AP1000设备冷却水系统任务可靠性分析

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图 1 AP1000 设备冷却水系统图 CCS 主系统两个系列包括两台换热器、两台泵、两个止回阀、七个手动阀。
设备冷却水系统是放射性系统和外界之间的屏幕， 执行如下非安全相关的纵 深防御功能： 1)在正常停堆、换料和半管运行时，为正常余热排除系统的热交换器及泵提 供冷却； 2)为化学和容积控制系统补给泵的小流量热交换器提供冷却； 3)为乏燃料池热交换器提供冷却。 设备冷却水系统执行的其他非安全相关的功能如下：
4 任务剖面
根据核电厂的实际运行，本文选取以下 7 个任务剖面进行分析。
核电厂 启动
核电厂 正常运 行
电厂停 堆
电厂换料
应急整 堆卸料
丧失厂外
应急堆芯 冷却
0
t1
t2
t3
t4
任务剖面
t5
t6
t7
t
4.1 核电厂启动
0 - t1 ：核电厂启动是指将反应堆从冷停堆状态带到零功率运行的温度和压力，
然后进入功率运行状态。 成功准则：设备冷却水系统的两个序列都投入运行，监测设冷水温度、流量 （监测装置运行） 。开启主管道上三个电动阀、一个止回阀。开启冷却反应堆冷 却剂泵支路上四个电动阀、 四个止回阀。 关闭两个冷却常规余热排出系统的阀门。 管道正常。
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设备投入情况
4.3 电厂停堆
t 2 - t 3 ：电厂停堆
电厂停堆是指反应堆从功率运行阶段至换料阶段。在这个过程中，设备冷却 水系统的两个独立序列都需运行。 电厂停堆的第一阶段， 反应堆冷却剂系统通过蒸汽发生器和主蒸汽系统实现 降温降压。电厂停堆的第二阶段(大约在反应堆停堆 4h 之后)，反应堆冷却剂温
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设备投入情况
4.4 电厂换料
t 3 - t 4 ：电厂换料
在电厂换料期间，设备冷却水系统的两个序列都需投人运行，若厂用水的海 水进口温度为 90.5℉(32.5℃)，则 CCS 系统将维持乏燃料池水温低于 120℉(48.9 ℃) 。 成功准则：设备冷却水主系统两个序列都投入运行，监测设冷水温度（监测 装置运行） 。开启连接乏燃料热交换器的阀门。管道正常。
AP1000 设备冷却水系统任务可靠性分析
(吴鸿毅，20111514，2011151416) 摘要：本文对 AP1000 的设备冷却水系统（Component Cooling Water System，CCS）7 种任 务剖面进行分析， 建立设备冷却水系统的任务可靠性框图及相应的数学模型， 计算出相应可 靠度；并利用蒙特卡罗法对 7 种工况进行可靠度预测。 关键字 设备冷却水系统 可靠度 任务剖面 可靠性框图 蒙特卡罗法
1 系统描述
设备冷却水系统(Component Cooling Water System),简称 CCS 系统。类似于 火力发电厂的汽机房闭式循环冷却水系统。 通过 CCS 换热器被厂用水系统(SWS) 冷却，从而不断将核岛设备散热带出。它的介质是除盐水，除盐水管道连接至 CCS 膨胀水箱。对其进行补水和水位调节。 CCS 包括两台 CCS 泵、两台 CCS 换热器、一台 CCS 膨胀水箱、一台膨胀 水箱、监测装置（温度、流量检测）和相关的管道、阀门。系统如图 1 所示
5.2 正常运行 CCS主系统 一个系列 安全壳 内、外管道 监测装置、 膨胀水箱
