秦山三期CANDU核電廠熱傳輸系統(tǒng)

1、第20卷第6期1999年12月核動(dòng)力工程N(yùn)uclearPowerEngineeringVol.20.No.6Dec.1999秦山三期CANDU核電廠熱傳輸系統(tǒng)宮宏起(秦山第三核電有限公司,浙江海鹽,314300)R.S.Hart(,5)摘要,產(chǎn)生蒸汽去推動(dòng)汽輪機(jī)。,需要一些輔助和控制系統(tǒng)的配合。本文介紹。核電廠熱傳輸系統(tǒng)泵蒸汽發(fā)生器穩(wěn)壓器控制1概述CANDU堆熱傳輸系統(tǒng)(HTS)由主熱傳輸(1)在反應(yīng)堆運(yùn)行、停堆和維修的整個(gè)期系統(tǒng)和熱傳輸輔助系統(tǒng)組成。加壓重水在主熱傳輸系統(tǒng)中循環(huán),經(jīng)過燃料通道,導(dǎo)出鈾燃料中核裂變產(chǎn)生的熱量。重水冷卻劑攜帶熱量到蒸汽發(fā)生器,把熱量傳遞給二次側(cè)的輕水,并使其變成蒸

2、汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。熱傳輸輔助系統(tǒng)支持主熱傳輸系統(tǒng)運(yùn)行,并且保持運(yùn)行參數(shù)在限值內(nèi)。CANDU堆堆芯采用重水作為冷卻劑的主要優(yōu)點(diǎn)是它有很低的中子吸收截面和高的熱容量。由于熱傳輸系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)材料有特殊要求限制腐蝕(如最低鉻含量的限值)和減少放射性產(chǎn)物及傳輸(如材料中低的鈷含量),CANDU堆熱傳輸系統(tǒng)廣泛采用具有好的可延性、相對(duì)易于焊接和在役檢查的碳鋼材料。在熱傳輸系統(tǒng)冷卻劑控制方面有兩點(diǎn)主要要求:保持溶解氧的低濃度,以確保鋯合金和碳鋼低的腐蝕速率;合適的堿性,以保證可接受的低的碳鋼腐蝕速率。主熱傳輸系統(tǒng)和其輔助系統(tǒng)的主要運(yùn)行特征如下:間,反應(yīng)堆冷卻劑始終循環(huán)通過燃料通道。(2)對(duì)所有正常運(yùn)行模式

3、主熱傳輸系統(tǒng)的壓力由壓力與裝量控制系統(tǒng)控制。(3)主熱傳輸系統(tǒng)超壓由釋放閥、反應(yīng)堆調(diào)節(jié)系統(tǒng)和安全停堆系統(tǒng)提供保護(hù)。(4)對(duì)所有正常運(yùn)行模式主熱傳輸系統(tǒng)的裝量由壓力與裝量控制系統(tǒng)控制。(5)停堆冷卻系統(tǒng)可以在熱態(tài)零功率的主熱傳輸系統(tǒng)溫度和壓力下運(yùn)行。停堆后,有能力導(dǎo)出堆芯衰變熱,降低主熱傳輸系統(tǒng)的溫度,以便于系統(tǒng)維修。這個(gè)系統(tǒng)允許從主熱傳輸泵和蒸汽發(fā)生器疏排重水冷卻劑,以便進(jìn)行在役檢查和/或維修,而又保持燃料的冷卻。(6)通過過濾、離子交換的凈化及化學(xué)添加方法保持主熱傳輸系統(tǒng)冷卻劑的水化學(xué)和純凈度。(7)在主熱傳輸系統(tǒng)發(fā)生失水事故時(shí),應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)向主熱傳輸系統(tǒng)供給輕水,以提供燃料的長(zhǎng)期冷卻。

