到低低水位，安全壳内的水位升高到足够实现再循环流动的高度。IRWST低低水位信号打开在安全壳与重力安注管线之间管线上的爆破阀。最初，水箱内的剩余存水排放到安全壳内，直到两边水位相等。在此排放过程中，到堆芯的安注继续进行。冗余流道利用安全壳内水的再循环提供了持续的堆芯冷却。大LOCA期间的运行对大LOCA的响应类似于小LOCA，除了PRHR HX的运行是不重要的，即使是在开始阶段，这是因为破口是足以导出所有的衰变热量。因为RCS压力降低太快，安注箱在C

19、MTs前响应。与安注箱共用安注管线的CMTs停止进行安注，因为在快速安注箱安注期间共用的安注管线中建立了压力。当安注箱的流量减少时，CMTs开始进行安注。余下的事故序列是非常类似的。 注入到RCS内的PXS补给水从堆芯导出热量，阻止燃料包壳温度过高并再次淹没堆芯(对于大LOCA)。停堆事件只要反应堆处于次临界并当反应堆冷却剂能量是足够以致需要非能动安注时，PXS设备就应该处于可用状态。在低温物理试验期间，堆芯衰变热量是很低的，并且在反应堆冷却剂中的存贮能量是可以忽略的。因此，严重程度能与运行期间发生的严重事故相比的事件是不可能发生。已经考虑了电厂启动和停堆期间的LOCA的可能性。在停堆期间，一

20、些PXS设备是隔离的。另外，因为正常余热导出系统不是安全相关系统，考虑其功能丧失的可能性。 因此，停堆期间，在换料水池充水前，当需要时，重力安注自动启动。停堆期间，为了缓解事故，当设备不能自动启动时，如果需要，操作员也能手动启动其它的PXS设备，例如PRHR HX。概率风险分析事故序列在PRA中，考虑了多重故障和共模故障。表明这些故障的一些组合是非常危险的。基于AP1000PRA结果，下列超设计基准、多重故障序列是重要的/限制成功实现ADS路径： 在小LOCA事故后，无CMT可用，仅一台安注箱可用，ADS第4级不可用的情况下，4取2的ADS2/3级允许利用一台正常余热导出泵进行IRWST的强制

21、安注。这假定了安全壳隔离。 在小LOCA事故后，对于无CMT可用，仅一台安注箱可用，ADS1/2/3不可用的情况下，4取3的ADS第4级允许IRWST进行重力安注。因为CMT失效，需要手动启动ADS第4级。这假定了安全壳隔离。 在小LOCA事故后，对于无CMT可用，仅一台安注箱可用，ADS1/2/3不可用的情况下，4取4的ADS第4级允许重力驱动的安全壳再循环。这假设了安全壳隔离失效和PCS冷却功能。 在堆芯损坏和氢气产生的情况下，ADS第1级阀门提供了高点排放功能。注意，在堆芯损坏之前，ADS阀门已经启动并且应该是已经打开的。 堆芯熔融物的容器内滞留是AP1000的一项重要事故能力。ADS通

22、过降低RCS压力和减少此序列中反应堆压力容器的应力来支持此能力。表5D.4-1设备参数自动降压系统ADS第1级阀门隔离控制数量22尺寸 (英寸，公称)4 (10.2 cm)4 (10.2 cm)类型，阀体/执行机构闸阀/电机截止阀/电机正常阀位关关电源直流直流设计压力(psig)2485 (17.1 MPa)2485 (17.1 MPa)设计温度 (F)650 (343.3C)650 (343.3C)材料不锈钢不锈钢AP1000设备等级AAADS第2/3级阀门隔离控制数量22尺寸（英寸）8 (20.3 cm)8 (20.3 cm)类型，阀体/执行机构闸阀/电机截止阀/电机正常阀位关关电源直流直

23、流设计压力 (psig)2485 (17.1 MPa)2485 (17.1 MPa)设计温度 (F)650 (343.3C)650 (343.3C)材料不锈钢不锈钢AP1000设备等级AA表5D.4-1 设备参数自动降压系统（续）ADS第4级阀门隔离控制数量44尺寸（英尺，公称）14 (35.6 cm)14 (35.6 cm)类型，阀体/执行机构闸阀/电机爆破正常阀位开关电源直流直流设计压力(psig)2485 (17.1 MPa)2485 (17.1 MPa)设计温度 (F)650 (343.3C)650 (343.3C)材料不锈钢不锈钢AP1000设备等级AA 图5D.4-1 自动降压系统简图 图5D.4-1自动降压系统管道和仪表流程图 (第1页/共2页) 图5D.4-1自动降压系统管道和仪表流程图 (第2页/共2页)正常阀位 关事故后阀位 开图5D.4-4 ADS4级爆破阀(1)备注（1）阀门为象征性表示，为中国项目提供的阀门可能基于详细设计。