某三代核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)改進(jìn)分析

文/滕浩、楊清 中國(guó)核電工程有限公司 北京 100084

1、某核電站設(shè)備冷卻水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)是為核島相關(guān)工藝系統(tǒng)提供設(shè)備冷卻水，在電站運(yùn)行期間，以及在停堆換料期間將各設(shè)備和設(shè)施產(chǎn)生的熱量通過(guò)廠用水系統(tǒng)傳遞到環(huán)境。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩個(gè)機(jī)械系列，每個(gè)系列包括一臺(tái)設(shè)備冷卻水泵和一臺(tái)冷卻水熱交換器，在公共母管上設(shè)一個(gè)波動(dòng)箱和化學(xué)添加箱。系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如下圖1：

圖1

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的安全相關(guān)功能是，對(duì)貫穿安全殼屏障的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)管線進(jìn)行安全殼隔離。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的縱深防御功能對(duì)防止非能動(dòng)安全系統(tǒng)的動(dòng)作有重要作用，包括：正常停堆冷卻、換料工況熱量導(dǎo)出、補(bǔ)水泵保護(hù)、乏燃料的冷卻。

2、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)存在的問題

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)需要在電站整個(gè)壽期內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，采用了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)成為非安全相關(guān)系統(tǒng)，系統(tǒng)僅有1列母管和2臺(tái)泵。設(shè)冷水系統(tǒng)喪失時(shí)用非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)來(lái)冷卻堆芯，可能會(huì)導(dǎo)致非能動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步動(dòng)作，進(jìn)而對(duì)電站造成一定程度的損傷和破壞。用消防水對(duì)正常余熱排除系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，僅能持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，消防水質(zhì)差將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，系統(tǒng)恢復(fù)困難。從電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和投資保護(hù)角度考慮，希望非能動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施在整個(gè)壽期之內(nèi)不需要?jiǎng)幼?，這就要求設(shè)備冷卻水系統(tǒng)有非常高的可靠性。

2.1 部分閥門檢修困難

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)部分閥門，只有在系統(tǒng)停運(yùn)的情況下才可以對(duì)其進(jìn)行檢修。經(jīng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)難以隔離檢修的閥門有20英寸閥門5個(gè)、12英寸閥門2個(gè)、10英寸閥門1個(gè)、8英寸閥門1個(gè)、6英寸閥門3個(gè)、4英寸閥門1個(gè)、3英寸閥門1個(gè)。

波動(dòng)箱材料為碳鋼，應(yīng)安排一定間隔周期的檢查，期間將排空，進(jìn)行內(nèi)部除銹、測(cè)壁厚。系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行要求波動(dòng)箱始終保持正常液位，使得位于波動(dòng)箱到母管之間的連接管道上的閥門無(wú)法隔離，該閥門沒有檢修窗口。

2.2 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)泵備用不足

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)在電站所有運(yùn)行模式下都需要持續(xù)運(yùn)行，對(duì)設(shè)冷水泵和設(shè)冷熱交換器的維修工作安排在電站正常運(yùn)行模式下進(jìn)行。在一列泵和熱交換器檢修的過(guò)程中，運(yùn)行泵和熱交換器出現(xiàn)故障，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)喪失，導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆并且無(wú)法正常停堆冷卻，較長(zhǎng)時(shí)間設(shè)備冷卻水系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)將導(dǎo)致非能動(dòng)安全系統(tǒng)動(dòng)作，可能會(huì)對(duì)電站造成一定程度的破壞。

主系統(tǒng)半管運(yùn)行是為了對(duì)蒸發(fā)器等設(shè)備進(jìn)行檢修，此過(guò)程中需要2臺(tái)泵和熱交換器都運(yùn)行，此過(guò)程中同樣沒有備用的設(shè)備冷卻水泵，若1臺(tái)泵故障，應(yīng)盡快恢復(fù)故障泵保持2列運(yùn)行，或退出半管運(yùn)行狀態(tài)。

