快堆一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試研究

龍江

中核霞浦核電有限公司 福建霞浦 355100

快堆有兩個(gè)不完全獨(dú)立的并聯(lián)環(huán)路，由柵板聯(lián)箱、堆芯、熱冷鈉池、鈉循環(huán)泵、中間熱交換器等設(shè)備組成。本系統(tǒng)調(diào)試工作主要包括儀表及通道試驗(yàn)、鈉循環(huán)泵試驗(yàn)、中間熱交換器性能試驗(yàn)、換料機(jī)調(diào)試等；本文通過對(duì)一回路主冷卻系統(tǒng)的調(diào)試準(zhǔn)備、存在的風(fēng)險(xiǎn)、可能碰到的困難及問題等進(jìn)行分析研究，指導(dǎo)調(diào)試工作的開展，以實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量進(jìn)度受控。

1 一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試分析研究

1.1 調(diào)試目的

檢驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、建造和安裝的質(zhì)量；驗(yàn)證系統(tǒng)及設(shè)備性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，證明系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行，其技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求；對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行考驗(yàn)，暴露并消除缺陷，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性；調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，制定合理的運(yùn)行方式；收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供運(yùn)行資料及事故分析資料；

1.2 調(diào)試項(xiàng)目確定

示范快堆冷卻劑是液態(tài)金屬鈉，鈉循環(huán)泵是進(jìn)口設(shè)備，目前在國(guó)內(nèi)還沒有成熟的調(diào)試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，需對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的調(diào)試準(zhǔn)備。通過對(duì)快堆關(guān)鍵系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行梳理，該系統(tǒng)在調(diào)試期間，需要實(shí)施6項(xiàng)試驗(yàn)，即電氣傳動(dòng)控制試驗(yàn)、儀表和測(cè)量通道試驗(yàn)、一回路鈉循環(huán)泵性能試驗(yàn)、系統(tǒng)特性試驗(yàn)、一回路熱平衡試驗(yàn)、堆芯流量分配試驗(yàn)，編制試驗(yàn)邏輯圖[1]。

1.3 調(diào)試思路

四個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的控制：①設(shè)備及管道清潔度控制介入。難點(diǎn)：安裝階段防異物控制、清潔度控制。②系統(tǒng)抽真空、氬氣置換及氣體加熱。難點(diǎn)：真空度目標(biāo)、氦檢漏、耗氣量、溫度控制。③堆容器進(jìn)鈉。難點(diǎn)：液態(tài)金屬鈉中雜質(zhì)控制、鈉的純度、鈉泄漏處理。④鈉循環(huán)泵試驗(yàn)。難點(diǎn)：首次啟動(dòng)、參數(shù)偏離限值、問題處理。

1.4 一回路總壓降計(jì)算

鈉冷池式快堆的一回路系統(tǒng)都在堆容器內(nèi)，是一個(gè)開式的回路，但冷卻劑的循環(huán)是封閉的；鈉冷快堆的開放式回路，都是由若干個(gè)設(shè)備和連接它們的管道組合而成，以完成熱量傳遞的作用[2]。

鈉循環(huán)泵是主要的強(qiáng)迫循環(huán)驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)冷卻劑流經(jīng)每個(gè)設(shè)備或每段管道時(shí)都會(huì)產(chǎn)生壓降，在進(jìn)行反應(yīng)堆熱工水力分析時(shí)，需求出冷卻劑在一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的總壓降ΔPt=f（W，T，P）

W：循環(huán)流量

T：冷卻劑的平均溫度

P：熱功率

示范快堆鈉循環(huán)泵的設(shè)計(jì)功率4000KW，鈉的密度0.93g/cm3，質(zhì)量流量3502Kg/S。

鈉循環(huán)泵消耗的熱功率計(jì)算如下：

40 00= 1.43＊3502/930ΔPt

ΔPt≈742KPa

式中：

Δpt-整個(gè)回路的總壓降；

k-總壓降系數(shù)；

A-泵出口的流通面積；

W-流體的質(zhì)量流量；

ρ-流體的密度；

η-泵的總效率，一般取η≈0.7。

泵的功率近似與流速的三次方成正比，大的流速會(huì)使泵耗功增大；高流速可能會(huì)使所流經(jīng)的設(shè)備或管道發(fā)生振動(dòng)而造成損傷，并增大侵蝕。

