AP1000LOCA后壳内淹没及壳内隔间防淹没设计分析

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2017年1期︱339︱
AP1000 LOCA 后壳内淹没及壳内隔间防淹没设计分析
陈 华
浙江省三门县三门核电有限公司，浙江 三门 317112
摘要：本文介绍了AP1000在LOCA 后安全壳淹没的过程，对壳内隔间的防淹没设计进行了详细的论述。

另外，为保证事故后安全壳淹没阶段堆芯的循环冷却效果，从运行与设计的角度提出了需关注的问题。

关键词：安全壳淹没；防淹没设计
中图分类号：TM623 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）01-0339-02
1 概述 与常规核电站不同，AP1000非能动的自然循环过程在设计上可以保证LOCA 事故后堆芯的长期冷却。

安全壳壳内空间淹没过程的控制对自然循环的建立有着至关重要的影响。

淹没过程的控制包括淹没水位和淹没区域两方面。

在事故分析中，当安全壳最低初始淹没液位为107.8′，长期循环液位为103′（稍高于冷管段中心线）时，自然循环能力能保证堆芯被充分冷却。

再循环建立初期，CVS 隔间（11209隔间，CVS 为化学与容积控制系统）、PXS-A 隔间（11206隔间，内有非能动堆芯冷却系统A 列阀门）、PXS-B 隔间（包括11207、11208隔间，内有非能动堆芯冷却系统B 列阀门）在淹没初期都不希望被淹没。

本文介绍AP1000是如何从设计上保证LOCA 后壳内隔间的淹没顺序，从而保证事故后安全壳循环功能的实现。

2 壳内隔间的淹没及隔间的防水设计 2.1 初始淹没区域简介 反应堆冷却剂系统隔间包括以下6个隔间：RCDT 隔间（11104）、堆腔（11105）、两个蒸汽发生器隔间（11201、11202）、压力容器管嘴区域（11205）、竖井（11204）。

除了较高的稳压器，反应堆冷却剂系统的主要设备都布置在该区域。

各个隔间通过竖井（11204）相互连通，经由竖井（11204）可进入107.17′的维修平台。

堆腔位于安全壳的底部，标高为71.5′。

蒸汽发生器隔间楼面标高为83′，每个隔间都有一个低点区，标高为80′。

一回路发生LOCA 时，反应堆系统隔间的水位上升。

水经由地坑（11104）先淹没安全壳的底部，然后上升到位于83′的蒸汽发生器隔间（11201、11202），再淹没96.5′的压力容器管嘴区域（11205），最终上升到维修层107.17′。

PXS-A 隔间（11206隔间）、PXS-B 隔间（11207隔间、11208隔
间）、CVS 隔间（11209隔间）通过107.17′维修层出入。

此时若不
采取相应的措施，这四个隔间都将被部分淹没。

2.2 隔间防水设计
2.2.1 水源及其质量
一回路发生LOCA 后，参与安全壳淹没过程的水源有多种(见参
考文献[2]第5.2节)各种水源质量如下：
表1 水源质量
水源 最小（kg） 正常（kg） 最大（kg）
RCS 119500.5 134367.2 149233.9
ACC 93612.08 96990.29 100368.1 CMT 141029.7 143291.9 145553.8 IRWST 2048139 2096281
2144423
总计 2402282 2470930 2539578
防水设计中需考虑最严峻的淹没工况，因此，水源的质量在此选最大值2539578kg。

并不是所有的水源都能用作淹没，实际用于安全壳淹没的水还需减去扩散至安全壳汽空间中的水、附着在安全壳内部部件上的水、泄露出安全壳的水。

质量如下(见参考文献[2]第5.2节)：
安全壳汽空间：19006kg 部件表面：4511kg 蒸汽泄漏：1.27kg 总计：23518.4kg
实际可用于安全壳淹没的水质量：2516059.6 kg。

2.2.2 安全壳淹没水源的体积
在淹没水源质量已知的情况下，淹没水源的体积取决于水的密
度。

水的密度取决于水的温度以及周围环境的压力。

再循环开始时
安全壳内参数(见参考文献[2]第5.2节)如下： 水温：65.8℃(150.5℉)（饱和温度与
IRWST 温度的平均值） 安全壳总压/蒸汽分压：172.25kpa/52.92kpa(25psia/ 7.68psia)
比体积：0.0010132159 m 3/kg(0.016345 ft 3
/lb)
用于安全壳淹没的水体积：2549.3 m 3
考虑隔间淹没容积与淹没水位对应关系如下表（见参考文献[2]章节4.5）。