3、改進(jìn)分析

以往核電項(xiàng)目在“先工程，后商務(wù)”的指導(dǎo)思想下，建安發(fā)包方采取粗放型的管理模式，使建安合同結(jié)算工作舉步維艱；三代核電項(xiàng)目對(duì)建安合同執(zhí)行階段管理工作的準(zhǔn)確性和時(shí)效性都提出了更高的要求。應(yīng)加強(qiáng)施工圖預(yù)算的及時(shí)編制，做好扎實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算與核對(duì)工作，嚴(yán)格過(guò)程管控，及時(shí)負(fù)責(zé)的處理商務(wù)問題，促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)的順利進(jìn)行。

某三代核電站設(shè)備冷卻水系統(tǒng)目前為2臺(tái)泵、2臺(tái)熱交換器和1列母管；M310設(shè)備冷卻水系統(tǒng)為4臺(tái)泵、4臺(tái)熱交換器和2列母管。M310喪失設(shè)備冷卻水將影響電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性，某三代核電站喪失設(shè)備冷卻水將影響電站的經(jīng)濟(jì)性，僅從設(shè)備冗余性角度考慮，若設(shè)備可靠性相當(dāng)，則可認(rèn)為某三代核電站喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可能性要高于M310堆型。為提高設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可靠性，建議對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行修改，增加系統(tǒng)的冗余配置，降低電站喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

從閥門檢修角度考慮，要想滿足包括母管閥門在內(nèi)的系統(tǒng)所有閥門的檢修要求，需要增加一列母管，同時(shí)也應(yīng)該增加1臺(tái)波動(dòng)箱，這樣系統(tǒng)內(nèi)所有閥門均可以在系統(tǒng)不停運(yùn)的情況下進(jìn)行檢修。

從系統(tǒng)可靠性角度考慮，有必要通過(guò)增加1臺(tái)備用泵和熱交換器，來(lái)降低設(shè)備冷卻水系統(tǒng)喪失的風(fēng)險(xiǎn)。

改進(jìn)后的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下圖2：

圖2

將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)供水/回水母管改成兩列，將2臺(tái)冷凍機(jī)、4臺(tái)空壓機(jī)、2臺(tái)正常余熱排出泵和熱交換器、2臺(tái)乏池冷卻熱交換器、2臺(tái)補(bǔ)水泵小流量熱交換器對(duì)稱布置，分別接入設(shè)冷水A/B列。4臺(tái)主泵等安全殼內(nèi)用戶和主泵變頻器可以由兩列母管提供冷卻。安全殼內(nèi)用戶和主泵變頻器可以在換料期間對(duì)其閥門進(jìn)行檢修，其他用戶隔離閥在電站正常運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)停運(yùn)列疏水進(jìn)行集中檢修，這樣不會(huì)影響設(shè)備冷卻水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

增設(shè)第3臺(tái)泵，作為運(yùn)行泵的優(yōu)先備用，若第3臺(tái)泵無(wú)法啟動(dòng)，則啟動(dòng)備用列。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)切換運(yùn)行序列后，切換第3臺(tái)泵和熱交換器的在線狀態(tài)，以保證系統(tǒng)有足夠的冗余和備用?？梢员ＷC在電站啟動(dòng)、停堆冷卻、半管運(yùn)行和換料過(guò)程中設(shè)備冷卻水系統(tǒng)能夠有一臺(tái)備用泵，可以在一定程度上降低設(shè)備冷卻水系統(tǒng)喪失的概率，保證電站的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)語(yǔ)：

為減小非能動(dòng)安全設(shè)備的動(dòng)作概率，應(yīng)該盡量提升具有縱深防御功能系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的備用不足，部分閥門檢修困難，影響核電站的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。增加備用序列和設(shè)備可以降低核電站喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的概率，更好的承擔(dān)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的縱深防御功能，避免專設(shè)安全設(shè)施的不必要?jiǎng)幼鳎Ｕ虾穗娬具\(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，因此建議后續(xù)項(xiàng)目對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行必要的改進(jìn)。