设备投入情况
4.7 应急堆芯冷却
t 6 - t 7 ：应急堆芯冷却
成功准则：设备冷却水主系统一个序列的设备投入运行，至少开启一个冷却 余热排出系统的手动阀。关闭 CCS 安全壳供水管电动隔离阀或 CCS 安全壳入水 止回阀正常工作，至少关闭一个回水管上的电动隔离阀。管道正常。设备投入情况5 不同任务 Nhomakorabea面可靠性分析
R。
设备冷却水系统（CCS 系统）的阀门包括手动阀与电动阀。对于手动阀， 设 RSI 为手动阀打开的可靠度。假设不发生人因失效，即其本身任务可靠度仅由 自身可靠度决定。同理 RDI * 为安全壳内电动隔离阀开启的可靠度， RDI 为安全壳 内电动隔离阀开启的可靠度； RJC 为流量水温检测器正常工作可靠度； RET 为膨 胀水箱正常工作可靠度； RC* 为安全壳内止回阀起到止回作用的可靠度,
1)提供放射性物质向环境泄露的屏障; 2)提供厂用水向一回路安全壳系统和反应堆系统泄露的屏障; 3)为支持核电厂运行所正常运行所需的各种非安全相关设备提供冷却； 4)在非能动余热排出热交换器运行时向 RNS 热交换器提供冷却水，以冷却 安全壳内置换料水箱的水； 5)在非能动堆芯冷却系统缓解事故后的核电厂恢复运行期间向 RNS 系统提 供冷却水带走堆芯热量。
RC 为安
全壳内止回阀起到止回作用的可靠度; RH 与 RP 分别为热交换器、泵正常工作的 可靠度； RM 为 CCS 两系列同时切换至柴油发电机的可靠度。 设反应堆安全壳内的属于 CCS 系统的所有管道为一个单元 G*， 安全壳外的 CCS 系统所有管道为一个单元 G，同理 RG* 、 RG 分别为安全壳内、外管道起到 正常输送作用的可靠度。
0 引言
AP1000 的设备冷却水系统（Component Cooling Water System，CCS）作为 非安全相关系统，不执行事故缓解功能。但其设计初衷就体现 IAEA 的纵深防御 设计理念，旨在减少导致堆芯损伤的事件。对于若干可能发生的事件，包括设备 冷却水系统在内的非安全系统会自动启动， 从而减少安全相关系统的不必要启动 和运行。 设备冷却水系统设有两条机械设计，每条系列有一台泵和一台热交换器。两 条系列共用出口总管和入口总管。出口总管有一根支管通向安全壳，向反应堆冷 却剂泵和下泄热交换器等设备提供冷却水， 另有支管分组通向安全壳外的其他设 备。
要求设备冷却水两个系列的设备投入运行，故泵、热交换器及其阀门为串联 模型。 SI H SI C P SI
SI
H
SI
C
P
SI
泵、热交换器及其阀门可靠性框图
则 RCCS 2
6 2 2 RSI RH RP RC2 。
在启动期间四台反应堆冷却剂泵（RCP）需同时工作，即为串联模型。但 RCP 不属于 CCS，不考虑其可靠度。同时与 RCP 相连的电动隔离阀 DI*，要求 在接到设冷水大流量信号时关闭，即电动隔离阀关闭的、同时与 RCP 相连的止 回阀 C*，也要起到防止冷却水倒流的作用（此处电厂启动不考虑） 。
2 设备描述
