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压水堆核电站启动给水系统设计改进影响分析

学术期刊发表网 位置:理工论文 时间:2019-03-23 15:43 (12)

摘要:摘要:本文阐述了压水堆核电站启动给水系统设计功能、组成、设备性能等相关内容,并重点分析了该系统对相关工艺系统、电气、仪控设计以及核电厂运行方式的影响。 关键词:启动给水,改进 国内新建的M310堆型压水堆机组相比较早期的设计,普遍增设了启动给水系

  摘要:本文阐述了压水堆核电站启动给水系统设计功能、组成、设备性能等相关内容,并重点分析了该系统对相关工艺系统、电气、仪控设计以及核电厂运行方式的影响。

  关键词:启动给水,改进

能源技术与管理

  国内新建的M310堆型压水堆机组相比较早期的设计,普遍增设了启动给水系统(APD),本文主要对该系统设计功能、系统组成、设备性能等设计要点进行介绍,进而分析该项改进对于相关系统设计及运行方式的影响。

  1增设启动给水系统APD的目的

  早期M310堆型压水堆机组反应堆启动时蒸汽发生器的给水是由辅助给水系统(ASG)提供的,ASG系统通常配有两台汽动泵和两台电动泵,正常启动时一般由电动辅助给水泵负责将反应堆从冷停堆转向热停堆、热备用直到功率运行时给水泵系统(APA)投入;反应堆停堆时,由ASG负责向蒸汽发生器供水,直到余热排出系统(RRA)投入的中间停堆,以带出反应堆的衰变热。ASG系统作为专设安全系统,其主要的功能是保证应急工况下对蒸汽发生器二次侧进行供水。

  启停时的给水属于非核安全功能,因此新建工程普遍新增加启动给水系统(APD)取代ASG在正常工况下启停堆给水功能,其目的为:(1)避免启停过程中ASG水箱水位的波动,提高系统可靠性。(2)避免启停过程中频繁对ASG水箱补水,频繁地补水可能因除气器长时间投入造成水箱水温超过50℃,导致机组后撤到双相中间停堆。(3)简化ASG系统的功能,将非核安全功能分离出去,使其成为真正的核安全专设系统。(4)APD系统从除氧器吸水,定压运行期间除氧器的水温在100℃以上,有效减少了对给水管路和蒸汽发生器管嘴、环路的热冲击。(5)热备用期间,替代主给水泵运行,减少厂用电消耗。

  2APD系统的组成

  由一台启动给水泵及其出入口的管线和阀门组成,启动给水泵从除氧器水箱吸水。泵的出口设有小流量管线,以保证在给水调节阀全关闭时泵的最小流量。由于泵的出口扬程高达915m,因此小流量管线上设有多级降压孔板,小流量返回到除氧器水箱。泵的出口逆止阀后设有一气动调节阀(APD007VL),用于调节阀后给水压力为一恒定值。该阀由DCS控制,在主控室设有一手操器。启动给水的流量仍由ARE系统的旁路调节阀根据蒸汽发生器水位调节。

  3APD设备组成和性能

  设备的布置设计,接口管道和设备的布置设计、土建基础及埋件设计将参照制造厂提供的外形尺寸图及重量、接口要求等文件实施。设备的主要参数:驱动电机型号为F3HXC400L2,电机功率为820kW,电机可利用率为1.0,额定电压为6000V,额定频率为50Hz,额定转速为2972r/min,极对数为2,功率因数为0.93,额定电流为88.4A,启动电流为486.1A;启动给水泵流量为214t/h,总扬程为915m,额定转速为2980r/min,轴功率为702kW,泵效率为76%,NPSHR为5.5M,流体温度为110.8~149.1℃,组数为2。

  系统的主要设备包括一台多级离心泵、一台配套交流异步电机、泵入口滤网、配套润滑油系统、再循环管线小流量阀、泵出口压力调节阀、系统电动隔离阀等。泵及电机的轴承采用润滑油强迫循环润滑及冷却,因此配套有润滑油系统。润滑油系统由一台交流润滑油泵、机械同轴油泵、润滑油箱、一组冷却器及一对润滑油过滤器组成,启动和停运过程中由交流润滑油泵供油,在泵达到额定转速后由同轴机械油泵供油,两台油泵的切换由DCS完成,油管路上配有相应的仪表参与控制。

