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??? 第三代核電技術(shù)通過采用非能動安全系統(tǒng)或增加安全系統(tǒng)冗余度、增設(shè)緩解嚴(yán)重事故后果的工程措施以及應(yīng)用數(shù)字化儀控系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，降低核電站的嚴(yán)重事故風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)更高的安全目標(biāo)，主要以美國西屋公司開發(fā)的先進(jìn)壓水堆（AP1000）和法德兩國聯(lián)合開發(fā)的歐洲壓水堆（EPR）為典型代表。 一、AP1000安全系統(tǒng)組成及特點(diǎn) AP1000安全系統(tǒng)主要由非能動堆芯冷卻系統(tǒng)、非能動安全殼冷卻系統(tǒng)、裂變產(chǎn)物排出與控制系統(tǒng)、安全殼隔離系統(tǒng)和主控制室應(yīng)急可居留系統(tǒng)組成。 1.AP1000非能動堆芯冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)為可能發(fā)生的事故提供堆芯應(yīng)急冷卻能力，主要由余熱排出子系統(tǒng)、安注子系統(tǒng)和安全殼內(nèi)PH控制子系統(tǒng)組成，主要包括一個非能動余熱導(dǎo)出熱交換器、兩個堆芯補(bǔ)水箱、兩個安注箱、一個PH調(diào)整化學(xué)藥品的籃筐和一個安全殼內(nèi)換料水箱，以及相關(guān)的閥門、管道和儀表，這些設(shè)備均被設(shè)置在鋼制安全殼內(nèi)部。本系統(tǒng)在功能設(shè)計上與傳統(tǒng)壓水堆類似，主要也是在發(fā)生LOCA事故、彈棒事故、二回路主給水或主蒸汽管道破裂等設(shè)計基準(zhǔn)事故時為一回路提供硼化和冷卻。 2.AP1000非能動安全殼冷卻系統(tǒng)。其作用是發(fā)生破口事故或主蒸汽管破裂事故發(fā)生在安全殼內(nèi)時，排出安全殼內(nèi)的熱量。主要是以鋼安全殼作為傳熱界面，將空氣從外層屏蔽殼入口引入，通過外部環(huán)廊到達(dá)底部，在空氣折流板底部轉(zhuǎn)向180°，進(jìn)入內(nèi)部環(huán)廊，再沿安全殼內(nèi)壁向上流動。由于內(nèi)部環(huán)廊空氣被加熱以及水蒸氣的存在，內(nèi)、外環(huán)廊的空氣存在密度差，形成空氣的自然循環(huán)，空氣最終從屏蔽殼頂部煙囪排出。在安全殼頂部設(shè)有可供使用72小時的冷卻水貯存箱，水依靠重力向下流，在鋼安全殼弧頂和殼壁外側(cè)形成一層水膜。當(dāng)安全殼內(nèi)壓力或溫度過高時，系統(tǒng)自動開啟。由水膜和空氣的自然循環(huán)導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量，降低安全殼的壓力，保證安全殼不受損壞。
3.AP1000非能動安全殼裂變產(chǎn)物排出系統(tǒng)。AP1000安全殼大氣中活性物質(zhì)的排出完全靠沉淀、擴(kuò)散、熱遷移等自然過程。事故后，如安全殼內(nèi)放射性活度升高，由防火系統(tǒng)提供的非能動安全殼噴淋系統(tǒng)在安全殼外充氮罐的壓力作用下進(jìn)行噴淋，以限制裂變產(chǎn)物的釋放，絕大多數(shù)非氣態(tài)活性物質(zhì)最終沉積在安全殼地坑冷卻水中。 4.安全殼隔離系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有兩道屏障，一道在安全殼外，一道在安全殼內(nèi)。與傳統(tǒng)壓水堆核電站相比，AP1000的安全殼機(jī)械貫穿件（包括閘門）數(shù)量大大減少。正常狀態(tài)隔離閥處于關(guān)閉狀態(tài)的比例更高。正常打開的隔離閥也由故障自動關(guān)閉，不要求貫穿件具有支持事故后緩解的功能。 5.非能動主控制室可居留系統(tǒng)。該系統(tǒng)在電廠事故后為主控制室提供新鮮空氣并進(jìn)行冷卻和增壓。在接收到主控制室高輻射信號以后，該系統(tǒng)自動啟動，隔離正常的控制室通風(fēng)通道并開始增壓。系統(tǒng)中的空氣來自一組壓縮空氣貯存箱，可以維持工作人員繼續(xù)居留至少72 小時。 二、EPR安全系統(tǒng)組成和特點(diǎn) EPR主要以法國N4核電站和德國Konvoi核電站為參考，充分吸收了法國和德國多年核電設(shè)計、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過漸進(jìn)式的模式改進(jìn)安全系統(tǒng)的設(shè)計，提高核電站的總體安全水平和可利用率。EPR安全水平提高的表現(xiàn)：一是安全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了4重冗余，并提供多種備用功能以便在安全系統(tǒng)的所有冗余（設(shè)備、系統(tǒng)）都失效時承擔(dān)起相應(yīng)安全功能；二是在設(shè)計上考慮了嚴(yán)重事故預(yù)防和事故后果的緩解。