第三代核電站與二代核電站的化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的對比

李悅　李明

摘 要：化學(xué)與容積控制系統(tǒng)是反應(yīng)堆冷卻重要輔助系統(tǒng)，主要承擔水化學(xué)及容積控制。該文介紹了第三代壓水堆型化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）和二代壓水堆電站化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（RCV）的設(shè)計特點及系統(tǒng)流程；分析了化學(xué)與容積控制系統(tǒng)在這兩種堆型中的主要差異。通過對這兩種堆型中化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的差異性比較，從理論上驗證了第三代堆型化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的簡化性和優(yōu)越性，系統(tǒng)設(shè)計簡化、系統(tǒng)設(shè)計級別降低及設(shè)備級別降低，不僅降低造價，而且有助于實現(xiàn)相關(guān)國產(chǎn)化自主化目標。

關(guān)鍵詞：化學(xué)與容積控制系統(tǒng) 壓水堆 設(shè)計特點 對比

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0058-02

化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）的一個主要的輔助系統(tǒng)。對RCS進行水化學(xué)控制、容積控制，同時也提供了反應(yīng)性控制手段，在反應(yīng)堆啟動、停運及正常運行過程中起著十分重要的作用。就三代堆型CVS與傳統(tǒng)壓水堆型中的化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（RCV）作比較，分析兩系統(tǒng)的設(shè)計差異。

1 三代核電CVS設(shè)計和流程

三代核電CVS提供安全隔離、終止RCS意外硼稀釋、保持RCS壓力邊界完整性、隔離超量補水、CVS下泄隔離的安全相關(guān)功能。同時提供補充RCS水裝量、RCS硼化、穩(wěn)壓器輔助噴淋的縱深防御功能。

CVS由下泄熱交換器、再生熱交換器、離子交換器、補水泵、過濾器、水箱及相關(guān)閥門、管道及儀表組成。系統(tǒng)由一個位于反應(yīng)堆安全殼廠房內(nèi)的凈化回路和位于安全殼廠房外的補水下泄設(shè)備構(gòu)成（圖1）。

CVS包括以下功能子系統(tǒng)。

凈化環(huán)路子系統(tǒng)：凈化回路位于安全殼內(nèi)，運行在RCS壓力下，由反應(yīng)堆冷卻劑泵（主泵）來提供凈化流量的驅(qū)動壓頭。在功率運行期間，冷卻劑通過整個凈化環(huán)路連續(xù)循環(huán)。從主泵出口開始，通過再生熱交換器，被上充流冷卻后，經(jīng)過下泄熱交換器進一步被冷卻。下泄冷卻劑通過混床（必要時再通過陽床）再通過后置過濾器，最后回流至再生式熱交換器內(nèi)加熱，回到主泵入口。由于凈化回路的驅(qū)動力是由閉合的RCS回路主泵壓頭提供的，所以維持凈化不需要補水泵運行。

補水子系統(tǒng)：包括高壓補水泵及相關(guān)的吸入排出管道。通過一根入口母管從硼酸儲存箱和/或除鹽水系統(tǒng)取水。兩臺補水泵的出口管道合并成補水總管，然后與反應(yīng)堆冷卻劑過濾器下游的凈化回路相連。補水泵用于向RCS提供補水、向RCS添加化學(xué)藥品、一回路充水和壓力試驗，以及為穩(wěn)壓器輔助噴霧提供硼化補水。

下泄子系統(tǒng)：包括反應(yīng)堆冷卻劑過濾器下游的排水管線。流體通過一個下泄孔板和安全殼隔離閥，輸送到放射性液體廢物系統(tǒng)。下泄管線的功能是在正常電站運行、功率變化、啟動和停堆期間降低RCS裝量。

鋅/氫注入子系統(tǒng)：來自注鋅組件和氫添加管線的管道合并成一條母管，進入安全殼內(nèi)，連接到凈化回路再生熱交換器殼側(cè)出口管的下游。氫氣由位于廠區(qū)的高壓氫氣瓶提供。注鋅組件位于汽輪機廠房以極小的流量和高于RCS運行的壓力向RCS添加醋酸鋅溶液。

輔助噴淋子系統(tǒng)：是再生熱交換器下游凈化回流管線上的分支管線，需要時向穩(wěn)壓器供應(yīng)噴淋含硼水。

2 第二代電站RCV的設(shè)計和流程

RCV由4部分組成，還有一條低壓下泄管線和一條除硼管線（圖2）。

凈化回路：下泄流經(jīng)一個三通閥進入混合離子床，進入間斷運行的除陽離子床。再經(jīng)后過濾器進入容積控制箱。當下泄流溫度高于570 ℃時，混合離子床前的三通閥便受控將下泄流導(dǎo)向旁路，經(jīng)下游的三通閥流入硼回收系統(tǒng)。