4、(8)盡可能采用焊接結(jié)構(gòu)和波紋管密封閥將重水泄漏減到最小。在檢修和/或在役檢查期間1999年7月19日收到初稿,1999年8月18日收到修改稿。宮宏起等:秦山三期CANDU核電廠熱傳輸系統(tǒng)497要求疏水的設(shè)備,以及有潛在泄漏源的設(shè)備被連接到熱傳輸重水收集系統(tǒng)。2主熱傳輸系統(tǒng)在設(shè)計(jì)CANDU26核電廠主熱傳輸系統(tǒng)(圖1)時(shí),考慮了發(fā)生極小概率的失水事故時(shí)要限制引入堆內(nèi)的正空泡反應(yīng)性速率。CANDU26主熱傳輸系統(tǒng)由兩個(gè)環(huán)路組成,作為中小型CAN2DU堆,這種安排是有效的。每個(gè)環(huán)路的加壓重水循環(huán)通過位于反應(yīng)堆垂直中心面一側(cè)的190個(gè)燃料通道。因此,LOCA于經(jīng)受LOCA的環(huán)路。這樣,引入的速率,由

5、22個(gè)入口集管、2,形成一個(gè)“8”字型。在這種布置中,每個(gè)環(huán)路的泵和蒸汽發(fā)生器都是串聯(lián)的,反應(yīng)堆供水管將燃料通道的入口、出口端分別連接到反應(yīng)堆的入口、出口集管上。通過燃料通道的流動(dòng)是雙向的(即相鄰?fù)ǖ懒飨蛳喾?。反應(yīng)堆供水管尺寸大小的選擇是使每個(gè)通道的冷卻劑流量正比于按時(shí)間平均的通道功率。因此,每個(gè)通道冷卻劑的時(shí)間平均焓升大致相同。蒸汽發(fā)生器、主熱傳輸泵和集管位于反應(yīng)堆的上方,有利于冷卻劑產(chǎn)生虹吸自然循環(huán)。因此,在主熱傳輸泵失效而事故停堆后,仍可確保燃料冷卻。這種布置也允許主熱傳輸系統(tǒng)疏水到一個(gè)剛好高于集管的水位,以便對(duì)主熱傳輸泵和蒸汽發(fā)生器進(jìn)行在役檢查和維修。主熱傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行壓力是優(yōu)化CA

6、NDU。主熱,因,主熱傳輸,這將導(dǎo)。CANDU26主熱傳輸系統(tǒng)出9.9MPa,代表了一個(gè)比較好的經(jīng)濟(jì)性綜合平衡結(jié)果。為了提高全廠的經(jīng)濟(jì)性,減少蒸汽發(fā)生器的尺寸和重水裝量,高功率運(yùn)行時(shí),允許燃料通道出口段出現(xiàn)沸騰。在反應(yīng)堆壽期末滿功率時(shí),最大出口集管蒸汽含量為4%。不同CANDU堆的熱傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)概況列于表1。主熱傳輸泵由立式含有密封空氣2水冷的鼠籠感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。因?yàn)楸玫碾姍C(jī)機(jī)組有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,當(dāng)電機(jī)喪失電源時(shí),冷卻劑流量減少的速率與停堆后反應(yīng)堆功率下降速率相匹配。在主熱傳輸泵停轉(zhuǎn)后,自然循環(huán)維持燃料冷卻;然后,停堆冷卻系統(tǒng)可以投入運(yùn)行。圖1CANDU26核電廠主熱傳輸系統(tǒng)498表1核動(dòng)力

7、工程不同CANDU堆的熱傳輸系統(tǒng)參數(shù)概況Vol.20.No.6.1999蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)示于圖2。反應(yīng)堆冷卻劑流經(jīng)傳熱管內(nèi),將熱量傳給傳熱管外的二次側(cè)并使其產(chǎn)生蒸汽。CANDU蒸汽發(fā)生器由圓柱殼體內(nèi)垂直倒U型管束組成,汽水分離器布置在蒸汽發(fā)生器上部的汽鼓內(nèi)。給水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的折流式預(yù)熱器,流過U型管束的出口端。從預(yù)熱器出來的飽和水和流過管束熱段的再循環(huán)水相混合,從U型管束上端上升的汽2水混合物通過旋風(fēng)汽水分離器,將分離出來的水通過環(huán)形下降腔再循環(huán)到管束,而分離出來的濕度小于0.25%(wt)的蒸汽則通過出口管嘴離開蒸汽發(fā)生器。根據(jù)蒸汽發(fā)生器液位、蒸汽流量和給水流量測(cè)量值,使位于每臺(tái)蒸汽發(fā)