對(duì)于鈉冷快堆，在堆芯中流速一般為4-5m/s；在回路的管道中一般為2m/s左右。

2 一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試問題分析

（1）冷卻劑鈉中雜質(zhì)控制。為了使鈉滿足純度要求，必須投運(yùn)凈化系統(tǒng)，通過沉降、過濾和冷阱的方法除去鈉中的鈣和氧等雜質(zhì)，有效控制鈉品質(zhì)；

過濾：鈉通過過濾器的流動(dòng)當(dāng)作流體通過顆粒床的流動(dòng)，計(jì)算鈉通過過濾器的壓力降與流動(dòng)速度之間的關(guān)系可以采用流體在固定床中的壓力降與流動(dòng)速度之間的關(guān)系，根據(jù)泊謖葉方程：

冷阱：鈉在冷阱內(nèi)的停留時(shí)間一般為5min，冷阱的有效體積通常為總鈉量的（0.5-3）%，快堆一回路鈉中氧或氫的除去速度隨時(shí)間而指數(shù)地下降；冷阱效率對(duì)于不同的冷阱結(jié)構(gòu)和不同的雜質(zhì)是不一樣的?？於岩换芈封c中氧或氫的除去速度隨時(shí)間而指數(shù)地下降。

（2）鈉泄漏。鈉的化學(xué)性質(zhì)很活潑，它在自然界里不能以游離態(tài)存在，只能以化合態(tài)存在，主要以氯化鈉的形式存在。鈉泄漏發(fā)生鈉火。鈉燃燒的火焰溫度1350℃ ；鈉燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的白色鈉氣溶膠，眼睛和肺感到不適，能見度嚴(yán)重失常。鈉氣溶膠對(duì)人體呼吸系統(tǒng)和皮膚有嚴(yán)重的傷害，對(duì)農(nóng)作物、儀器和設(shè)備也有傷害。液態(tài)鈉，都要用氬氣覆蓋；在調(diào)試過程中，需確保不會(huì)發(fā)生鈉泄漏，如果發(fā)生鈉泄漏，容易產(chǎn)生鈉火，引起火災(zāi)。發(fā)生鈉火，可用惰性材料、干沙子和膨脹石墨滅火劑覆蓋以隔絕氧氣從而達(dá)到滅火的效果[3]。

（3）鈉泵潤(rùn)滑油泄漏。潤(rùn)滑油是用于鈉循環(huán)泵主軸的工作密封建立液封，起到密封、冷卻、潤(rùn)滑的作用。如果潤(rùn)滑油漏入泵腔內(nèi)，鈉中雜質(zhì)含量將會(huì)增加，在高溫下與鈉發(fā)生反應(yīng)，生成元素碳，甲烷和其它碳?xì)浠衔?，由于燃料元件表面溫度在反?yīng)堆運(yùn)行時(shí)較高，漏油易粘在它們的表面，其反應(yīng)產(chǎn)物較多時(shí)會(huì)堵塞流道，進(jìn)而還會(huì)燒毀元件；此外，由于該類雜質(zhì)難以除去，該堆的正常運(yùn)行帶來麻煩。

（4）電加熱問題?？於巡捎靡簯B(tài)金屬鈉作為冷卻劑，電加熱顯得極其重要，電加熱出現(xiàn)問題，將使得系統(tǒng)的調(diào)試及運(yùn)行不能正常開展，電加熱可能存在的問題如下：電加熱絲布置不合理、與管道及設(shè)備貼合不緊密；電加熱器本身沒有保護(hù)，或保護(hù)設(shè)置不足，加熱棒過熱損壞；電氣接線不牢固、不對(duì)應(yīng)造成接觸不良而燒毀接線端子，電加熱區(qū)實(shí)際控制與DCS指示不對(duì)應(yīng)；電加熱器功率設(shè)置不合適、電加熱器控制存在不足；電加熱器功率過大造成電加熱器燒壞或電加熱絲功率設(shè)置不足，加熱系統(tǒng)溫度指示正常，但實(shí)際管道溫度已下降、出現(xiàn)了冷點(diǎn)的情況；保溫設(shè)置不足等。

4 結(jié)語

本文對(duì)一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試目的、調(diào)試思路、調(diào)試技術(shù)準(zhǔn)備等進(jìn)行思考研究，認(rèn)真分析一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試可能遇到的問題，對(duì)后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試實(shí)施具有參考意義。