8核反应堆工程概论第八章

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第三重屏障:压力容器与一回路管道组成的压 力边界 流经燃料元件的一次冷却剂是被限制在压 力容器与一个或数个一回路环路内流动的,这 个压力容器与一回路管道,组成了又一道密封 屏障,可进一步防止放射性物质外逸。后者包 括从燃料棒泄漏出来的裂变产物,同时也包括 冷却剂中产生或进入冷却剂的活化物质。在绝 大多数反应堆中,大部分放射性物质可以通过 冷却剂净化系统除去。
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1、核反应堆运行工况与事故分类

正常运行和运行瞬变
这类工况出现较频繁,所以要求整个过程中无需停堆,只要依 靠控制系统在反应堆设计裕量范围内进行调节,即可把反应堆调节 到所要求的状态,重新稳定运行。

中等频率事件,或称预期运行事件
出现几率相对较大,但后果并不严重。采取停堆、禁止提棒、 排放蒸汽等措施,可防止事故的进一步扩大,不会损坏堆芯和一回 路。
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3、核反应堆的安全运行与管理
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3、核反应堆的安全运行与管理

核安全文化作用于或表现在下面两个领域 核电厂领导阶层和国家政策方面:
他们必须通过自己的具体行为为每一个工作人员创造 有益于核安全的工作环境,培养他们重视核安全的工作态 度和责任心。领导层对核安全的参与必须是公开的,而且 有明确的态度。
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1、核安全的目标
安全的总目标:
在核电厂里建立并维持一套有效的防护措施,以保证工作人员、 居民及环境免遭放射性危害。
辅助目标: 辐射防护目标:确保在正常运行时核电厂及从核电厂释放的放
射性物质引起的辐射照射保持在合理可行尽量低的水平,并且低于 规定的限值,还保证事故引起的辐射照射的程度得到缓解。
技术安全目标:有很大把握预防核电厂事故的发生;对于核电
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4、核安全法规及安全监督
国务院颁发的行政法律:
《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》(HAF0500) 《中华人民共和国核材料管制条例》(HAF0600)
国家核安全局制定了《中华人民共和国民用核设施安全监督管 理条例的实施细则》以及以下的安全法规:
《核电厂的厂址选择安全规定》(HAF0100) 《核电厂设计安全规定》(HAF0200) 《核电厂运行安全规定》(HAF0300) 《核电厂质量保证安全规定》(HAF0400) 《核电厂放射性废物管理安全规定》(HAF0500) 《辐射防护规定》(GB8703-88) (国家环保局发布或批准) 《核电站环境辐射防护规定》(GB6249-86)(国家环保局发布或批准)
个体的行为:
必须有质疑的探索工作态度、严谨的工作方法以及必 要的相互交流。
只有各个层次的人在自己的岗位上尽职尽 责,满足核安全的要求,核安全文化才会得到 发展和提高。
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4、核安全法规及安全监督


国家核安全管理部门: 国家核安全局(现隶属国家环保总局)成立于 1984年10月,由国务院授权,对全国的核设施 安全实施统一的监督,独立地行使核安全监督 权。 核安全法规: 核安全法规包括由国家颁布的法律和行政法 规,由核安全的要求保证监管机构颁发的部门 规章、国家标准和导则以及由工业部门制定的 行业标准等。
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2、反应堆的安全功能

为确保反应堆的安全,反应堆所有的安全 设施应发挥以下特定的安全功能:
有效地控制反应性 确保堆芯冷却 包容放射性产物

反应性控制
紧急停堆控制 功率控制 补偿控制
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2、反应堆的安全功能

确保堆芯冷却
正常运行工况 反应堆停闭工况 反应堆事故工况

包容放射性产物
正常运行时 事故工况下
要求:反应堆及动力装置的设计必须包括内在的安 全特性;系统对于损伤必须有最大的耐受性;设备 必须有冗余度和可检查性及运行前整个工作寿期内 的可试验性。 冗余度:平行而独立地采用两个或两个以上的类似 部件或系统,一旦一个失败也不会影响正常运行。
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2.1、纵深设防
内容: τ 反应堆需要负的瞬时温度系数与空泡份额 τ 运行条件下性能确实稳定的材料,才允许作燃 料、冷却剂及与安全有关的结构物 τ 仪表控制系统必须满足要求,有充分的冗余度 τ 建造与设备安装,按工程实践的最高标准,必 须有质保 τ 部件的设计、安装能够连续或定期检测,允许 对它们进行定期试验


