CP650機(jī)組I2.1規(guī)程中建立自然循環(huán)的分析

倪明強(qiáng)

【摘要】本文主要針對CP650機(jī)組失去主廠外電源的事故工況，重點(diǎn)分析了事故中失去強(qiáng)迫循環(huán)后建立自然循環(huán)的原理、要點(diǎn)和建立之后的現(xiàn)象。指導(dǎo)操縱員更快的建立自然循環(huán)，導(dǎo)出堆芯余熱，避免堆芯融化。

【關(guān)鍵詞】廠外電源；主泵；自然循環(huán)；I2.1

1、前言

我廠廠外電源包括500KV主廠外電源和220KV輔助廠外電源，事故規(guī)程中針對失去廠外電源的規(guī)程為I2.1和I2.2，I2.1是失去主廠外電源，切換到輔助廠外電源；I2.2是同時失去主廠外電源和輔助廠外電源。主廠外電源失電的主要后果是廠用工作電源喪失，從而使6KV配電盤4條母線電源切換至廠外輔助電源供電，切換過程中，機(jī)組停機(jī)停堆，兩臺主泵停運(yùn)，一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)。

2、建立自然循環(huán)，導(dǎo)出余熱

針對一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)，第一要點(diǎn)就是第一時間建立一回路自然循環(huán)，此時主泵惰轉(zhuǎn)有利于建立自然循環(huán)，而主泵完全停運(yùn)后完全利用冷熱端的密度差建立冷卻流量在真實(shí)機(jī)組上是比較困難的。規(guī)程上要求用GCTa穩(wěn)定TRIC當(dāng)前值，而在實(shí)際操中，手動置GCTa大氣釋放閥固定小開度，更容易建立自然循環(huán)，在這種方式下，二回路操縱員一定要時刻關(guān)注TRIC值，以及穩(wěn)壓器水位，防止一回路降溫過快。

自然循環(huán)是在閉合回路內(nèi)依靠熱段（向上流）和冷段（向下流）中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動壓頭來實(shí)現(xiàn)的循環(huán)。對于反應(yīng)堆系統(tǒng)來說，在喪失強(qiáng)迫循環(huán)的條件下，利用這種驅(qū)動壓頭推動冷卻劑在一回路中循環(huán)，帶出堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量（裂變熱或衰變熱），對于保護(hù)堆芯有重大的意義。

對于一個封閉系統(tǒng)，流動的流體在熱源吸收Q輸入的熱量，通過W質(zhì)量流量的流體帶到冷源，向外部釋放出Q輸出的熱量，在建立平衡后，Q輸入=Q輸出。

對于這樣一個系統(tǒng)

表示提升壓降，表示沿程阻力壓降，表示局部阻力壓降，表示加速壓降。對于一個封閉系統(tǒng)，所以上式表示為： 利用此公式可以計算出自然循環(huán)流量。通過在不同質(zhì)量流量W下計算的，，驅(qū)動壓頭（）隨質(zhì)量流量的增加而減少，阻力壓降隨質(zhì)量流量的增加而增加。它們相等時的W即為自然循環(huán)流量。在實(shí)際機(jī)組上，我們可以監(jiān)視的參數(shù)為，一回路質(zhì)量流量，冷熱端溫度，堆芯出口溫度，GCTa排放流量（低流量狀態(tài)下，測量不準(zhǔn)），而對于上面的分析，驅(qū)動壓頭，阻力壓降以及一回路的剩余熱量均為不可測量，只能通過GCTa排出的熱量來控制，排出的熱量只能通過GCTa的開度以及ASG供水量估算，因此建立自然循環(huán)對于操縱員的經(jīng)驗(yàn)十分重要。

首先分析一下強(qiáng)迫循環(huán)和自然循環(huán)導(dǎo)出堆芯余熱與一回路溫差的關(guān)系，估算如下：強(qiáng)迫循環(huán)的一個環(huán)路設(shè)計流量為24290m3/h（本機(jī)組設(shè)計有兩個環(huán)路），假設(shè)此時一回路壓力15.4MPa，溫度290.8℃，查冷卻劑的定壓比熱和密度：Cp=5.24kJ/kg.K，ρ=746kg/m3，要帶走3%Pn（反應(yīng)堆額定熱功率Pn為1930MW）的堆芯余熱，由公式Q載熱=Cp*ΔT*Q*ρ（Q為體積流量），可以計算出ΔT=1.1℃

