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【前沿∙非能动技术系列】核动力装置非能动技术特点

发布时间:2015-5-20 09:05    来自: 核动力工程


3 船用核动力非能动技术的属性

针对船用核动力装置对非能动技术的特殊性要求,根据非能动性程度的不同,船用核动力装置的非能动技术从信号、外部能量、机械移动部件、工质流动等方面分析,大致分为:

1)无信号输入、无外部能源、无机械移动部件、无流动工质。这类非能动系统主要是指多道实体屏障和利用热辐射、热传导方式导出堆芯热量的设施。此类非能动安全设施包括:防止裂变产物释放的物理屏障,如燃料包壳、一回路压力边界、反应堆安全壳等;依赖于热辐射方式或者热传导方式(从核燃料传导到外部结构)的堆芯冷却系统等。

2)无信号输入、无外部能源、无机械移动部件、有流动工质。在这类系统中,非能动过程无须信号输入和外部能源,无阀门等机械部件操作,利用自然循环、蒸发、对流换热等基本自然形式,维持非能动过程。此类非能动安全设施包括:以空气或冷却水通过嵌入在水池中的换热器形成自然循环直接导出衰变热的反应堆余热导出系统;基于空气在安全壳内部自然循环流动的安全壳冷却系统等。

3)无信号输入、无外部能源、有机械移动部件、无论流动工质流动与否。在这类系统中,没有电子信号输入,只能通过温度、压力和液位等激励促使控制阀、弹簧泄放阀以及单项阀等机械发生动作,启动非能动过程的实施。此类非能动安全设施包括:安注箱、补水箱、配置有控制阀泄放管道的应急注射系统,以及基于通过泄放阀释放流体的超压保护和应急冷却的压力边界系统等。

4)有信号输入、有外部能源(非电能)、有能动部件动作、不允许手动启动。在这类系统中,通过信号作为输入启动非能动过程,有外部能源或力量以开始非能动,但能源必须来源于储存能量如重力势能,有能动部件受限制的控制。此类非能动安全设施包括:基于通过爆破阀启动的应急堆芯冷却和注射系统;基于通过重力或者静压力驱动控制棒的应急反应堆停堆系统等。

5)有信号输入、有储存的电能、有能动部件动作、不允许手动启动。在这类系统中,通过信号作为输入,利用存储的电能如电池等,驱动电动控制阀开启,以实施之后的非能动过程,能动部件的动作仅为了非能动过程的启动。此类非能动安全设施包括:基于通过电池电动或者电气控制阀门启动的重力驱动的应急堆芯冷却和注射系统;基于通过自带电源的低能耗控制阀启动的应急堆芯冷却和注射系统。通过对以上5 种船用非能动技术的梳理,同时结合国际原子能机构(IAEA)相关技术文件,以及其他权威规范对非能动的说明和定义,总结出船用核动力装置非能动技术的基本属性是:完全采用非能动或者为了开启非能动动作而在一定的限制内采用能动部件和结构,且适应船用特殊性要求,在各类工况下保证有效持续实现非能动功能的技术。

 

4 船用核动力非能动技术体系

依据上述船用非能动技术的内涵,并结合船用条件对非能动技术的特殊性要求,提出船用非能动技术的发展方向及其技术体系。船用核动力非能动技术的研究分为3 个层次:①非能动技术系统应用研究,对目前已被广泛接受的如自然循环、重力驱动等方式的非能动技术,合理的选取应用环境,拓展非能动技术应用的系统,满足提高船用核动力安全性的要求;②非能动单项技术组合研究,利用多种单项非能动技术形式进行组合应用,以适应船用条件的特殊性要求,满足功能实现;③非能动新技术拓展研究,发展新型技术、利用其他工程领域的成熟技术(如低能耗阀门技术、热电转换技术等),拓展非能动技术应用领域,延伸非能动的内涵和应用。

结合船用核动力非能动技术发展情况,从理论研究、实验技术、设计技术、设备技术和仿真技术等5 个方面进行整理,建立适合于船用非能动发展的技术体系,从船用条件特殊性角度,对非能动功能的实现进行验证。初步的船用非能动技术体系见图1。在此技术体系所述之外,还应注重新材料、新方式研究,并作为前沿课题开展相关工作。

5 结束语

世界范围内核动力的一个重要发展方向就是提高其安全性能,非能动技术作为一种提高反应堆及其系统固有安全性能的手段已被广泛认可,并且在船用核动力中得到成功应用。船用核动力非能动技术不局限于完全非电力驱动,还应包含为实现非能动安全功能而采取的一切手段和方式,并且以保证反应性可控、反应堆冷却和放射性产物包容三大基本安全功能的有效实现为目标,遵循核动力安全设计原则,构成完整船用核动力安全防御体系,提高船用核动力的固有安全性。

(本文文字版权属于《核动力工程》)

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