ICS 27.120.20 F 69 备案号：36023—2012 NB 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 20098-2012 压水堆核电厂安全壳氢气控制系统 设计准则 Design criteria for containment hydrogen control system of pressurized water reactor nuclearpowerplants 2012-01-06发布 2012-04-06实施 国家能源局 发布 NB/T20098—2012 目 次 前言 II 范围 2规范性引用文件 3 术语和定义 1 氢气控制措施 4 系统功能 5 2 系统范围和主要设备 6 2 安全等级和抗震分类 3 8 设计准则 3 I NB/T20098—2012 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准参考相关中国核安全法规、欧洲用户要求文件（EUR）及美国用户要求文件（URD）及IAEA 有关文件等编写完成。 本标准由能源行业核电标准化技术委员会提出。 本标准由核工业标准化研究所归口。 本标准起草单位：中国核电工程有限公司。 本标准主要起草人：史海富，袁霞，付霄华，赵侠。 II NB/T20098-—2012 压水堆核电厂安全壳氢气控制系统设计准则 1范围 本标准规定了压水堆核电厂安全壳氢气控制系统的主要功能，系统范围和主要设备，设计准则等， 以确保该系统能够安全可靠地执行其预定的功能。 本标准适用于压水堆核电厂安全壳氢气控制系统的设计，不包括对该系统设备的具体设计要求，亦 不包括该系统的运行、维修和试验要求，除非与系统设计直接有关。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T17569压水堆核电厂物项分级 HAF102核动力厂设计安全规定 HAD102/03用于沸水堆、压水堆和压力管式反应堆的安全功能和部件分级 3术语和定义 HAF102确立的以及下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 爆燃deflagration 一种火焰以亚音速向未燃气体移动的燃烧波动，从热的燃烧气体向未燃烧气体的传热和传质将未燃 烧气体加热到反应温度，爆燃可在安全壳上引起静态或准静态的压力载荷。 3. 2 爆炸detonation 以超音速传播的燃烧区域或燃烧波的反应，所产生的压力载荷基本上是动态的，由爆炸引起的动态 压力载荷可造成安全壳破裂和安全重要设备损坏。 3. 3 氢复合hydrogencombine 氢气与氧气化合生成水的一种消氢措施。目前主要采用催化剂使氢气和氧气在较低温度甚至常温下 发生化合反应。 4氢气控制措施 1 NB/T20098—2012 4.1氢气控制措施一：稀释氢气，控制安全壳内混合气体成分，这类措施是混合。 加强氢气与安全壳内大气混合的主要方式有：利用自然机理的混合，如对流、扩散，也包括能够有 效利用自然机理的安全壳设计；能够强化自然机理的工程设备，如冷凝器、喷淋等；能够产生混合和扩 散所要求的能动措施，如采用风机、通风系统等。混合方式应有效且可靠的确保安全壳大气的充分混合， 以防止安全壳内可接近区域（主运行地面及环形空间的穹顶）和不可接近区域（蒸汽发生器、主泵、稳 压器等设备隔间）发生可燃或爆燃的危险。 4.2氢气控制措施二：减小安全壳内的氢气成分，这类措施是采用催化复合器、点火器： a）催化复合器是利用催化剂使氢气和氧气在浓度低于可燃浓度限值时发生化合反应而被消耗掉， 从而降低安全壳内氢气浓度； 点火器是在氢气的安全浓度范围内主动点燃氢气，使之燃烧，从而降低氢气浓度避免更为严重 b) 的氢气爆炸的发生。 4.3氢气导致的安全壳失效风险与具体的严重事故序列、安全壳类型、体积和隔间结构等许多因素相 关。对于大型干式安全壳，主要采用催化复合器和（或）点火器。 5系统功能 氢气控制系统应有能力在设计基准事故工况和严重事故工况下实施下列功能： a）控制在安全壳内的氢气浓度，以保证不发生威胁安全壳完整性的爆燃或爆炸； b) 系统有能力保证在事故发生或事故后产氢的状况下能实施事故缓解的功能； 保证安全壳在安全停堆和安全壳完整性所需设备遭受氢燃烧及以后有能力实施其功能： (P 提供安全壳大气的充分混合； e） 测量安全壳内氢气的浓度； 当氢气缓解措施失效或能力不足时，可进行适量排风，以降低安全壳内氢气的浓度。 6 系统范围和主要设备 6.1系统范围 氢气控制系统是指能完成第5章相应功能的设备（包括氢复合器、点火器、阀门、测量仪表等）、 管道及其支撑件等组成的系统。系统主要包括氢气浓度监测系统、氢气混合系统、氢气复合系统、氢气 点火系统。 