華龍一號反應堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)差異分析

王亞龍 白宇軒

摘要：反應堆冷卻劑系統(tǒng)是核電站眾多系統(tǒng)中尤其重要的系統(tǒng)，是核裂變產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能過程中特別重要的一環(huán)。對華龍一號與M310反應堆冷劑卻系統(tǒng)的差異分析是對我國核電技術突破、自主創(chuàng)新的有力證明。

關鍵詞：華龍一號;反應堆冷卻劑系統(tǒng);差異

1.總體設計差異：

a）新增RCS系統(tǒng)嚴重事故對策

RCS系統(tǒng)的嚴重事故對策由壓力容器高位排氣系統(tǒng)和快速卸壓系統(tǒng)組成。

在嚴重事故工況下，反應堆冷卻劑系統(tǒng)超壓破損將導致高壓熔融物噴射至安全殼造成的直接加熱，從而威脅安全殼完整性。通過投入穩(wěn)壓器快速卸壓系統(tǒng)降低一回路冷卻劑系統(tǒng)壓力，避免高溫高壓熔融物對安全殼的完整性造成破壞，降低高壓熔堆事故的后果。

在事故工況下，反應堆壓力容器上部不可凝結(jié)氣體的積聚對堆芯冷卻構成了重大威脅，特別是在一回路處于自然循環(huán)狀態(tài)下，堆芯熱量將無法導出。此時可通過反應堆壓力容器事故排氣子系統(tǒng)將不可凝氣體排出，從而使堆芯熱量能正常導出保證在事故工況下維持堆芯冷卻，緩解事故進程。

b）采用177組燃料組件

M310機組堆芯燃料組件采用157組燃料組件，華龍一號機組將堆芯燃料組件數(shù)量從157組增加到177組。相比較157組燃料組件的堆芯，177組燃料組件在提高堆芯額定功率的同時降低了堆芯平均線功率密度，既提高了核電廠的發(fā)電能力又增加了核電廠安全運行的裕度。使得華龍一號機組堆芯在具有較高安全性的同時也兼具更好的經(jīng)濟性。

c）新增了LBB破前泄漏監(jiān)測系統(tǒng)

華龍一號機組在一回路主管道、穩(wěn)壓器卸壓管道、波動管等位置安裝聲音發(fā)射裝置和溫濕度傳感器進行監(jiān)測，在事故早期，通過采用LBB破前泄漏監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)盡早發(fā)現(xiàn)異常情況，以便提前做好應對措施，操縱員也可以進行提前干預以減少事故后果，以確保反應堆安全。

2.華龍一號反應堆冷卻劑系統(tǒng)與M310機組的設備差異：

a）新增快速卸壓閥

華龍一號相比M310增設了穩(wěn)壓器快速卸壓閥，快速卸壓系統(tǒng)由兩個系列組成，每個系列包括一臺電動閘閥和一臺電動截止閥?？焖傩秹洪y是華龍一號快速卸壓系統(tǒng)的重要設備，屬于事故工況下的應急策略，極大地提高了機組在事故工況下的安全性能。

b）壓力容器差異

反應堆壓力容器的差異：華龍一號壓力容器取消了傳統(tǒng)二代加M310的底部貫穿件件。消除了因下封頭貫穿件發(fā)生泄漏導致冷卻劑喪失事故和堆芯裸露的可能性。采用了一體式CRDM密封殼，取消了下部Ω焊縫。優(yōu)化一體化堆頂結(jié)構取消了M310通風罩支承，設置12個堆頂結(jié)構支承臺。接管與安全端焊接采用鎳基焊縫。華龍一號機組壓力容器相比M310機組壓力容器增大了尺寸和容積，延長了設計壽命提高華龍一號的經(jīng)濟性。

c）蒸汽發(fā)生器差異

華龍一號的蒸汽發(fā)生器相比于M310，由于堆芯額定功率和NSSS額定熱功率增加，因此在設計中選用換熱面積增大的ZH65型蒸汽發(fā)生器。該蒸發(fā)器蒸汽發(fā)生器在在福清1-4#、方家山等（二代加）機組SG成熟設計的基礎上進行了改進設計。重點追求設計、制造技術上的成熟性、可靠性及工程實用性。對重要改進進行試驗驗證，在保證堆芯安全裕量的前提下，進一步提高電廠額定功率。

d）穩(wěn)壓器差異

華龍一號穩(wěn)壓器（PRZ）采用成熟的設計技術，在二代加穩(wěn)壓器的基礎上改進設計，穩(wěn)壓器總?cè)莘e增加到51m?，提高了穩(wěn)壓器的比容積，在系統(tǒng)升溫、負荷階躍變化、甩負荷等工況下，更好的補償壓力波動，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性。

e）穩(wěn)壓器安全閥差異

華龍一號穩(wěn)壓器保護閥和隔離閥主閥為一體化鍛造結(jié)構，先導閥采用緊湊設計，可以直接安裝在主閥上，增加了低溫超壓保護功能。在17.23 MPa abs下的最小流量（一個串聯(lián)閥）從165t/h增大到175t/h。

