核電站反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)RRA

1、§1.2.3 反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)(rra)反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)又可稱(chēng)反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)，核安全的主要問(wèn)題是要在任何情況下能夠保證燃料的持續(xù)冷卻，正常運(yùn)行情況下燃料產(chǎn)生的能量由一回路通過(guò)蒸汽發(fā)生器向二回路傳熱來(lái)導(dǎo)出。反應(yīng)堆停閉以后，核功率雖然消失，但是由裂變碎片及它的衰變物的衰變產(chǎn)生的剩余功率卻緩慢下降。為了導(dǎo)出剩余功率，最初仍用二回路冷卻，當(dāng)二回路不能夠再運(yùn)行時(shí)，由反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)保證反應(yīng)堆的冷卻。一、系統(tǒng)功能1. 主要功能（1）二回路停用時(shí)，由余熱排出系統(tǒng)排出：a）堆芯的停堆余熱；b）水和一回路設(shè)備的顯熱。（2） 當(dāng)反應(yīng)堆在冷停堆狀態(tài)，進(jìn)行裝卸料和維修操作時(shí)，余熱排出系統(tǒng)排出堆芯余熱，

2、維持一回路溫度低于60。（3） 當(dāng)反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)，余熱排出系統(tǒng)保證一回路水的循環(huán)。從圖1可以看出，運(yùn)行于滿(mǎn)功率的反應(yīng)堆停堆后，由裂變碎片及它的衰變物的衰變而產(chǎn)生的剩余功率緩慢下降。運(yùn)行人員可以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的核功率，但卻控制不了剩余功率的釋放。為了反應(yīng)堆的安全，在任何時(shí)刻必須要將剩余功率導(dǎo)出。2. 安全功能（1） 在蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故下，冷卻反應(yīng)堆。（2） 在rcp小破口事故下，如果rcv系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)壓器水位的話(huà)，使用該系統(tǒng)排出余熱。（3） 在冷停堆期間，通過(guò)rra的卸壓閥防止rcp系統(tǒng)超壓然而該系統(tǒng)不是一個(gè)專(zhuān)設(shè)安全系統(tǒng)。100%10%7%1%0.5%0.25%0h1h2h4h3h5h時(shí)間（

3、t）功率（%）剩余功率圖1 停堆后的剩余功率停堆3. 輔助功能反應(yīng)堆換料池水的傳輸在換料以后，通過(guò)rra系統(tǒng)將反應(yīng)堆換料池水重新打入反應(yīng)堆換料水箱ptr001ba。一回路容積控制當(dāng)一回路壓力低到正常下泄管路失效時(shí)，rra-rcv聯(lián)管保證在下述工況時(shí)凈化一回路冷卻劑。一回路充水及靜態(tài)排氣升壓及動(dòng)態(tài)排氣加熱為換料、或維修而停堆當(dāng)rcp處于單相狀態(tài)時(shí)，這條聯(lián)管rra-rcv也可用來(lái)防止一回路升壓，當(dāng)主泵停運(yùn)時(shí)，用rra泵使rcp硼濃度均勻化。二、 系統(tǒng)描述反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)（rra）的原理圖如圖2所示。它是一個(gè)熱量傳遞系統(tǒng)，由一表面式熱交換器（依靠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)rra作為冷源）來(lái)實(shí)現(xiàn)。rra冷源rr

4、i反應(yīng)堆熱源圖2 停堆余熱的傳遞如圖3 rra流程圖所示，余熱排出系統(tǒng)由兩臺(tái)熱交換器、兩臺(tái)余熱排出泵及有關(guān)的管道、閥門(mén)和運(yùn)行控制所必需的儀表組成。余熱排出系統(tǒng)的進(jìn)水管連接到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的一二環(huán)路熱段，而回水管線(xiàn)接到反應(yīng)堆壓力容器，這兩根回水管也是安全注入系統(tǒng)（ris）低壓安全注入管線(xiàn)。每條管線(xiàn)設(shè)置兩個(gè)隔離閥，分別為rra001vp，rcp215vp，rra021vp，rcp212vp。吸入管線(xiàn)向兩臺(tái)并聯(lián)的泵（001po和002po）供水。位于泵出口的聯(lián)箱向兩臺(tái)并聯(lián)的熱交換器供水。在泵與熱交換器之間的聯(lián)箱上設(shè)置了兩臺(tái)泄壓閥組，泄壓閥組的排出管線(xiàn)與穩(wěn)壓器泄壓箱（rcp002ba）相連。于兩臺(tái)熱