6.2主要设备 6.2.1氢复合器 氢复合器用于设计基准事故和严重事故工况下对安全壳内氢气进行复合，在氢气和氧气浓度低于可 燃阈值时发生化合反应。目前主要采用非能动氢复合器，非能动氢复合器可在较低氢气浓度和较高蒸汽 浓度的条件下降低氢气浓度，但对于快速大量释放的情况，消氢能力有限。 6.2.2点火器 2 NB/T20098—2012 点火器用于当安全壳内氢气浓度超过可燃浓度限值时，启动点火器，氢气燃烧并降低到可燃浓度以 下，避免氢气的大量聚集。点火器的响应速度快，消氢能力大，但当混合气体水蒸汽超过一定浓度时， 点火器处于无效状态。 6.2.3测量仪表 在正常运行、预计运行事件、设计基准事故和严重事故情况下，对安全壳大气中氢气浓度进行全程 监测。 7安全等级和抗震分类 7.1总则 按照GB/T17569和HAD102/03的有关规定划分系统设备、管道的安全等级。 7.2设备分级 7.2.1用于设计基准事故工况下的氢复合器为安全2级或3级，抗震I类。 7.2.2用于严重事故工况的氢复合器、点火器为非安全级，不低于抗震II类。 7.2.3其中贯穿安全壳的管道和贯穿件（包括隔离阀）为安全2级，抗震I类。 7.2.4用于设计基准事故工况下的氢气浓度监测系统测量仪表为1E级，抗震I类。 7.2.6其他与安全相关的设备、管道、阀门为安全3级，抗震I类。 8设计准则 8.1系统的设计准则 8.1.1保护氢气控制系统的安全相关部分不受自然灾害的影响，如地震、水淹和外部飞射物。 8.1.2氢气控制系统的安全相关部分在安全停堆地震（SL-2）后维持其功能，且在假定火灾、内部飞 射物或管道破裂后执行其预定功能。 燃烧限值4%（体积比）以下。 8.1.4在严重事故工况下系统应保证，假定相当于100%燃料包壳金属与水反应产生的氢气量和实际 的产生速率，并假定氢气控制系统（如氢复合器和（或）点火器）有效时，系统应保持安全壳内整体和 局部空间气体混合物的氢气浓度低于10%（体积比）。 8.1.5用于设计基准事故工况下的氢气控制措施，应采用氢复合器，不考虑采用点火器。 8.1.6氢复合器和点火器各具特点，且具有互补性，当用于严重事故工况下的消氢措施时，根据系统 的设计，可采用相互配合的方式，也可单独采用氢复合器或点火器。 8.1.7应通过模拟典型设计基准事故和严重事故工况，计算分析氢气产量及安全壳内的氢气浓度分布， 确定氢复合器和（或）点火器的数量及布置。 3 NB/T200982012 8.1.8点火器应由控制室手动操作，开始时间应先于严重事故发生，而停止则应在确证电厂状况安全 稳定后实施。 8.1.9点火器的数量和位置应是最佳的，以满足系统的功能要求。 8.1.10点火器除了由厂外电源供电外，也可由附加柴油发电机或直流蓄电池供电，且保证发生全厂断 电期间的电源供给。 8.1.11氢气混合系统应防止局部隔间的氢气积聚而发生威胁安全壳完整性和设备操作性的爆燃或爆 炸。系统可设计为能动、非能动或两者相结合的方式。 8.1.12氢气混合系统若采用能动系统，系统的设备应是可靠的、穴余的、可试验和可维修的，并在丧 失厂内外电源时保持其功能。一般采用电动风机，用于安全壳空气从拱顶到底部作循环流动。若采用非 能动系统，非能动系统则利用合理设计安全壳内部结构来达到加强氢气混合物自然循环的目的。 8.1.13氢气监测系统是监测安全壳内的氢气浓度，且提供监测氢气的设备应是有效的、可靠的，并能 8.1.14对于设计了安全壳喷淋系统的反应堆应制定相关准则指导安全壳喷淋系统的投入与关闭，避免 不适宜的投入喷淋造成安全壳内氢气浓度过高，引起氢气爆燃或爆炸。 8.2事故序列准则 不同的事故序列对安全壳内氢气的释放速率、释放时间、释放位置以及释放总量有很大的影响。在 对各种事故工况下氢气产量的计算分析中选取具有代表性的事故序列。一般考虑准则如下： a）食 包括重要的事故序列，如大破口失水事故、中破口失水事故、小破口失水事故、全厂断电、蒸 汽发生器传热管泄漏等； ( 考虑最不利的氢气源特性，如释放的氢气量最多，氢气释放率最大，氢气释放点最高及氢气不 充分混合的隔间； c) 覆盖不利的安全壳工况，如氢气开始释放时低的蒸汽浓度，对流可能性小，吸热结构使蒸汽的 快速冷凝等。 8.3试验和检查准则 为保证本系统完成核电厂设计中所规定的系统功能，系统设计应包括必要的检查和维修的措施： a）氢复合器应能现场维护和修理，并应允许进行定期试验以验证完整性、可操作性和功能特性； b）安全壳隔离阀应定期进行功能性试验及密封性试验； c) 安全壳贯穿件应定期进行密封试验； d）定期对点火器通电检查它的电源。 8.4布置准则 8.4.1氢复合器 氢复合器的布置准则如下： a）考虑氢气产生的可能位置、氢气分布和流动，氢复合器应靠近