華龍一號穩(wěn)壓器安全閥輔助部件減少了先導箱固定托架、冷凝罐、平衡罐、banjo接頭，專用工具則不需要注水裝置、真空泵，壓力整定試驗臺也從BEAN4試驗臺優(yōu)化為迷你試驗箱，整定彈簧鎖定功能則由一根螺桿完成。華龍一號安全閥不需要沖水排氣。

f）反應堆冷卻劑泵差異

華龍一號主泵在設計結(jié)構總體上與M310一致，軸承進行了改進，M310主泵軸承只有一個頂軸油泵，在主泵啟動和停運前從中油箱將油輸送至主推力瓦與推力盤之間建立油膜，在低壓力平臺，由于作用力的合力作用在副推力瓦上，副推力瓦極易發(fā)生磨損。華龍一號主泵新增加了一臺頂軸油泵將油輸送至副推力瓦與推力盤之間建立油膜，從而使副推力瓦在低壓力平臺能良好運行。

3.系統(tǒng)流程差異

a）反應堆壓力容器水位測量系統(tǒng)差異

華龍一號機組壓力容器取消了下封頭貫穿件，反應堆壓力容器水位測量系統(tǒng)設置在堆芯測量系統(tǒng)（RII）。

華龍一號機組反應堆壓力容器水位測量系統(tǒng)不承擔安全功能，在事故工況下對水位關鍵點進行持續(xù)監(jiān)測，以便在事故期間和事故后，讓運行人員了解反應堆冷卻劑覆蓋情況。水位測量選用的是4支熱傳導式水位探測器組件，每支探測器測量兩個水位測點。水位探測器組件插入壓力容器中專門的測量通道中，測量通道完成導向、保護和固定探測器的功能。

b）主回路流量測量流程差異

華龍一號機組反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）環(huán)路流量測量表則取消了彎管流量計，每環(huán)路安裝5塊壓差表（MP）用于監(jiān)測主泵前后壓差，其正壓側(cè)引壓管安裝于主泵出口冷段，負壓側(cè)引壓管安裝于主泵入口過渡段。M310機組采用的彎管流量計是利用流體流經(jīng)彎管傳感器的離心力產(chǎn)生壓差，離心力的大小與流體流速、流體的密度及彎管特性等因素有關，在它的作用下使流體對彎管內(nèi)、外側(cè)產(chǎn)生壓力差，傳感器將壓差信號轉(zhuǎn)換成電流信號反饋到DCS系統(tǒng)。離心力與流體的流速具有單一的函數(shù)關系，其大小可以通過測量彎管內(nèi)外側(cè)的差壓確定，進而可計算出流體的流速，將流速與管道的截面積和流體的密度相乘，即可確定流體的流量。彎管流量計具有節(jié)能、精度高、耐高溫穩(wěn)定性強等特點。

華龍一號機組用每環(huán)路5塊主泵前后壓差來表征主回路流量，以一環(huán)為例，RCS180MP-183MP主要參與反應堆停堆保護邏輯及相互校準，RCS184MP為0.075%的高精度壓差表用作試驗用儀表，主要用于試驗中計算主回路流量。由壓差讀數(shù)通過揚程公式計算出主泵揚程，將主泵揚程與流體密度及重力加速度相乘，可確定主泵增壓壓強，通過壓強、流量、主泵有效功率的對應關系可計算出環(huán)路流量。

c）RCS系統(tǒng)測溫旁路差異化

華龍一號反應堆冷卻劑溫度計與M310機組相比，溫度計位號及數(shù)量并未發(fā)生變化，但由于華龍一號機組取消了測溫旁路管線設計，因此所有溫度計均安裝于主管道上。

寬量程溫度計設計安裝上華龍一號與M310機組無差別，每個環(huán)路冷熱段各一塊，共計6塊。

由于華龍一號取消測溫旁路管線設計，對應原M310中測溫旁路18塊窄量程溫度計，均安裝于主管道。所不同的是相對于M310機組每個環(huán)路冷熱段平均布置3塊溫度計的安裝方式，而華龍一號布置方式是每個環(huán)路熱段4個溫度計，冷端2個溫度計，并且取消備用溫度計，每個溫度計均參與邏輯控制。

結(jié)語

“華龍一號”作為我國具有完全自主知識產(chǎn)權的核電技術，是我國核點技術發(fā)展創(chuàng)新的最好體現(xiàn)，作為我國核電“走出去”戰(zhàn)略的主打品牌，對于提高我國的自主創(chuàng)新能力有重要意義，它不僅標志著我國擁有了完全自主產(chǎn)權的核電技術，更是我國從“核大國”向“核強國”邁出的重要一步。

參考文獻

[1]徐利根.華龍一號核電廠系統(tǒng)與設備.中國原子能出版社，2017年