5、交換器交聯(lián)設(shè)置了一條旁路管線(xiàn)，該管線(xiàn)上有流量調(diào)節(jié)閥rra013vp。兩臺(tái)熱交換器的流量分別由調(diào)節(jié)閥rra024和rra025控制，用以調(diào)節(jié)rcp的溫度，rra的總流量則由旁路調(diào)節(jié)閥rra013控制。余熱排出系統(tǒng)（rra）的主要設(shè)備：1. 閥門(mén)這四個(gè)閥門(mén)是電動(dòng)，并以“全關(guān)或全開(kāi)”的方式運(yùn)行。其正常位置為“關(guān)閉”，它是由柴油機(jī)供電的安全母線(xiàn)供電。rra010vp和rcp212vp串聯(lián)，rra21vp和rcp215vp串聯(lián)，這樣保證rcp和rra泵吸水管線(xiàn)之間的隔離。2. 余熱排出泵rra001po和rrra002po 這些泵是離心，單級(jí)臥式泵，每臺(tái)泵都裝有有反應(yīng)堆冷卻劑潤(rùn)滑的機(jī)械密封。潤(rùn)滑用的冷卻

6、劑通過(guò)輔助熱交換器循環(huán)有rri水冷卻，填料箱也rri系統(tǒng)冷卻。泵配有異步電機(jī)。要求該電機(jī)能夠經(jīng)受住主蒸汽管道破裂或rcp小破口事故并能保持器功能。表1 余熱排出泵特性參數(shù)表安全等級(jí)rcc-p安全二級(jí)抗震類(lèi)別1a設(shè)計(jì)壓力4.75mpa.a設(shè)計(jì)溫度180°c入口溫度15-180°c最大運(yùn)行入口壓力3.0mpa.a關(guān)閉流量80m3/h額定流量下總壓頭77mcl額定流量為：610m3/h額定流量下要求npsh3.9mcl最大流量下軸吸收功率206kwrra系統(tǒng)簡(jiǎn)易流程圖3. 余熱排出熱交換器（001rf和002rf）余熱排出熱交換器為立式u型管式殼四熱交換器。u型管焊在管板上，管板

7、被夾在殼體與流道封頭法蘭之間，流道封頭內(nèi)有隔板將進(jìn)出口流道分開(kāi)。冷卻機(jī)在u型管的管內(nèi)流過(guò)，設(shè)備冷卻水從殼體流過(guò)。表2 余熱排出系統(tǒng)熱交換器特性參數(shù)表管側(cè)殼側(cè)設(shè)計(jì)壓力4.75mpa.a1.15mpa.a設(shè)計(jì)溫度18093入口溫度18040最大運(yùn)行入口壓力3.75mpa.a0.8mpa.a額定流量610m3/h680m3/h額定入口溫度6035額定出口溫度5044額定熱負(fù)荷6970kw4. 調(diào)節(jié)閥門(mén)rra013，24和25vp閥門(mén)rra024vp和rra025vp用于控制通過(guò)相應(yīng)的熱交換器的rra流量。操縱員根據(jù)控制升降溫度速率或一回路的需要，手動(dòng)給出開(kāi)度整定值。而閥門(mén)rra013vp可以自動(dòng)或手

8、動(dòng)控制，用來(lái)維持通過(guò)rra的總流量在預(yù)定值，以保證泵的輸出流量恒定。rra013vp的設(shè)計(jì)能夠保證該閥“故障全開(kāi)”情況下，仍然有相當(dāng)?shù)牧髁客ㄟ^(guò)熱交換器。從而保證排出余熱。5. 卸壓閥rra018，115，120和121vp閥門(mén)rra018vp和120vp串聯(lián)，115vp和121vp串聯(lián)，上游的閥門(mén)（018和115vp）起安全卸壓作用，稱(chēng)為“保護(hù)閥”；下游閥門(mén)（“120和121vp”）起隔離作用，稱(chēng)為“隔離閥”兩組閥用以避免一回路和rra系統(tǒng)超壓。rra120-121vp一般特性：rra18vprra115vp120或121vprcc-p安全級(jí)rcc-m級(jí)2rcc-m級(jí)2rcc-m級(jí)2抗震類(lèi)別1