107.17′正常淹没区对应的水容积为1489 m 3
，这意味着有1060.3 m 3（不考虑CLP 和CVS 等壳外水源）的水会进入107.17′维修平台。

通过表1估算，11206、11207、11208、11209隔间水位将
达到约107′。

CVS 设备及PXS 阀门间将被全部淹没，隔间内爆破阀的可靠性将受到挑战，这在淹没初期是不希望出现的。

这就需要通
过隔间的防水设计来加以保证。

2.2.3隔间防水设计 淹没水进入维修平台后，设计上保证下一个被淹没的区域为换料水池(11504)。

这是通过在维修层107.17′设置一个底部比地面高2′、直径为20″（20英寸）的溢流管线实现的，如图。

图1 溢流管线布置示意图
溢流管线的中心标高110′。

当安全壳内的水位升高至
109.17′之后换料水池内就开始进水。

在该管线上设置有一个20″
的蝶阀：SFS-PL-V075，该阀门在正常运行时处于锁开状态，在换料
状态下换料水池中的水可能达到最高水位为134.25′，此时阀门为
关闭状态，将溢流管线隔离。

在溢流管线的末端，还设置有一个90
度的弯头，可以防止在事故状态下安全壳水位升高至溢流管线时浮
起的碎片进入并堵塞溢流管线。

该阀门的状态在主控室有显示。

在LOCA 事故初期，如果换料水池中有冷凝积水，那么积水会通过换料水池底部的阀门SFS-PL-V031排往SG2隔间，最终排往安全壳地坑，由于逆止阀的存在，地坑中的水位在后期高于排水管线时不会倒灌。

CVS 隔间（11209）的防水设计是通过在进入隔间的入口楼梯四
周设置34″高的矩形钢板来实现的，如图：
图2 CVS 隔间防水设计 矩形钢板的顶部标高为110′，故只有房间11300中的水位上
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升至高于这个高度时才会导致CVS 隔间被淹没。

隔间内唯一的一根地漏管通向71.5′的安全壳地坑。

地漏管上冗余的安全相关的防回流装置可以阻止安全壳地坑水向这个隔间倒流。

地漏高度为80.5′.
PXS-A 隔间（11206）的防水设计通过在底部标高为107.17′的CMT 基础的四周设置3′高、直径为16″（16英寸）的圆形钢板来
实现的。

如图：
图3 PXS-A 防水设计
圆形钢板的顶部标高为110.17′，故只有107.17′维修层(房间11300)中的水位上升至高于这个高度时才会导致PXS-A 隔间被淹没。

另外PXS-A 隔间的地漏上有逆止阀，可以防止反应堆冷却剂隔间中的水倒灌入PXS-A 隔间。

地漏标高84.5′。

PXS-B 隔间的防水淹设计与PXS-A 隔间相类似。

PXS-B 隔间（11207和11208）在CMT 基础的四周设置35″高、直径为16″的圆形钢板。

圆形钢板的顶部标高为
110′1″。

如图：
图4 PXS-B 隔间防水设计
另外PXS-B 隔间的地漏上有逆止阀，可以防止反应堆冷却剂隔间中的水倒灌入PXS-B 隔间。

地漏标高84.5′。

所有进入以上四个房间的排气口、人员出入口、设备出入口、通风管道口、电缆通道口、管道口均位于如上所述的溢流口之上。

由于各溢流口高度上有差别，进入维修平台107.17′的水将依次进入换料水池（11504）、CVS 隔间（11209）、PXS-B 隔间（11207、11208）、PXS-A 隔间（11206）。

2.2.4 防水设计的充分性验证
防水设计的目的是为了保证在发生LOCA 后安全壳淹没初期，至少有一个PXS 隔间内的阀门不会被淹没，从而保证安全壳长期循环所需的爆破阀能够安全地开启。

在此需要验证防水设计的充分性。

防水设计的充分性验证需运用最大液位分析，即考虑最小的壳内隔间容积，最大的水源容积。

最大液位分析前提如下：
✓ 相关隔间容积取最小值；
✓ 淹没水源容积取最大值：3262.1m 3（包括CLP 的 412.4 m 3
、
BAT 的300.2 m 3
）；
✓ 隔间围堰制造过程中由于存在偏差而使得所有的围堰均低于额定高度1.27cm （1.27cm 是制造允许最大偏差，围堰低使隔间更易被淹没）。

如果发生非DVILOCA，假设水位已经到达PXS-B 隔间的围堰顶端，此时淹没情况如下：CVS 全部被淹没、换料水池部分被淹没、正常淹没区、IRWST 淹没高度为110.04′。