核电厂严重事故是指核反应堆堆芯大面积燃料 包壳失效,威胁或破坏核电厂压力容器或安全 壳的完整性,并引发放射性物质泄漏的一系列 过程。 核反应堆严重事故可以分为两大类: 堆芯熔化事故(CMAs):由于堆芯冷却不充 分,引起堆芯裸露、升温和熔化的过程,其发 展较为缓慢,时间尺寸为小时量级。 堆芯解体事故(CDAs):由于快速引入巨大的 反应性,引起功率陡增和燃料碎裂的过程,其 发展非常迅速,时间尺寸为秒量级。
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2.2、多重屏障
为了防止正常运行或事故状态下放射性物质 泄漏外逸,所有的反应堆系统设计都采用多重 屏障的概念。 第一重屏障:燃料芯块 裂变碎片射程很短(10-3 cm)。除表面 外,绝大部分裂变碎片包容在芯块之中。气态 裂变产物如碘、氪和氙等核素,一部分会因扩 散而从燃料芯块中逸出。第一重屏障大约能留 住98%以上的放射性裂变产物。
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2.1、纵深设防
第三级安全性考虑:要求在发生某些假想 事故而一些保护系统又同时失效时,必须有另 外的专设安全设施投入动作。 例如:应急堆芯冷却系统(ECCS),以防止失 水事故下燃料的熔化以及裂变产物的释放。 根据三级安全性考虑的纵深设防原则,可 以制定出一套通用的设计准则,并对核电站的 各种部件、系统建立起设计、制造、试验、运 行等各种安全规范。
核能技术设计研究院
第八章:核反应堆安全
核反应堆工程概论
第八章:核反应堆安全
一、核反应堆安全的基本原则 二、核反应堆的安全系统 三、确定论安全分析 四、严重事故 五、核反应堆安全分析模型及程序 六、概率安全评价法 七、几个概念
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一、核反应堆安全的基本原则
1、核安全的目标 2、核反应堆的安全原则 3、核反应堆的安全运行与管理 4、核安全法规及安全监督
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2.2、多重屏障
第二重屏障:燃料元件包壳管 用锆合金制成的燃料元件包壳管,可以防 止气体裂变产物以及裂变碎片进一步外逸。对 于高温气冷堆,燃料呈颗粒状,每颗粒子都有 热介碳涂层包壳。 压水堆正常运行时,数以万计的燃料棒中 可能会有少数几根棒发生破裂,致使少量放射 性物质从第二重屏蔽泄漏。
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2.2、多重屏障

稀有事故
工作寿期内不一定发生,但仍有可能发生。少量元件可能损 坏,但不会严重损坏堆芯,一回路的完整性不会受到损坏,放射性 物质可能会有微量扩散,但不影响厂区外的环境。

极限事故
一般不会发生,但一旦发生后果严重,导致放射性物质扩散, 对公众造成严重的危害。
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1、核反应堆运行工况与事故分类
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四、严重事故
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3、专设安全设施


目的是防止一回路失水事故或蒸汽管道破口等 事故时,堆芯发生熔化以及放射性物质向环境 外逸扩散。 主要包括: 安全注射系统或称应急堆芯冷却系统 安全壳喷淋系统 安全壳隔离系统 其他系统:安全壳消氢系统 安全壳空气净化系统 等等
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三、确定论安全分析
1、核反应堆运行工况与事故分类 2、反应性引入事故 3、失流事故 4、热阱丧失事故 5、蒸汽发生器传热管破裂事故 6、蒸汽管道破裂事故 7、给水管道破裂事故 8、冷却剂丧失事故 9、未能紧急停堆的预计瞬变
核反应堆的最大特点之一是运行时要产 生大量放射性裂变物质,反应堆和一回路 是个巨大的辐射源。核电厂的首要问题是 无论在正常工况,或事故工况下,都能把 这些放射性物质安全地控制起来,确保工 作人员与公众的安全。 核电站采用的安全性原则是:
纵深设防,多重屏障
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2.1、纵深设防
通常是通过三级安全防线的考虑来贯彻 第一级安全性考虑:要求在核电站的设计、建 造和运行中采用多种有效措施,把发生事故的 几率降到最小程度。
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2.3、安全设计的基本原则