9、a1a1i設(shè)計(jì)壓力4.75mpa.a4.75mpa.a4.75mpa.a設(shè)計(jì)溫度180180180整定開(kāi)啟壓力4.5±0.1mpa.a4.0±0.1mpa.a3.8±0.1mpa.a整定關(guān)閉壓力4.2±0.1mpa.a3.7±0.1mpa.a2.5±0.1mpa.a正常位置關(guān)閉關(guān)閉開(kāi)啟額定排放量300m3/h300m3/h300m3/h三、 rra系統(tǒng)的運(yùn)行1. rra系統(tǒng)的備用狀態(tài)和運(yùn)行范圍電站正常運(yùn)行時(shí)，rra系統(tǒng)處于隔離和備用狀態(tài)，其主要配置如下；rcp212vp，rcp215vp，rra001vp，021vp，014vp，01

10、5vp，130vp，131vp和114vp關(guān)閉，rra泵停運(yùn)；rra024和rra025被調(diào)定在30%開(kāi)度，013vp全開(kāi)；rcv082vp，rcv310vp關(guān)閉；rcv366，367和rra116vp打開(kāi)，使rra始終充滿(mǎn)水；rri冷卻水處于備用狀態(tài)，但與rra系統(tǒng)隔離。運(yùn)行范圍：兩相中間停堆到換料冷停都可用rra（溫度180，壓力3.0mpa.a。2. rra的正常啟動(dòng)rra系統(tǒng)的正常啟動(dòng)在反應(yīng)堆從熱停堆過(guò)渡到冷停堆的過(guò)程中進(jìn)行。rra投入之前，一回路應(yīng)該具備的主要條件是：一回路平均溫度在160-180一回路壓力在2.4至2.8mpa.a之間一回路壓力若尚未降到2.8mpa.a，則rra系

11、統(tǒng)的四個(gè)入口閥（rra01，021vp，rcp212，215vp）都被閉鎖而不能打開(kāi)一回路壓力的控制由穩(wěn)壓器進(jìn)行，一臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵仍在運(yùn)行。rra的啟動(dòng)主要包括兩大項(xiàng)操作：（1）升壓和加熱，避免壓力和熱沖擊，以保護(hù)rra泵和熱交換器；（2）硼濃度的調(diào)整，防止在rra系統(tǒng)內(nèi)硼濃度低于一回路的硼濃度情況下誤稀釋一回路。為了防止對(duì)大設(shè)備的熱沖擊以及泵體與葉輪之間由于不同的膨脹而出現(xiàn)相互接觸或卡死現(xiàn)象，在rra014，015vp打開(kāi)之前，必須將反應(yīng)堆冷卻劑與rra泵殼之間溫度限制在60以?xún)?nèi)。在加熱過(guò)程中，只能有一臺(tái)rra泵運(yùn)行，因?yàn)閮膳_(tái)泵流量太大，不允許同時(shí)僅以最小流量循環(huán)運(yùn)行。為了防止上述的接觸或

12、卡死現(xiàn)象，兩臺(tái)泵應(yīng)交替啟動(dòng)。按照rra系統(tǒng)相應(yīng)系統(tǒng)管線(xiàn)的主要閥門(mén)和rra泵的操作順序，rra的啟動(dòng)過(guò)程如下：關(guān)閉rcv366，367vp，因?yàn)楸３謗ra充滿(mǎn)水的使命完成。啟動(dòng)一臺(tái)rra泵，以最小流量管線(xiàn)循環(huán)約十分鐘，然后打開(kāi)與ren有關(guān)的取樣管線(xiàn)的閥門(mén)進(jìn)行取樣，檢驗(yàn)rra系統(tǒng)的硼濃度，隨后停運(yùn)rra泵，關(guān)閉取樣閥門(mén)。若rra的硼濃度低于rcp，則用rea系統(tǒng)給rra加硼，使得rra投入后rcp的硼濃度不變，若rra的硼濃度高于rcp，則不需調(diào)整。rri冷卻水管線(xiàn)的隔離閥打開(kāi)，使rra泵和熱交換器冷卻水開(kāi)通。在rcv下泄孔板下游的壓力被調(diào)整到約1.5mpa.a后，打開(kāi)rcv082，310vp，將