8、生器給水管上的給水流量控制閥將蒸汽發(fā)生器的水位控制在給定的運(yùn)行限值內(nèi)。對(duì)所有間接循環(huán)式的核電廠,防止傳熱管故障是很重要的。因此,要特別注意二次側(cè)的水化學(xué),控制不希望的化學(xué)物質(zhì)因蒸汽或給水系統(tǒng)泄漏而進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)。CANDU堆二回路系統(tǒng)用全揮發(fā)處理(AVT)和高質(zhì)量補(bǔ)水,采用不泄漏的鈦合金冷凝器和最佳化學(xué)控制方法,以減少腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。高的再循環(huán)比和相對(duì)低的熱流密度,結(jié)合全面的化學(xué)控制、材料精選和細(xì)致的設(shè)計(jì),確保CANDU堆蒸汽發(fā)生器的長(zhǎng)壽命和相對(duì)低的保養(yǎng)要求。3.1重要的熱傳輸輔助系統(tǒng)壓力和裝量控制系統(tǒng)壓力和裝量控制系統(tǒng)(圖3)為主熱傳輸系統(tǒng)提供壓力與裝量控制和超壓保護(hù)。主要系

9、統(tǒng)設(shè)備有穩(wěn)壓器、除氣冷凝器、重水供給泵以及相關(guān)的控制與安全閥、儀表。主要系統(tǒng)功能如下:將主熱傳輸系統(tǒng)壓力控制在主熱傳輸系統(tǒng)和反應(yīng)堆運(yùn)行模式的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi);將主熱傳輸系統(tǒng)裝量控制在主熱傳輸系統(tǒng)和反應(yīng)堆運(yùn)行的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi);將由瞬態(tài)引起的主熱傳輸系統(tǒng)壓力增減限制在可接受的范圍;調(diào)節(jié)主熱傳輸系統(tǒng)冷卻劑在升溫、啟動(dòng)、功率變宮宏起等:秦山三期CANDU核電廠熱傳輸系統(tǒng)499圖2蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖動(dòng)、停堆和冷卻過程中的熱脹和冷縮所引起的容積變化;為主熱傳輸系統(tǒng)冷卻劑除氣。一個(gè)公用穩(wěn)壓器連接到兩個(gè)主熱傳輸系統(tǒng)環(huán)路,在通向每個(gè)環(huán)路的連接管上裝有快速動(dòng)作隔離閥,一旦出現(xiàn)失水事故信號(hào),這些閥門立即關(guān)閉。穩(wěn)壓器內(nèi)始

10、終裝有重水和重水蒸汽,在核電廠運(yùn)行期間用于減少主熱傳輸系統(tǒng)的嚴(yán)重壓力瞬態(tài)(正、負(fù)波動(dòng))。在帶功率正常運(yùn)行期間,主熱傳輸系統(tǒng)的壓力由穩(wěn)壓器來保持;當(dāng)需要增加壓力時(shí),由位于穩(wěn)壓器底部的電加熱元件為穩(wěn)壓器加入能量;當(dāng)需要降壓時(shí),靠蒸汽排放閥從穩(wěn)壓器上部蒸汽空間排放蒸汽而釋放能量。為了維持主熱傳輸系統(tǒng)的裝量在給定的運(yùn)行界限內(nèi),由一臺(tái)100%容量的重水供給泵給主熱傳輸系統(tǒng)供水,并用重水供給閥(或重水排放閥)自動(dòng)調(diào)節(jié)。裝量控制的依據(jù)是穩(wěn)壓器液位(這個(gè)液位被設(shè)定成反應(yīng)堆功率的函數(shù))。穩(wěn)壓。(如穩(wěn)壓器釋放閥、主熱傳輸系)都連接到除氣冷凝器。除氣冷凝器釋放閥的設(shè)定壓力高于主熱傳輸系統(tǒng)運(yùn)行壓力,所以,連接主熱傳輸

