漳州能源二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)優(yōu)化

費(fèi)羅杰,靳 瑞

(中核國(guó)電漳州能源有限公司，福建 云霄 363300)

二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)(PRS)的安全功能是在發(fā)生蒸發(fā)器二次側(cè)熱阱功能喪失的設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況時(shí)，排出反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的熱量，在發(fā)生全廠斷電事故且輔助給水系統(tǒng)汽動(dòng)泵失效工況下，二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)(PRS)系統(tǒng)投入運(yùn)行，在不超過(guò)冷卻劑壓力邊界設(shè)計(jì)條件的前提下，通過(guò)蒸汽發(fā)生器導(dǎo)出反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)各設(shè)備的儲(chǔ)熱，在72 h內(nèi)將反應(yīng)堆維持在安全狀態(tài)。在完全喪失給水的工況下，PRS系統(tǒng)投入運(yùn)行,導(dǎo)出堆芯余熱及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)冷卻劑和各設(shè)備的儲(chǔ)能，降低一回路的溫度和壓力。

1 改進(jìn)簡(jiǎn)介

1.1 改進(jìn)背景

福清核電5、6號(hào)機(jī)組的PRS每個(gè)系列設(shè)置了2臺(tái)應(yīng)急補(bǔ)水箱，每臺(tái)補(bǔ)水箱的容積為18 m3，但補(bǔ)水箱的設(shè)置造成了殼外水箱與隔間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度增加，同時(shí)由于安裝空間有限，補(bǔ)水箱及相應(yīng)管線、閥門的布置較困難。在保證RPS系統(tǒng)安全功能前提下，為優(yōu)化結(jié)構(gòu)和布置設(shè)計(jì)，減少設(shè)備投資費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)性，簡(jiǎn)化運(yùn)行控制，漳州能源決定取消PRS應(yīng)急補(bǔ)水箱設(shè)計(jì)。

1.2 改進(jìn)描述

福清核電5、6號(hào)機(jī)組PRS系統(tǒng)，原有設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖1，漳州能源改進(jìn)實(shí)施后設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖2，原設(shè)計(jì)有兩個(gè)應(yīng)急補(bǔ)水箱，改進(jìn)后取消了兩個(gè)應(yīng)急補(bǔ)水箱及相應(yīng)管道閥門。

圖1 原設(shè)計(jì)PRS系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Flow chart of the original design PRS system

圖2 改進(jìn)項(xiàng)實(shí)施后PRS系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖Fig.2 Schematic of the PRS system flow after improvement

原設(shè)計(jì)當(dāng)發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，關(guān)閉主蒸汽隔離閥TSM001VV、主蒸汽系統(tǒng)向輔助給水系統(tǒng)氣動(dòng)泵提供動(dòng)力蒸汽的閥門TFA091VV，以及TSM系統(tǒng)和TFA系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相連通的閥門，以保證PRS系統(tǒng)能夠形成封閉回路；打開(kāi)凝水管道的隔離閥PRS102VL或PRS103VL，使PRS系統(tǒng)連通。系統(tǒng)投入后，應(yīng)急余熱排出冷卻器管側(cè)冷凝后的水注入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，使一次側(cè)反應(yīng)堆冷卻劑加熱后變成蒸汽，經(jīng)PRS系統(tǒng)蒸汽管道進(jìn)入應(yīng)急余熱排出冷卻器的管側(cè)，將熱量傳遞給換熱水箱的水后再次冷凝為水，再返回蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，形成自然循環(huán)。PRS系統(tǒng)通過(guò)蒸汽發(fā)生器將反應(yīng)堆冷卻劑中的熱量傳遞到應(yīng)急余熱排出冷卻器，然后傳遞給換熱水箱中的水，進(jìn)而通過(guò)換熱水箱中水的蒸發(fā)將熱量終帶出，維持反應(yīng)堆的安全。在PRS系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出60 s后，應(yīng)急補(bǔ)水管線的隔離閥PRS106VD或107VD以及補(bǔ)水箱上游管線隔離閥PRS108VV自動(dòng)關(guān)閉，以避免蒸汽旁通進(jìn)入補(bǔ)水箱[1]。

