阅读说明：本技术 一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法 (Automatic isolation system and method for safety injection tank of pressurized water reactor nuclear power plant ) 是由 王振营 黄宇 焦振营 于枫婉 龚铭游 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法,该自动隔离系统包括温度压力测量模块和控制模块,温度压力测量模块安装在安注箱内,用于实时采集安注箱内气空间的温度和压力,并输出有效的温度和压力测量信号；控制模块连接温度压力测量模块和安注箱隔离阀,用于接收温度和压力测量信号,并依据温度和压力测量信号判断安注箱是否已经排空；若是,则输出自动隔离信号控制安注箱隔离阀自动关闭。本发明提供的核电厂安注箱自动隔离系统以及方法,可以实现任何事故工况下,安注箱排空时自动地隔离安注箱,既保证安注箱内的含硼水全部注入一回路,又确保氮气不会注入一回路,从而保证堆芯安全,提升反应堆的安全水平。(The invention provides an automatic isolation system and method for a safety injection box of a pressurized water reactor nuclear power plant, wherein the automatic isolation system comprises a temperature and pressure measurement module and a control module, wherein the temperature and pressure measurement module is arranged in the safety injection box and is used for acquiring the temperature and the pressure of an air space in the safety injection box in real time and outputting effective temperature and pressure measurement signals; the control module is connected with the temperature and pressure measuring module and the safety injection tank isolating valve and used for receiving temperature and pressure measuring signals and judging whether the safety injection tank is emptied or not according to the temperature and pressure measuring signals; if yes, an automatic isolation signal is output to control the isolation valve of the safety injection tank to be automatically closed. The automatic isolation system and method for the safety injection tank of the nuclear power plant can automatically isolate the safety injection tank when the safety injection tank is emptied under any accident condition, so that the boron-containing water in the safety injection tank is ensured to be completely injected into a primary circuit, and nitrogen is ensured not to be injected into the primary circuit, thereby ensuring the safety of a reactor core and improving the safety level of a reactor.)

一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法

技术领域

本发明涉及核电厂专设安全设施技术领域，尤其涉及一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法。

背景技术

压水堆核电厂配备安全注射系统作为专设安全设施，其包括由安注泵和注入管线组成的能动注入子系统外，一般还配置有安注箱，安注箱通过连接管线与一回路主管道相连，连接管线上设置有隔离阀和逆止阀。安注箱内部储有一定浓度的含硼水，用于在发生诸如一回路破口(LOCA，冷却剂失流事故)等事故后，以非能动的方式向堆芯注入含硼水，以重新淹没堆芯，确保堆芯的冷却，防止堆芯燃料损毁。在LOCA等事故下，一回路冷却剂通过破口流失，在一回路压力降至安注箱压力之下时，连接管线上逆止阀自动打开，安注箱开始向堆芯注入含硼水，在安注箱内储水全部注入一回路之后，安注箱排空，此时需要关闭连接管线上的隔离阀，将安注箱隔离，以防止氮气注入一回路。如果氮气注入到一回路，将会对堆芯安全造成十分不利的影响。

目前，事故后安注箱排空之后的隔离操作多由操纵员手动进行，依据安注箱的压力下降水平判断安注箱是否排空。现有技术方案一是将事故后安注箱注入的过程视为气体(安注箱内的氮气)的等温膨胀过程，据此确定安注箱排空时的压力，以确保在任何工况下氮气都不会注入到一回路；现有技术方案二将事故后安注箱的注入过程视为气体的绝热膨胀过程，据此确定安注箱排空时的压力，以确保在任何工况下安注箱内的含硼水都能全部注入到一回路。然而在事故工况下，安注箱的注入过程并不是绝对意义上的等温膨胀或绝热膨胀过程，而是介于等温膨胀和绝热膨胀之间的物理过程，这就导致：现有技术方案一虽然确保了任何工况下氮气都不会注入到一回路，但是在某些工况下，有可能安注箱内的储水没有完全排空就已实施隔离，这对堆芯安全是不利的；对现有技术方案二，虽然确保了任何工况下安注箱内的含硼水都可以全部注入一回路，但是在某些情况下，存在氮气已经部分注入一回路才实施隔离的风险，这同样对堆芯安全不利。