2．1 设备冷却水热交换器 设备冷却水热交换器为板式热交换器， 两台设备冷却水热交换器为正常运行 热负荷提供了多重性。在核电厂停堆冷却时，为了达到设计要求的冷却速率需运 行两台热交换器。如果只运行一台热交换器将延长核电厂的停堆冷却时间。在核 电厂正常运行时， 任一台设备冷却水热交换器可以和任一台设备冷却水泵组合运 行。 2．2 设备冷却水泵 设备冷却水系统有两台卧式离心泵，由交流电机驱动。泵的流量能够满足相 应热交换器的换热热负荷要求。 在核电厂正常运行时只需一台泵就可以满足系统 设计要求。 2．3 设备冷却水膨胀水箱 设备冷却水系统有一台膨胀水箱， 用来调节由于运行温度变化引起的设备冷 却水容积的变化。膨胀水箱能够满足每分钟 50 gal（11．36 m³/h)的系统内漏或 外漏，且 30 min 内不需要操纵员的任何干预。 2．4 设备冷却水系统阀门 设备冷却水系统中绝大多数阀门都是手动阀门， 用来隔离给定电厂运行模式 中不需要冷却的设备冷却水。 贯穿安全壳的设备冷却水系统供水管及回水管线上安装有一台电动隔离阀。 阀门常开，接到设备冷却水大流量信号时关闭。这时表明，有大量的反应堆冷却 剂通过反应堆冷却剂泵冷却盘管或热屏向设备冷却水系统泄露。 关闭这些阀门可 以防止带有放射性的反应堆冷却剂泄露至设备冷却水系统。 每一台反应堆冷却剂泵的冷却水出口管线上都安装有卸压阀。 这些阀门用于 反应堆冷却剂泵冷却盘管或热屏发生传热管破裂时， 保护泵电机冷却夹套和设备 冷却水管道。 在下泄热交换器设备冷却水出口管上的卸压阀也用于热交换器传热 管破裂时保护设备冷却水管道。 其他设备的冷却水出口管线上安装有小型的卸压 阀。当设备冷却水管道被隔离时，可卸去因水温上升而膨胀的容积。
5.1 核电厂启动 CCS主系统 两个系列 安全壳 内、外管道 监测装置
连接余热 排出系统 2个手动阀
CCS系统主管 道1个止回阀 3个电动阀
电厂启动可靠性框图
冷却RCP 支路4个电动阀 4个止回阀
则电厂启动可靠度为 RS
2 2 RCCS 2 RG* RG RJC RSI RC* RDI * RDI RRCP 4
设备投入情况
4.5 应急整堆卸料
t 4 - t 5 ：应急整堆卸料
在应急整堆卸料期间，设备冷却水系统两个序列都必须投入运行，以维持乏 燃料池温度低于 120 ℉(48.9℃)(假设池中累积了最大数量的乏燃料)。设备冷却 水同时向两台乏燃料冷却水系统热交换器和一台正常余热排出热交换器供水， 以 冷却乏燃料水池。 成功准则：设备冷却水主系统两个序列都投入运行，监测设冷水温度（监测 装置运行） 。开启连接乏燃料热交换器的手动阀。至少开启一个连接冷却乏燃料 热交换器的手动阀，管道正常。
度和压力分别降至 350℉(176．7℃)和 400～450psig(2.758～3.130MPa(g))时，余 热排出系统投入运行。 成功准则：设备冷却水系统的两个序列都投入运行，监测设冷水温度、流量 （监测装置运行） 。开启主管道上三个电动阀、一个止回阀。开启冷却反应堆冷 却剂泵支路上四个电动阀、 四个止回阀。 开启两个冷却常规余热排出系统的阀门。 管道正常。
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设备投入情况
4.2 核电厂正常运行
t1 - t 2 ：核电厂正常运行
在核电厂正常运行期间，只需要设备冷却水一个序列的设备投入运行。如果 运行序列的设备冷却水泵发生故障，另一序列将自动启动。正常运行期间，设备 冷却水系统的泄露将由膨胀水箱低水位信号触发补水管线上阀门的自动开启来 进行补给。核电厂运行人员定期对设备冷却水进行取样，以确定化学成分是否满 足要求。 成功准则：设备冷却水主系统一个序列的设备投入运行，监测设冷水温度、 流量（监测装置运行） ，膨胀水箱能够进行系统漏水补充。开启主管道上三个电 动阀、一个止回阀。开启连接取样系统热交换器的阀门。根据运行功率开启冷却 反应堆冷却剂泵支路电动阀、止回阀（详细见 5.2） 。管道正常。