改進(jìn)后，系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)與原設(shè)計(jì)一樣，啟動(dòng)信號(hào)示意圖見(jiàn)圖3。由于取消應(yīng)急補(bǔ)水箱，應(yīng)急補(bǔ)水及補(bǔ)水后的隔離動(dòng)作取消，即PRS系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出60 s后，應(yīng)急補(bǔ)水管線的隔離閥PRS106VD或107D自動(dòng)開(kāi)啟，補(bǔ)水結(jié)束后，PRS106VD、107VD和PRS108VV自動(dòng)關(guān)閉的動(dòng)作將取消，PRS系統(tǒng)的運(yùn)行變得簡(jiǎn)單。

圖3 PRS系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)示意圖Fig.3 Schematic of the startup signal of the PRS system

1.3 改進(jìn)影響分析

(1)對(duì)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響

取消應(yīng)急補(bǔ)水箱后，設(shè)置在應(yīng)急補(bǔ)水箱上的輔助給水系統(tǒng)(TFA)充水接口取消，PRS系統(tǒng)的充水接口需要重新設(shè)計(jì)。取消應(yīng)急補(bǔ)水箱后，PRS系統(tǒng)的充水接口設(shè)置與安全殼外的凝水返回管線上，原TFA系統(tǒng)上游接口維持原設(shè)計(jì)不變，應(yīng)急補(bǔ)水箱及相關(guān)管線上的疏排水接口取消。

(2)對(duì)布置的影響

三個(gè)系列的應(yīng)急補(bǔ)水箱及相關(guān)的管線和閥門分別布置在反應(yīng)堆廠房的R971/R973/R975房間，由于取消應(yīng)急補(bǔ)水箱及相應(yīng)管線和閥門，三個(gè)房間將會(huì)留出大量的空間，甚至可以取消，這可以給殼外換熱水箱及隔間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大優(yōu)化調(diào)整余地。本改進(jìn)項(xiàng)的實(shí)施將更有利于布置設(shè)計(jì)工的實(shí)現(xiàn)。

(3)對(duì)儀控設(shè)計(jì)、設(shè)備的影響

由于取消補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱上的水位測(cè)量?jī)x表將取消，數(shù)字化儀控系統(tǒng)將減少采集點(diǎn)，主控制室系統(tǒng)和遠(yuǎn)程停堆站系統(tǒng)上應(yīng)急補(bǔ)水箱水位的顯示畫面將取消；由于取消補(bǔ)水管線上的電動(dòng)隔離閥，DCS將減少采集點(diǎn)，IMC和IRS上閥位指示的顯示畫面將取消；IMC和IRS上執(zhí)行補(bǔ)水功能及補(bǔ)水后隔離功能的操作也將取消，儀控將更簡(jiǎn)單。

(4)對(duì)電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備的影響

改進(jìn)設(shè)計(jì)涉及電動(dòng)隔離閥共有9臺(tái)(每個(gè)機(jī)組)，將全部取消，相應(yīng)可減少6個(gè)72 h直流電源系統(tǒng)(A列)和3個(gè)72 h直流電源系統(tǒng)(B列)的配電控制回路，以及相關(guān)的動(dòng)力電纜和抗震I類電纜轉(zhuǎn)換箱，有利于電氣設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，電氣設(shè)備的配置也將簡(jiǎn)化。

(5)對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

取消的補(bǔ)水箱重量相對(duì)較小，其對(duì)樓層反應(yīng)譜的影響僅限于局部區(qū)域的效益；對(duì)外層安全殼其他位置、其他核島廠房的影響可以忽略不計(jì)。取消的補(bǔ)水箱對(duì)土建影響僅限于局部區(qū)域配筋，影響很小；對(duì)外層安全殼其他位置、其他核島廠房的影響可以忽略不計(jì)。