现有技术方案三通过在安注箱内设置浮体、连杆及隔离阀，将浮体设置于连杆的一端，浮体随含硼水的液面升降而驱动连杆的另一端打开或关闭隔离阀，从而实现安注箱排空时的自动隔离。然而，该技术方案将所需部件全部布置在安注箱内部，改变了安注箱的内部结构，损害安注箱的机械强度，对事故工况下安注箱的完整性造成威胁；也占用了安注箱的内部空间，使安注箱的储水量降低，而安注箱内足够的储水量是保证事故工况下堆芯安全的关键因素；同时，安注箱作为安全级设备，为了保证其完整性，一般为整体焊接的一体化结构，并不设置检修孔等设施，该技术方案将浮球、连杆、隔离阀等布置在安注箱内部，这就造成在机组日常运行期间，不易对这些设备的状态进行监测，很难探测这些设备的故障，也基本不太可能实现对所述设备的日常检修；另外，该技术方案通过浮球浮力驱动隔离阀，而实际上，考虑到安注箱注入管线的管径要求相对较大，所需隔离阀的尺寸规格也相应较大，虽然依靠浮球连杆驱动规格较大的隔离阀在理论上可行，但驱动较大规格的隔离阀动作需施加较大的驱动力，相应地要求较大的浮球体积才能产生足够的浮力以驱动阀门动作，而较大的浮球体积将占据安注箱的大部分内部空间，这在工程上是不可接受的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法，用于实现在任何事故工况下，安注箱排空时自动地隔离安注箱，即保证安注箱内的含硼水全部注入一回路，又确保氮气不会注入一回路，从而保证堆芯安全，提升反应堆安全水平。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面，提供一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统，包括：

温度压力测量模块，其安装在安注箱内，用于实时采集安注箱内气空间的温度和压力，并输出有效的温度和压力测量信号；

控制模块，连接所述温度压力测量模块和安注箱隔离阀，用于接收所述温度和压力测量信号，并依据所述温度和压力测量信号判断安注箱是否已经排空；若是，则输出自动隔离信号控制所述安注箱隔离阀自动关闭。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离系统中，所述控制模块还用于建立安注箱排空阈值曲线，所述安注箱排空阈值曲线为安注箱压力和温度的对应关系；

所述控制模块还用于当所述温度和压力测量信号对应的坐标点位于所述安注箱排空阈值曲线的上方区域时，判定安注箱已经排空。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离系统中，所述温度压力测量模块包括：

温度和压力监测仪表，所述温度和压力检测仪表均为冗余设置并安装在安注箱内，用于实时采集安注箱内气空间的温度和压力生成温度和压力测量信号；

有效性校验模块，连接所述温度和压力监测仪表，用于依据预设测量范围校验所述温度和压力测量信号的电气有效性，并将位于所述测量范围内的测量信号标识为有效，将超出所述测量范围的测量信号标识为无效。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离系统中，还包括：隔离阀驱动模块，其连接所述控制模块和安注箱隔离阀，用于接收并依据所述自动隔离信号驱动所述安注箱隔离阀关闭；

所述隔离阀驱动模块还连接手动控制开关，用于接收所述手动控制开关输出的手动控制信号，并依据所述手动控制信号驱动安注箱隔离阀打开或关闭；所述手动控制信号的优先级高于自动隔离信号。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离系统中，还包括模式选择模块，其连接所述隔离阀驱动模块，所述模式选择模块还连接试验和旁路开关，用于依据所述试验和旁路开关输出的操作指令控制所述隔离阀驱动模块隔离所述自动隔离信号。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离系统中，所述控制模块还用于在输出所述自动隔离信号时给出报警指示；

所述控制模块还用于在每一所述温度测量信号或每一所述压力测量信号被标识为无效时，不再进行安注箱的排空判断，并给出系统故障指示。

另一方面，还提供一种压水堆核电厂安注箱自动隔离方法，包括步骤：

实时采集安注箱内气空间的温度和压力，并输出有效的温度和压力测量信号；

接收所述温度和压力测量信号，并依据所述温度和压力测量信号判断安注箱是否已经排空；若是，则输出自动隔离信号控制所述安注箱隔离阀自动关闭。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离方法中，还包括：

建立安注箱排空阈值曲线，所述安注箱排空阈值曲线为安注箱压力和温度的对应关系；

当所述温度和压力测量信号对应的坐标点位于所述安注箱排空阈值曲线上方区域时，判定安注箱已经排空。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离方法中，所述实时采集安注箱内气空间的温度和压力，并输出有效的温度和压力测量信号，具体包括：

在安注箱内安装冗余设置的温度和压力监测仪表，以实时采集安注箱内气空间的温度和压力生成温度和压力测量信号；

依据预设测量范围校验所述温度和压力测量信号的电气有效性，并将位于所述测量范围内的测量信号标识为有效，将超出所述测量范围的测量信号标识为无效。

本发明上述的压水堆核电厂安注箱自动隔离方法中，还包括：

建立隔离阀驱动模块连接所述安注箱隔离阀，通过所述隔离阀驱动模块接收并依据所述自动隔离信号驱动所述安注箱隔离阀关闭；

建立手动控制开关连接所述隔离阀驱动模块，通过所述隔离阀驱动模块接收所述手动控制开关输出的手动控制信号，并依据所述手动控制信号驱动所述安注箱隔离阀打开或关闭；所述手动控制信号的优先级高于所述自动隔离信号。