冷熱段溫度很接近，冷熱段溫度的變化可以及時反映一、二回路負(fù)荷之間的關(guān)系。溫度上升，說明二回路負(fù)荷小于一回路負(fù)荷；溫度下降，說明二回路負(fù)荷大于一回路負(fù)荷。但自然循環(huán)因主泵停運(yùn)后，冷卻劑流量大大減少，因此還要靠建立一定的溫差才能導(dǎo)出堆芯余熱。設(shè)Q1為堆芯內(nèi)的衰變熱（不包括燃料的熱容），Q2為冷卻劑的載熱，Q3為二回路負(fù)荷。冷卻劑的載熱公式為Q2=WRCP×Cp×（Th-Tc）（WRCP為冷卻劑的質(zhì)量流量，Cp為冷卻劑的定壓比熱）。主泵停運(yùn)后，冷卻劑流量大大減少，自然循環(huán)建立前，所以載熱量Q2小于Q1，也小于Q3（二回路2×80m3/h的ASG供水量），所以最初表現(xiàn)為熱段溫度不斷上升，冷段溫度不斷下降，冷熱段溫差逐漸增大。自然循環(huán)建立存在一個溫差建立的過程（也就是密度差建立的過程），溫差建立后冷熱端的溫度變化取決于一、二回路負(fù)荷變化。

根據(jù)調(diào)試報告的數(shù)據(jù)，要帶走堆芯熱量，在停堆后二十分鐘內(nèi)，至少要建立20℃左右的溫差。如果建立的溫差過大，而此時熱段溫度還在上升，說明二回路負(fù)荷過大，還在建立對應(yīng)的溫差過程，此時操縱員可以進(jìn)行干預(yù)，減少二回路負(fù)荷。若二回路負(fù)荷過小，則在溫差建立的過程中，由于冷熱段溫差逐漸加大，冷卻劑載熱量也逐漸加大，冷段溫度下降的速率逐漸減少，當(dāng)速率已小于控制目標(biāo)值，可增大二回路負(fù)荷進(jìn)行提前干預(yù)。因此建立自然循環(huán)關(guān)鍵在于二回路操縱員對二回路負(fù)荷的控制。實(shí)際機(jī)組中通過自然循環(huán)降溫，若GCTa放自動狀態(tài)，這時GCTa開度自動調(diào)節(jié)，GCTa排出的熱量也會隨之波動，對于建立自然循環(huán)是不利的，即使建立了也可能導(dǎo)致其中斷，所以為建立自然循環(huán)，GCTa手動給定一小開度，密切監(jiān)視一回路質(zhì)量流量，冷熱端溫度，以及堆芯出口溫度，建立自然循環(huán)后降溫的現(xiàn)象是，一回路質(zhì)量流量穩(wěn)定，冷熱端溫度同時下降，維持一定的溫度差，堆芯出口溫度同時下降。建立之后仍應(yīng)密切監(jiān)視這些參數(shù)，及時調(diào)節(jié)GCTa開度，防止自然循環(huán)中斷。當(dāng)溫度下降至要求值后（如小于294℃），則GCTa放回自動，穩(wěn)定當(dāng)前值。

3、結(jié)論

I2.1規(guī)程，一回路失去強(qiáng)迫循環(huán)，最重要一點(diǎn)就是第一時間建立一回路自然循環(huán)，建立自然循環(huán)的要點(diǎn)：

1）在SG水位達(dá)低低水位之前，每臺SG保持80m3/h的供水很重要，這個負(fù)荷加上主泵惰轉(zhuǎn)，容易地完成自然循環(huán)的建立溫差過程。2）這個過程之后，冷熱段溫度開始下降，這是因?yàn)樵跍夭罱⑦^程中，一回路傳遞到SG的熱量是逐漸增加的過程，而二回路一直以80m3/h的ASG水供給SG，所以在溫差建立的過程中，二回路的累計負(fù)荷是大于一回路傳遞到二回路的總熱量。3）當(dāng)SG水位滿足要求，減少ASG流量后，根據(jù)當(dāng)前溫度及溫度的控制目標(biāo)決定GCT-A放手動還是自動。如果當(dāng)前TRIC已小于294℃，則將GCT-A放自動，整定值對應(yīng)當(dāng)前SG實(shí)際壓力。如果當(dāng)前TRIC大于294℃，則GCT-A放手動進(jìn)行降溫。4）在二回路負(fù)荷改變過程中注意冷段溫度與熱段溫度的變化趨勢，可以了解二回路負(fù)荷是增大了還是減少了，從而根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。5）注意溫差的大小。6）使堆芯出口溫度慢慢下降到292℃（留有2℃的裕度，防止GCT-A置自動過程中，GCT-A整定值與實(shí)際值的一點(diǎn)偏差），然后，將GCT-A的整定值與SG實(shí)際壓力值對齊（這里可能存在偏差，一個是視覺上的偏差；一個是外部撥輪值與內(nèi)部電信號對應(yīng)值的偏差），將GCT-A放自動。

參考文獻(xiàn)

[1]事故規(guī)程I2.1、I2.2.

[2]事故解釋規(guī)程I2.1、I2.2.

[3]秦山二期，核電廠高級運(yùn)行教材.

[4]運(yùn)行事件報告.

[5]秦山二期，M4培訓(xùn)教材.