(6)對(duì)安全分析的影響

對(duì)疊加輔助給水啟動(dòng)泵失效事故進(jìn)行了計(jì)算分析，針對(duì)補(bǔ)水箱投運(yùn)的工況和取消補(bǔ)水箱的工況進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果表明，補(bǔ)水箱投運(yùn)和取消補(bǔ)水箱兩種工況下PRS投運(yùn)后，反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度和穩(wěn)壓器壓力略高于工補(bǔ)水箱投運(yùn)，5 000 s后主參數(shù)趨于一致，不同工況下的PRS系統(tǒng)的排熱功率相當(dāng)。補(bǔ)水箱的投入可以持續(xù)補(bǔ)充SG的水裝量,SG水位穩(wěn)定值超過(guò)13 m；沒(méi)有補(bǔ)水箱SG水位將穩(wěn)定在8.4 m。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4～7。

圖4 冷卻劑平均溫度Fig.4 The average temperature of coolant

圖5 SG水位Fig.5 The SG water level

圖6 SG二次側(cè)壓力Fig.6 The pressure at the secondary side of SG

圖7 穩(wěn)壓器壓力Fig.7 The pressure of the pressurizer

事故分析表明，有無(wú)補(bǔ)水箱情況下堆芯余熱皆可通過(guò)PRS系統(tǒng)排出，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)溫度和壓力持續(xù)下降，滿足PRS系統(tǒng)在事故工況下的帶熱需求。

(7)對(duì)生產(chǎn)文件影響

電廠事故規(guī)程中將取消補(bǔ)水及補(bǔ)水后的隔離操作要求，由于取消了應(yīng)急補(bǔ)水箱及相關(guān)的管線和閥門，相關(guān)的在役檢查項(xiàng)目將取消，有利于減少在役檢查時(shí)間。相關(guān)的定期試驗(yàn)項(xiàng)目將取消，有利于減少定期試驗(yàn)時(shí)間，總體對(duì)電廠有利。

(8)對(duì)設(shè)備采購(gòu)、施工、進(jìn)度影響

該改進(jìn)項(xiàng)，將取消相應(yīng)應(yīng)急補(bǔ)水箱及相關(guān)的管線和閥門的采購(gòu)，減少了設(shè)備采購(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工的工作安排及縮短施工時(shí)間，減少了相關(guān)設(shè)備的采購(gòu)、按照、檢查及調(diào)試等活動(dòng)，有利于項(xiàng)目進(jìn)度的控制。

2 實(shí)施措施

本文在保證PRS系統(tǒng)安全功能前提下，為優(yōu)化結(jié)構(gòu)和布置設(shè)計(jì)，同時(shí)較少投資費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)性，提出了取消PRS系統(tǒng)應(yīng)急補(bǔ)水箱的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。通過(guò)修改系統(tǒng)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)，取消應(yīng)急補(bǔ)水箱及相關(guān)的管線和閥門，同時(shí)對(duì)改進(jìn)項(xiàng)進(jìn)行事故分析，驗(yàn)證取消應(yīng)急補(bǔ)水箱后PRS系統(tǒng)是否仍能實(shí)現(xiàn)事故工況下的排熱要求。

3 結(jié)論

福建漳州核電1、2號(hào)機(jī)組PRS系統(tǒng)取消應(yīng)急補(bǔ)水箱，對(duì)核設(shè)計(jì)和熱工水力、輻射防護(hù)、電廠總圖等方面無(wú)影響，并將使系統(tǒng)、布置、儀控、電氣等設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)更方便。取消PRS應(yīng)急補(bǔ)水箱的實(shí)施，還將減少相關(guān)設(shè)備的采購(gòu)、安裝、施工、在役檢查及定期試驗(yàn)等，進(jìn)而能減少投資費(fèi)用及施工時(shí)間。同時(shí)事故分析結(jié)果表明，取消補(bǔ)水箱后，滿足PRS系統(tǒng)在事故工況下的帶熱需求，總體評(píng)價(jià)可行。