实施本发明提供的一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法，具有以下有益效果：本发明依据实时采集的安注箱内气空间的温度和压力判断安注箱是否已经排空，并在判断排空时驱动连接管线上的安注箱隔离阀自动关闭，实现了安注箱自动隔离的目的，从而可以实现在任何事故工况下，安注箱排空时自动地隔离安注箱，既保证安注箱内的含硼水全部注入一回路，又确保氮气不会注入一回路，从而保证堆芯安全，提升反应堆的安全水平；同时，本发明提出的技术方案无需改变安注箱的本体结构，易于工程实现且便于日常维护和检修。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的安注箱自动隔离系统的模块示意图；

图2是本发明实施例提供的安注箱排空阈值曲线的示例图；

图3是本发明实施例提供的安注箱自动隔离系统的另一模块示意图；

图4是本发明实施例提供的安注箱自动隔离方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

本发明针对现有技术在事故后安注箱排空之后的隔离操作多由操纵员手动进行，给堆芯安全带来风险等问题，提供了一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法，其核心思想是：通过实时监测到的安注箱内气空间压力和温度判断安注箱是否已经排空，在监测到安注箱排空时自动隔离安注箱，实现事故后安注箱排空之后的自动隔离，避免安注箱内氮气注入一回路，提升核电厂的安全水平。

图1是本发明实施例提供的安注箱自动隔离系统的模块示意图，如图1所示，该自动隔离系统包括温度压力测量模块10和控制模块20，温度压力测量模块10安装在安注箱40内，用于实时采集安注箱内气空间的温度和压力，并输出有效的温度和压力测量信号；控制模块20连接温度压力测量模块10和安注箱隔离阀30，用于接收所述温度和压力测量信号，并依据所述温度和压力信号判断安注箱40是否已经排空；若是，则输出自动隔离信号控制安注箱隔离阀30自动关闭，从而实现安注箱的自动隔离，防止氮气注入。

图2是本实施例提供的安注箱排空阈值曲线的示例图，结合图2所示，控制模块20还用于建立安注箱排空阈值曲线，所述安注箱排空阈值曲线为正常工况下安注箱压力和温度的对应关系；控制模块20还用于当所述温度和压力测量信号对应的坐标点位于所述安注箱排空阈值曲线的上方区域时，判定安注箱已经排空。如果所述温度和压力测量信号对应的坐标点位于所述安注箱排空阈值曲线的下方区域，则表示安注箱还未完全排空，不需要关闭安注箱隔离阀。

本实施例中，所述安注箱排空阈值曲线的横轴为安注箱温度值，纵轴为安注箱压力值，并依据公式(1)确定所述安注箱排空阈值曲线：

公式(1)中，V1为正常工况下安注箱内氮气容积；V2为安注箱总容积；T1为正常工况下安注箱内温度；P1为正常工况下安注箱内压力；P和T分别为安注箱内的实时压力和温度；温度单位为摄氏度，压力单位为MPa。

图3是本实施例提供的安注箱自动隔离系统的另一模块示意图，如图3所示，温度压力测量模块10包括温度和压力监测仪表11和有效性校验模块12，其中，温度和压力监测仪表11均为冗余设置，其分别安装在安注箱40内，用于实时采集安注箱内气空间的温度和压力生成温度和压力测量信号；有效性校验模块12连接温度和压力监测仪表11，用于依据预设测量范围校验所述温度和压力测量信号的电气有效性，并将超出所述测量范围的测量信号标识为无效，将位于所述测量范围内的测量信号标识为有效。上述温度和压力监测仪表11均为冗余设置，以防止单一仪表测量通道故障时误触发安注箱的隔离，提升系统的可靠性。

本实施例中，温度和压力监测仪表11的数量均为两个，以测得的两个温度测量信号为例，有效性校验模块12还用于在两个温度测量信号均为有效时，计算两个温度测量信号的均值作为温度压力测量模块10最终输出的温度测量信号；有效性校验模块12还用于在两个温度测量信号只有一个有效时，直接使用该测量信号作为最终输出的温度测量信号；如果两个测量信号均为无效，则控制模块20直接给出系统故障指示。两个压力监测仪表测得的压力测量信号同理，在此不再赘述。