利用插值法，可得淹没
总体积为：3249.6 m 3。

（参考表2）
淹没至110.04′后多出的体积：12.5 m 3。

线性插值计算得：PXS-B 淹没高度为：0.25m。

爆破阀的电气连接件位置比地面高2.54m，爆破阀的位置更高，从而不用担心被淹没。

PXS-A 隔间在任何情况下都可以保证不被淹没。

如果发生的是PXS-A 隔间内DVI 管线破口事故（从设备淹没角度，该工况相对PXS-B 隔间DVI 管线破口事故更恶劣，因为PXS-A 隔间容积小，且同时PXS-B 围堰高度低），则用于非PXS 隔间淹没的
水容积为：2967.1 m 3，小于3249.6 m 3
（110.04′对应容积）。

可知非PXS 隔间淹没液位低于PXS-B 隔间围堰顶端。

PXS-B 隔间不会被淹没。

由分析可知，防水设计可充分保证PXS 安全功能的实现。

3 需关注的问题
壳内隔间防水设计的目的在于保证LOCA 事故后堆芯的循环冷却能力，在此，从运行与设计角度提出以下建议：
1）关于壳内隔间的防水设计的验证
在大修期间可进行换料水池溢流管线溢流能力的验证，另外CVS 隔间、PXS-A、PXS-B 隔间的围堰与墙体密封性、各类通道及贯穿件的防水设计也需进行验证。

各隔间地漏的防倒灌能力也需进行验证。

目前尚无相关程序可以参考，建议开发。

2）加强各种安全壳内淹没水源的管理
正常运行时，RCS、CMT、ACC、IRWST、CLP、BAT 中的水容积不能太多。

LOCA 事故后，通过CVS 和RNS 引入安全壳的水源容积应加以控制，否则在安全壳淹没初期，PXS 隔间内的某些爆破阀的可靠性将受到挑战。

另外，正常运行期间，如果壳内发生DWS、CCS、FPS 跑水、FPS 喷淋事故时，应及时将地坑中的水排出安全壳。

3）突出SFS-PL-V075、V031在规程执行期间的重要性
在换料期间，SFS-PL-V075需处于关闭状态，以保证换料过程的顺利实施。

换料结束后，为了保证安全壳淹没期间换料水池能够起到防水的作用，必须保证在正常运行期间SFS-PL-V075处于锁开状态。

建议在规程中以“注意”的方式加以说明，以突出重要性。

另外，正常运行时，SFS-PL-V031也需要保证处于锁开状态，以确保换料水池中的凝结水能排往安全壳SG2隔间。

这两个阀门状态的控制需通过行政隔离来进行控制。

4）建议CVS、PXS 隔间增加液位计
如果防水设计失效，事故后堆芯的循环冷却将受到严重威胁。

为增强主控室操纵员的监控与干预能力，建议CVS、PXS 隔间地面增设液位计。

4 结论
由于壳内隔间采取了有效的防水设计，使得隔间的初始淹没情况能够满足堆芯自然循环冷却的要求。

此外，在机组的运行过程当中，还需从运行和设计角度采取相应的措施，以保证事故后堆芯自然循环冷却能力。

参考文献：
[1]APP-PXS-M3C-033 安全壳淹没容积计算. [2]APP-PXS-M3C-034 安全壳淹没液位计算. [3]Sanmen Unit 1&2 PSAR .第15章. [4]APP-GW-GEE-007. [5]APP-PXS-GEF-471.
（上接第 325 页）
综上所述，地表覆盖能够反映出土地的覆盖类型、自然特点等方面的重要信息，它在地理国情测绘调查中占有重要的位置，因此，相关部门需要加大对地表覆盖的测绘力度，实现地理国情系统的完善。

地理国情本身涉及的学科较多，工作人员在组织相关的测绘中，需要坚持一定的提取原则，比如，尽量扩大整体考查范围，自然优先等原则。

相关测绘部门在遵循这些原则的基础上，进行一定的提取。

提取的要素主要包括一些公路要素、水要素等相关影响要素等。

以及对地理要素与地表覆盖的关系进行很好的处理。

相关人员对这
些要素的考察中，需要注意的是，如果遇到无法测绘的事物，应当进行人工的标注，完善相关体系的建设。

参考文献：
[1]黄霞,张静舒,何勇.地理国情普查中地表覆盖信息提取技术研究[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2014,08:101-106.
[2]江浩,戴锡花.地理国情普查地表覆盖分类和要素信息的提取策略[J].科技创新导报,2014,24:214.
[3]余咏胜,王厚之,朱传勇,等.地理国情普查地表覆盖要素处理和优化技术研究[J].测绘通报,2015,05:73-75+132.。