下泄回路：經(jīng)兩個隔離閥進入再生熱交換器殼側(cè)，實施下泄流的一次降溫。再經(jīng)一組減壓孔板，實施一次降壓。下泄流經(jīng)隔離閥進入下泄熱交換器的管側(cè)，殼側(cè)由設(shè)冷水將下泄流二次降溫。經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥二次降壓后，進入過濾器濾去懸浮顆粒。

上充回路：下泄流經(jīng)三通閥進入容積控制箱。當容積控制箱液位高時，三通閥則將下泄的部分或全部導(dǎo)向硼回收系統(tǒng)。容積控制箱為上充泵提供水源，上充泵將下泄流的壓力提高。

軸封水及過剩下泄回路：軸封水流經(jīng)過濾器除去固體雜質(zhì)后進入主泵1號軸封。軸封水大部分順軸而下冷卻軸承后進入RCP，剩余部分則經(jīng)1號軸封的結(jié)合面作為軸封水回流被回收。軸封水回流經(jīng)過濾器除去固體顆粒并經(jīng)軸封回流熱交換器冷卻后返回上充泵入口。

低壓下泄管線：當RCP壓力較低時，從三組降壓孔板下泄的流量很小。此時將從余熱排出熱交換器出口引出下泄流經(jīng)氣動閥，從降低孔板下游進入下泄回路，此管線稱為低壓下泄管線。在反應(yīng)堆處于換料或維修冷停堆時，下泄流經(jīng)凈化回路處理后，不經(jīng)過容積控制箱和上充泵，直接返回余熱排出系統(tǒng)。

除硼管線：如果RCP硼濃度太高，則要進行除硼操作。此時，由一個三通閥把下泄流引向除硼單元，經(jīng)處理后，再經(jīng)返回容積控制箱。

3 CVS和RCV的對比

3.1 安全級別方面

當一回路發(fā)生失水事故時，RCV上充泵還將作為高壓安注泵將硼水注入一回路的冷端或冷、熱雙端。三代技術(shù)非能動安全設(shè)施以及不調(diào)硼負荷跟蹤技術(shù)的應(yīng)用，CVS不再執(zhí)行相關(guān)安全功能，上充泵只用作上充，不兼顧高壓安注功能，也不參與負荷跟蹤，取消了硼回收系統(tǒng)。CVS由主泵提供驅(qū)動壓頭，其他部分位于安全殼以外，不構(gòu)成冷卻劑的承壓邊界。因此降低為非安全級，除少量隔離設(shè)施外，系統(tǒng)中其他設(shè)施均為非安全相關(guān)設(shè)施。

3.2 凈化方面

RCV利用上沖泵提供凈化流量的驅(qū)動壓頭，完成一回路水質(zhì)凈化；CVS凈化回路位于安全殼內(nèi)，由主泵來提供凈化流量的驅(qū)動壓頭，取消了容積控制箱，實現(xiàn)安全殼內(nèi)高壓凈化，并簡化了系統(tǒng)。

3.3 加氫方面

當一回路含氧量增加時會導(dǎo)致加大化學(xué)腐蝕，所以正常運行時，化學(xué)與容積控制系統(tǒng)要向一回路加入一定量的氫氣來抑制水輻照分解產(chǎn)生氧。RCV向容控箱內(nèi)充入氫氣，通過上充泵進入一回路，而CVS取消了容積控制箱，氫是通過直接向RCS注入高壓氫氣來實現(xiàn)的。

3.4 主泵的改動引起CVS不同

二代電站中的主泵采用的是軸密封冷卻劑泵，需要RCV保持連續(xù)的上充流和下泄流，來提供主泵的軸封水，第三代核電的主泵采用無軸密封的全屏蔽式結(jié)構(gòu)，取消了主泵軸封水系統(tǒng)，因此化學(xué)與容積控制系統(tǒng)不需保持連續(xù)的上充流和下泄流，并杜絕了軸封注水管線破裂事故，不僅降低了系統(tǒng)的要求、簡化了系統(tǒng)，還提升了安全性。

4 結(jié)語

通過兩種堆型化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的對比，差異主要體現(xiàn)CVS有較大的簡化，其主要特點如下：取消了硼回收系統(tǒng)和容積控制箱，采用高壓加氫技術(shù)；CVS凈化回路利用運行主泵的壓頭作為凈化流的驅(qū)動力，實現(xiàn)安全殼內(nèi)高壓凈化；第三代核電的主泵采用了無泄漏且不需要軸封注入的屏蔽式泵，取消了主泵軸封水系統(tǒng)，因此CVS不需保持連續(xù)的上充流和下泄流；棒控系統(tǒng)可以在不調(diào)硼的條件下進行負荷跟蹤，故正常運行時位于安全殼外的CVS子系統(tǒng)不需要連續(xù)運行。

參考文獻

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