13、rra系統(tǒng)的升壓到下泄孔板下游的壓力。關(guān)閉rcv310vp，以避免打開(kāi)rra入口閥時(shí)下泄孔板下游的壓力突然大幅度增加。打開(kāi)rcp212，215和rra001，021vp，這一操作必須在一回路平均溫度仍大于160。c時(shí)進(jìn)行。入口閥打開(kāi)后，rra的壓力便與rcp相同。啟動(dòng)rra001po，開(kāi)始進(jìn)行rra系統(tǒng)的加熱。逐漸增加rcv310vp的開(kāi)度，直到在rcv系統(tǒng)測(cè)得的下泄流量約達(dá)28.5m3/h，以便引入適量的rcp水，較快地加熱rra系統(tǒng)。當(dāng)rra熱交換器上游的溫度比加熱前升高了約60。c時(shí)，停運(yùn)rra001po。隔30秒后，啟動(dòng)rra002po。當(dāng)上述溫度又升高了60時(shí)，停運(yùn)rra002po。

14、隔30秒后，啟動(dòng)rra001po。當(dāng)rra系統(tǒng)的升溫速率低于30/h時(shí)，一回路與rra泵殼之間的溫度就會(huì)小于60。這時(shí)rra的溫度條件已具備打開(kāi)rra014，015vp。啟動(dòng) rra002po。將rra013vp置于自動(dòng)控制狀態(tài)。將rra024，025vp的開(kāi)度都調(diào)整到20%。然后根據(jù)控制降溫速率和控制一回路溫度的需要調(diào)整這兩個(gè)閥的開(kāi)度，開(kāi)度小于30%時(shí)有警報(bào)信號(hào)。至此，rra投入運(yùn)行的操作過(guò)程完成。3.一回路冷卻過(guò)程中rra的運(yùn)行rra系統(tǒng)投入后，兩臺(tái)泵和兩臺(tái)熱交換器在運(yùn)行。兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器至少有一臺(tái)蒸汽發(fā)生器的水位仍在窄量程范圍內(nèi)。必要時(shí)，從rra冷卻返回到蒸汽發(fā)生器冷卻是可能的，而且需要在

15、約一小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)換完畢。在進(jìn)行穩(wěn)壓器汽腔的消除操作過(guò)程之后，操縱員根據(jù)28/h的降溫速率限制，調(diào)整rra024，025vp的開(kāi)度，將反應(yīng)堆冷卻到冷停堆狀態(tài)。正常冷停堆要求一回路平均溫度在10到60之間。在冷停堆狀態(tài)時(shí)，可以停運(yùn)一臺(tái)rra泵。在冷卻過(guò)程中，在穩(wěn)壓器仍然處在兩相時(shí)，由穩(wěn)壓器控制rcp的壓力，穩(wěn)壓器滿(mǎn)水之后，由rcv013vp控制rcp的壓力。超壓保護(hù)由rra卸壓閥實(shí)現(xiàn)。rcp壓力3.0mpa.a。4.一回路加熱過(guò)程中rra的運(yùn)行：在反應(yīng)堆從冷停堆狀態(tài)開(kāi)始加熱啟動(dòng)時(shí)，rra主要控制一回路的溫度。升溫速率控制在28范圍內(nèi)。rra運(yùn)行的最高溫度是180。在此溫度前的加熱過(guò)程中，泵一般都處于停