进一步地，该自动隔离系统还包括隔离阀驱动模块50，隔离阀驱动模块50连接控制模块20和安注箱隔离阀30，用于接收并依据所述自动隔离信号驱动安注箱隔离阀30关闭；隔离阀驱动模块50还连接手动控制开关60，用于接收手动控制开关60输出的手动控制信号，并依据所述手动控制信号驱动安注箱隔离阀30打开或关闭；隔离阀驱动模块50设定所述手动控制信号的优先级高于自动隔离信号。上述隔离阀驱动模块50提供了驱动安注箱隔离阀30动作的接口，可接收自动隔离信号和手动控制信号，在必要时可通过手动控制开关60对安注箱隔离阀30实施控制，比如，在某些工况下可解除安注箱的隔离，以利用安注箱内的氮气温度一回路压力，在手动控制信号驱动安注箱隔离阀30打开时，安注箱自动隔离信号被旁路。

该自动隔离系统还包括模式选择模块70，模式选择模块70连接隔离阀驱动模块50，模式选择模块70还连接试验和旁路开关80，用于依据试验和旁路开关输出的操作指令控制隔离阀驱动模块50隔离所述自动隔离信号。

在某些特殊工况下，需要利用安注箱内的氮气稳定一回路压力，上述试验和旁路开关80提供了在必要时可以退出安注箱自动隔离功能的操作入口，模式选择模块70提供了试验或旁路安注箱自动隔离功能的接口，在进行定期试验或其他不需要安注箱自动隔离功能的情形下，可将安注箱自动隔离功能旁路，旁路后，安注箱隔离阀30不再接收控制模块产生的自动隔离信号。

进一步地，控制模块20还用于在输出所述自动隔离信号是给出报警指示；控制模块20还用于在每一所述温度测量信号或每一所述压力测量信号被标识为无效时，不再进行安注箱的排空判断，并给出系统故障指示。上述报警指示和系统故障指示均在主控室给出，以及时提醒操纵员进行应急处理。

本实施例中，当两个冗余的温度测量信号被标识为无效或两个压力测量信号被标识为无效时，控制模块20给出系统故障指示，并不再进行上述安注箱是否排空的判断，以保证结果的准确性，防止误判。

图4是本发明实施例提供的安注箱自动隔离方法的流程图，结合图1-4所示，该自动隔离方法包括步骤：

S1、实时采集安注箱内气空间的温度和压力，并输出有效的温度和压力测量信号；

S2、接收所述温度和压力测量信号，并依据所述温度和压力测量信号判断安注箱40是否已经排空；若是，则输出自动隔离信号控制安注箱隔离阀30自动关闭。

上述安注箱自动隔离方法通过实施采集监测安注箱内气空间的温度和压力判断安注箱是否排空，如果排空则驱动安注箱隔离阀自动关闭，使安注箱自动隔离。

进一步地，上述步骤S2具体包括：

建立安注箱排空阈值曲线，所述安注箱排空阈值曲线为安注箱压力和温度的对应关系；

当所述温度和压力测量信号对应的坐标点位于所述安注箱排空阈值曲线上方区域时，判定安注箱已经排空。

上述步骤S1具体包括：

在安注箱40内安装冗余设置的温度和压力监测仪表11，以实时采集安注箱内气空间的温度和压力生成温度和压力测量信号；

依据预设测量范围校验所述温度和压力测量信号的电气有效性，并将位于所述测量范围内的测量信号标识为有效，将超出所述测量范围的测量信号标识为无效。

进一步地，该自动隔离方法在步骤S1之前还包括步骤：

S10、建立隔离阀驱动模块50连接安注箱隔离阀30，通过隔离阀驱动模块50接收并依据所述自动隔离信号驱动安注箱隔离阀关30闭；

建立手动控制开关60连接隔离阀驱动模块50，通过隔离阀驱动模块50接收手动控制开关60输出的手动控制信号，并依据所述手动控制信号驱动安注箱隔离阀30打开或关闭；所述手动控制信号的优先级高于所述自动隔离信号。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述安注箱自动隔离阀的具体流程可以参考上述安注箱自动隔离系统对应的实施过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种压水堆核电厂安注箱自动隔离系统以及方法，依据实时采集的安注箱内气空间的温度和压力判断安注箱是否已经排空，并在判断排空时驱动连接管线上的安注箱隔离阀自动关闭，实现了安注箱自动隔离的目的，从而可以实现在任何事故工况下，安注箱排空时自动地隔离安注箱，既保证安注箱内的含硼水全部注入一回路，又确保氮气不会注入一回路，从而保证堆芯安全，提升反应堆的安全水平；同时，本发明提出的技术方案无需改变安注箱的本体结构，易于工程实现且便于日常维护和检修。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。