EPR安全設(shè)施主要包括安全殼系統(tǒng)、應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)和應(yīng)急給水系統(tǒng)。 1.安全殼系統(tǒng)。EPR采用雙層安全殼，外層是鋼筋混凝土殼，內(nèi)層是帶鋼襯里的預(yù)應(yīng)力混凝土殼。主要設(shè)計特點(diǎn)：① 考慮了嚴(yán)重事故工況，能夠承受燃料組件內(nèi)鋯氧化產(chǎn)生的氫燃燒可能造成的壓力；② 雙層安全殼之間的環(huán)廊保持負(fù)壓，保證沒有有害氣體向環(huán)境直接泄漏，泄漏到環(huán)廊內(nèi)的氣體經(jīng)過過濾處理后再向外排放；③ 滿足生物屏蔽和防內(nèi)部災(zāi)害、外部災(zāi)害的要求，還特別考慮了抗飛機(jī)撞擊的能力。④ 考慮嚴(yán)重事故工況，設(shè)有完善的可燃?xì)怏w控制系統(tǒng)，包括非能動的催化復(fù)合器和氫點(diǎn)火器，假定100%燃料包殼與水反應(yīng)。⑤ 設(shè)有專門的底板保護(hù)裝置，發(fā)生嚴(yán)重事故時，堆芯熔融物熔穿壓力容器后被導(dǎo)流到一個面積約170 m2的展開區(qū)，安全殼內(nèi)換料水池的水以非能動的方式流到展開區(qū)，冷卻熔融物，防止底板熔穿，保持安全殼的完整性。⑥ 在設(shè)計基準(zhǔn)事故時，EPR不需要安全殼熱導(dǎo)出系統(tǒng)（即安全殼噴淋系統(tǒng)）。EPR安全殼熱導(dǎo)出系統(tǒng)在設(shè)計上是對付嚴(yán)重事故工況的系統(tǒng)，作為最終的緩解措施，在安全級系統(tǒng)失效而導(dǎo)致堆熔的情況下，從安全殼和安全殼內(nèi)的換料水箱導(dǎo)出熱量，限制安全殼的壓力升高。 2.應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要指安注系統(tǒng)，在設(shè)計上，EPR的安注系統(tǒng)和余熱導(dǎo)出系統(tǒng)（RHRS）是共用的。因此EPR的應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)不但執(zhí)行安全功能，還要執(zhí)行正常運(yùn)行的功能。主要設(shè)計特點(diǎn)：① EPR安注系統(tǒng)由中壓安注系統(tǒng)、低壓安注系統(tǒng)和安注箱組成，其中，低壓安注系統(tǒng)和余熱導(dǎo)出系統(tǒng)共用同一套系統(tǒng)。安注系統(tǒng)由四個系列組成，每個系列的容量為100%，各對應(yīng)一個環(huán)路，系列之間沒有交叉連接，設(shè)備之間實(shí)體隔離。② EPR換料水箱設(shè)置在安全殼內(nèi)，與安全殼地坑合二為一，不但提高了水源的可靠性，而且取消了從直接安注到再循環(huán)安注的切換。概率風(fēng)險分析結(jié)果顯示，該項(xiàng)設(shè)計改進(jìn)降低了堆芯損壞概率。③ 在電站正常運(yùn)行期間，EPR安注系統(tǒng)處于直接安注的備用狀態(tài)，管道中充滿安全殼內(nèi)換料水箱的含硼水。接收到安注信號后，安注系統(tǒng)自動啟動，只需啟動安注泵，不需要進(jìn)行任何閥門切換，即可實(shí)現(xiàn)安注功能。④ 在多樣性設(shè)計方面，低壓安注系統(tǒng)的第一系列和第四系列裝備了雙冷卻盤管，可以由空氣冷卻的冷凍水系統(tǒng)提供冷卻。維修冷停堆工況下發(fā)生失去全部冷卻水情況時，低壓安注系統(tǒng)的第一系列和第四系列仍可以工作，為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)提供補(bǔ)水。 3.應(yīng)急給水系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽發(fā)生器主給水系統(tǒng)失效時，應(yīng)急給水系統(tǒng)確保向蒸汽發(fā)生器供水，并且與蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥（或安全閥）一起作用將堆芯的余熱排出，使電廠恢復(fù)并保持在安全狀態(tài)。EPR的應(yīng)急給水系統(tǒng)包括四個相同系列，分別布置在四個安全廠房內(nèi)，每個系列包括一個儲水箱和一臺電動泵。應(yīng)急給水系統(tǒng)的四臺電動泵由四臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，另外還有兩臺小的柴油發(fā)電機(jī)作為發(fā)生全廠斷電時第一、第四區(qū)安全廠房中的電動泵的備用電源。應(yīng)急給水系統(tǒng)具有專門的入口管嘴，可將應(yīng)急給水分配至蒸汽發(fā)生器冷、熱兩側(cè)的環(huán)行下降空間。應(yīng)急給水系統(tǒng)與主給水系統(tǒng)間的實(shí)體分隔以及相關(guān)的設(shè)計可以消除水錘現(xiàn)象的威脅，并使溫度分層的影響降至最低。
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三代核電安全系統(tǒng)比較分析（一）
發(fā)布時間：2012-01-12
來源：國家能源局
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