独立性原则:为了提高系统的可靠性,防止发生共 因故障或共模故障,系统设计中应通过功能隔离或 实体分隔,实现系统布置和设计的独立性。 故障安全原则:核电厂安全极为重要的系统和部件 的设计,应尽可能贯彻故障安全的原则。即核系统 或部件发生故障时,电厂应能在毋需任何触发动作 的情况下进入安全状态。 定期试验、维护、检查的措施: 运行人员操作优化的设计: (人因的影响) 充分采用固有安全性的设计原则:
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2.2、多重屏障
第四重屏障:安全壳 所有反应堆都需安全地包容在安全壳壳体 之内,后者是防止放射性物质向外环境扩散的 最后一道屏障。 安全壳大体上一座顶上呈半球形的圆柱形 密封建筑。直径约30-40米,总高约60米。通 常由厚1米的预应力混凝土结构制成,内有厚约 38毫米的钢制衬套。整个一回路即压力容器、 稳压器、蒸汽发生器、主泵以及应急堆芯冷却 系统的安全注水箱等全部包容在安全壳之中。
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3、核反应堆的安全运行与管理


1986年切尔诺贝利核电厂事故的发生,引发了核安 全文化概念的提出和发展。 核安全文化的定义: 核安全文化是存在于单位和个人中的种种特性 和态度的总和,它建立一种超出一切之上的观念, 即核电厂安全问题由于它的重要性要保证得到应有 的重视。 核安全文化是所有从事与核安全相关工作的人 员参与的结果,它包括电厂员工、电厂管理人员及 政府决策层。 与核安全相比,核安全文化是一种意识形态。
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二、核反应堆的安全系统
1、反应堆的安全性 2、反应堆的安全功能 3、专设安全设施
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1、反应堆的安全性

国际核能界认为现有核电厂系统过于复杂,必 须着力解决设计思想上的薄弱环节,提出应以 固有安全概念贯串于核电厂设计安全的新论 点。 固有安全性定义:当反应堆出现异常工况时, 不依靠人为操作或外部设备的强制性干预,只 是由堆的自然安全性和非能动的安全性,控制 反应堆或移出堆芯热量,使反应堆趋于正常运 行和安全停堆。 固有安全性包括四种安全性要素:
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4、核安全法规及安全监督

核安全许可证制度 根据《中华人民共和国民用核设施安全监 督管理条例》规定,我国已实行核设施安全许 可证制度。由国家核安全局负责制定和批准颁 发核设施安全许可证。 核电厂的许可证按五个主要阶段申请和颁发:
• 核电厂的选址定点 • 核电厂的建造 • 核电厂的调试 • 核电厂的运行 • 核电厂的退役
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2.3、安全设计的基本原则
一般原则:采用行之有效的工艺和通用的设计标 准,加强设计管理,在整个设计阶段和任何设 计变更中必须明确安全职责。 基本原则: 单一故障准则:满足单一故障准则的设备组 合,在其任何部位发生单一随机事故时,仍能 保持所赋予的功能。 多样性原则:多样性应用于执行同一功能的多 重系统或部件,即通过多重系统或部件中引入 不同属性来提高系统的可靠性。
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2.1、纵深设防
第二级安全考虑:要求核电站必须设置可靠的 安全保护系统。一旦发生事故,该系统能对人 身与设备进行安全保护,防止或减少事故的危 害。 内容: τ 反应堆有两套独立的停堆系统 τ 必须备有两套独立的电源。包括两路分开的厂 外电源、厂内事故电源以及能够快速启动且有 一定冗余数量的柴油发电机组。此外还应有为 仪表供电的蓄电池直流电源
自然的安全性;非能动的安全性;能动的安全性;后 备的安全性
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1、反应堆的安全性
固有安全性包括四种安全性要素: 自然的安全性:只取决于内在负反应性系数、多普勒效 应、控制棒籍助重力落入堆芯等自然科学法则的安全性,事 故时能控制反应堆反应性或自动终止裂变,确保堆芯不熔 化。 非能动的安全性:建立在惯性原理(如泵惰转)、重力法 则(如位差)、热传递法则等基础上的非能动设备(无源设 备)的安全性,即安全功能的实现毋需依赖外来的动力。 能动的安全性:必须依靠能动设备(有源设备),即需由 外部条件加以保证的安全性。 后备的安全性:指由冗余系统的可靠度或阻止放射性物质 逸出的多重屏障提供的安全性保证。
厂设计中考虑的所有事故,甚至对于哪些发生概率极小的事故都要 确保其放射性后果(如果有的话)是小的;确保哪些会带来严重放 射性后果的严重事故发生的概率非常低。 核电厂的指标:发生堆芯严重损坏事件的概率低于1×10-4/ (堆.年),发生严重的放射性向环境释放的概率低于1×10-5/(堆. 年)。
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Байду номын сангаас、核反应堆的安全原则
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