16、運(yùn)備用狀態(tài)，rri始終供水。一回路平均溫度達(dá)到120而加藥除氧操作尚未完成時(shí)，需要啟動(dòng)rra泵阻止溫度升高。通過(guò)控制rcv上充流量來(lái)調(diào)節(jié)rcv082，310vp的管線(xiàn)的流量。以保證rra泵逐漸加熱，以防止泵的葉輪與殼體接觸。5.rra的正常停運(yùn)rra系統(tǒng)的正常停運(yùn)在反應(yīng)堆從冷停堆過(guò)度到熱停堆的過(guò)程中進(jìn)行。停運(yùn)時(shí)的外部先決條件是：一回路平均溫度在160-180之間；一回路壓力在2.4-2.8mpa.a之間。壓力大于3.0mpa.a時(shí)有報(bào)警；穩(wěn)壓器可以控制rcp的壓力；至少有兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵在運(yùn)行；蒸汽發(fā)生器可用；應(yīng)急柴油機(jī)可用，ris和eas系統(tǒng)可用。rra的停運(yùn)過(guò)程主要包括rra系統(tǒng)的降溫，

17、降壓和壓力檢測(cè)等操作。根據(jù)rra及相應(yīng)的系統(tǒng)管線(xiàn)的主要閥門(mén)和rra泵的操作順序，rra的停運(yùn)過(guò)程如下：如果rra兩臺(tái)泵都在運(yùn)行，那么停一臺(tái)泵；關(guān)閉rra014vp和015vp；rra的溫度降低到約120時(shí)，逐漸減少rcv310vp的開(kāi)度，直到rcv中測(cè)得得流量大約15m3/h；當(dāng)rra熱交換器上游得溫度比原來(lái)降低了60時(shí)停運(yùn)rra泵。30秒鐘后啟動(dòng)另一臺(tái)泵；逐漸關(guān)小rcv310vp，同時(shí)降低下泄孔板下游得壓力到約1.0mpa.a，以增加經(jīng)過(guò)下泄孔板得流量；當(dāng)rra熱機(jī)交換器上游得溫度低于50時(shí)，rcv310vp全關(guān)。關(guān)閉入口閥rra001vp和021vp；打開(kāi)rcv310vp 到約10%得開(kāi)度

18、，使rra減壓到下泄孔板后的壓力，然后關(guān)閉；監(jiān)測(cè)rra的壓力約15分鐘。如果rra壓力上升，表明rra001vp021vp有泄露。出口閥rra014，015vp，一般不會(huì)泄漏，因?yàn)檫€有rcp121，321vp隔離；若監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)rra系統(tǒng)的壓力上升，則關(guān)閉rcp212、215vp，打開(kāi)rra001，0021vp，再監(jiān)測(cè)15分鐘。若壓力上升，表明rcp212或215vp有泄漏。與上述方法檢測(cè)212vp215vp；rra壓力監(jiān)測(cè)完畢后，入口閥rra001，021vp和rcp212，215vp都應(yīng)該關(guān)閉；打開(kāi)rcv310vp到約10%的開(kāi)度，以補(bǔ)償rra系統(tǒng)中水的冷卻水收縮；全開(kāi)rra024，025v

19、p，全關(guān)rra013vp，以增加流經(jīng)熱交換器的流量；保持rra泵運(yùn)行約一小時(shí)，停運(yùn)這臺(tái)泵；大約一天后，關(guān)閉rcv082，310vp，以避免浪費(fèi)壓縮空氣；隔離來(lái)自rri的冷卻水，以避免rri中不必要的壓力損失和可能產(chǎn)生的泄漏；將rra024，025vp的開(kāi)度調(diào)整到30%，rra013vp全開(kāi)；打開(kāi)rcv366，367vp，以保持rra系統(tǒng)始終充滿(mǎn)水。rra停運(yùn)的操作結(jié)束。6.其他運(yùn)行（1）用rra泵排換料腔的水反應(yīng)堆換料操作完畢后，可利用rra泵將換料腔的水送回?fù)Q料水儲(chǔ)存箱（ptr001ba）換料腔的水通過(guò)rcp212，215vp和rra001，021vp進(jìn)入rra泵的入口。兩臺(tái)泵以大流量排水，沿rra114vp所在管線(xiàn)（rra014，015vp關(guān)閉）將水送回到ptr001ba。（2）rra系統(tǒng)維修后的充水當(dāng)反應(yīng)堆壓力容器封頭移開(kāi)和反應(yīng)堆冷卻劑的水位在環(huán)路管道中心面以上時(shí)，rra系統(tǒng)通常是靠