11、系統(tǒng)到除氣冷凝器的閥門在開啟狀態(tài)下的故障并不導(dǎo)致主熱傳輸系統(tǒng)重水的損失。除氣冷凝器釋放閥排量的大小決定于在與主熱傳輸系統(tǒng)串聯(lián)的液體釋放閥開啟時(shí)能否對(duì)主熱傳輸系統(tǒng)提供超壓保護(hù)。3.2停堆冷卻系統(tǒng)停堆冷卻系統(tǒng)(圖4)用于停堆后導(dǎo)出堆芯衰變熱,并將主熱傳輸系統(tǒng)冷卻到適于維修主熱傳輸以及輔助系統(tǒng)設(shè)備的溫度。在蒸汽發(fā)生器喪失熱阱事故中,停堆冷卻系統(tǒng)可以在主熱傳輸系統(tǒng)熱態(tài)零功率的溫度與壓力下投入運(yùn)行,確保燃料冷卻。在正常運(yùn)行中,如果主熱傳輸系統(tǒng)需要冷卻,先從蒸汽發(fā)生器排放蒸汽,使其得到部分冷卻;然后用停堆冷卻系統(tǒng)將其冷卻到希望的溫度,并可無限期的保持這個(gè)溫度。當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑被疏水位略高于集管的位置時(shí),停堆

12、冷卻系統(tǒng)能夠給燃料提供冷卻,以便于對(duì)蒸汽發(fā)生器和主熱傳輸系統(tǒng)泵內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行維修和在役檢查。停堆冷卻系統(tǒng)由兩個(gè)分離回路組成,分別位于反應(yīng)堆的每一端。每一個(gè)回路包括一臺(tái)停堆冷卻泵和一臺(tái)停堆冷卻熱交換器。停堆冷卻系統(tǒng)回路連接到反應(yīng)堆出、入口集管。在反應(yīng)堆每端一個(gè)回路中,停堆冷卻泵從反應(yīng)堆出口集管引出冷卻劑,經(jīng)過停堆冷卻熱交換器后將其送回反應(yīng)堆入口集管。該泵和熱交換器位于反應(yīng)堆集管的下部,當(dāng)主熱傳輸系統(tǒng)疏水到集500核動(dòng)力工程Vol.20.No.6.1999圖3壓力與裝量控制系統(tǒng)圖4停堆冷卻系統(tǒng)宮宏起等:秦山三期CANDU核電廠熱傳輸系統(tǒng)501管位置時(shí),泵的凈正吸入壓頭是有效的。停堆冷卻系統(tǒng)熱交換器中的

13、熱量經(jīng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排出。3.3重水收集系統(tǒng)重水收集系統(tǒng)收集機(jī)械設(shè)備泄漏的重水及檢修前疏排的重水。收集的重水經(jīng)提濃后返回?zé)醾鬏斚到y(tǒng)的重水貯存箱。3.4熱傳輸凈化系統(tǒng)在主熱傳輸系統(tǒng)中,熱傳輸凈化系統(tǒng)將放射性沉積物的積累降到最小。在熱傳輸系統(tǒng)中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)很少。這是由于該系統(tǒng)所采用結(jié)構(gòu)材料受到限制(如很低的鈷含量),而且沒有破損燃料在反應(yīng)堆內(nèi)運(yùn)行(一旦燃料發(fā)生破損,可以被發(fā)現(xiàn)并且通過不停堆換料系統(tǒng)迅速將其更換掉)。冷卻劑由凈化系統(tǒng)連接過濾和凈化。凈化流由每個(gè)環(huán)路的一臺(tái)主熱傳輸泵出口引出,經(jīng)過再生熱交換器、冷卻器、過濾器和離子交換柱冷卻凈化,。pystemofQinshanPhaseCANDUN

14、uclearPowerPlantGongHongqiR.S.Hart(TheThirdQinshanNuclearPowerCompany,314300,Haiyan,Zhejiang)(AtomicEnergyofCanadaLimited,L5K1B2,Canada)AbstractThissystemtransportsalargeamountofthermalenergyfromthereactortothesteamgenerators,usinghigh2pressureheavywaterasthetransportmedium.Steamgeneratorssendthisener2gytowardtheturbineintheformofsteam.Severalauxiliaryandcontrolsystemsarerequiredtooper2atethistransportsystemsafelyandreliablyunderdynamicconditionsofplantoperation.Thispaperdescribestheh