  4改进的影响分析

  4.1工艺系统设计

  为配合该系统的设计,除氧器系统ADG中的水箱增加了相应接口给APD系统供水,接收小流量再循环回水,增加了SER补水管线接口;高压加热器系统AHP增加了接口接收APD的供水;给水调节系统ARE在启停过程中参与了给水流量的调节;常规岛除盐水系统SER在启动过程中给除氧器补水;常规岛废液收集系统SEK接收APD系统的排气和放水,闭式冷却水系统SRI冷却APD系统的润滑油和轴承密封水。

  4.2电气系统设计

  常规岛6kV厂用电系统LGA给泵6kV电机供电,常规岛380V厂用电系统LK*给APD泵的润滑油泵供电,常规岛电动阀配电柜MCC给系统内的电动隔离阀供电。

  4.3仪控设计

  DCS中的逻辑量控制部分SCS参与APD系统逻辑控制;DCS中的模拟量控制部分MCS参与APD系统模拟量控制和数据采集;主控室系统KSC增加了APD系统的三个TPL、一台手操器、一块指示仪;光字牌KSA增加了主控室的APD系统报警;反应堆保护系统RPR中主给水隔离信号送到APD系统断路器;辅助给水系统ASG接收给水全部丧失信号,启动辅助给水泵。

  4.3.1主给水隔离

  新增加的主给水隔离改进要求在反应堆保护系统发出主给水隔离信号后停运所有来自常规岛的给水,在跳开APA系统所有核级和非核级断路器的同时,跳开APD泵的6kV断路器,因此RPR系统应设置相应的接点输出到DCS系统和APD断路器。对每台APA泵而言,来自RPA、RPB的停泵信号经逻辑“或”处理并扩展后,分别送至核级断路器和非核级断路器。RPR停泵扩展信号也同时送至DCS,用于闭锁备用泵的启动。RPR输出的“APD泵跳闸信号”经相同方式处理后,送入APD泵的断路器和DCS。

  4.3.2辅助给水系统控制逻辑

  ASG系统电动泵在主给水泵全部停运后应自动启动并向蒸汽发生器供水,在增加APD系统后该逻辑应有相应的变化,采用的方案是:三台APA泵的所有核级断路器和非核级断路器的“已分闸”状态信号,以及APD泵的断路器“已分闸”状态信号送入ASG系统的继电器机架,经逻辑处理后形成“全部给水泵已跳闸”信号,用于ASG电动辅助给水泵的连锁启动。

  4.4对运行方式的影响

  4.4.1水化学要求

  蒸汽发生器的初次充水仍旧是由ASG完成的。蒸汽发生器的给水要求氧含量小于5×10-9的除盐除氧水,因此有必要在向蒸汽发生器供水前使除氧器的水质达到要求。新增加一路手动补水,用于除氧器的初始上水,以保证在凝结水水质还没有达标的情况下通过常规岛除盐水系统向除氧器补水。

  ADG水箱水位正常后,从辅助蒸汽分配系统(SVA)引入蒸汽,对其进行加热除氧,此时要保证除氧再循环泵ADG010PO的连续运行,通过再循环管线注入化学试剂(SIR),对水的化学性质进行调节。由给水化学取样系统(SIT)取样确定水的化学性质满足要求后,方可启动APD泵向蒸发器供水。值得注意的是,APD系统的小流量再循环管线不能替代除氧再循环泵的运行,因为小流量再循环管线是返回到除氧器水箱的,而除氧再循环泵出口是回流到除氧器头部。为保证除氧器在机组启动过程中的除氧功能,应一直保持除氧再循环泵的运行一直到凝结水流量上升到允许值。

  4.4.2反应堆启动过程中APD系统的投入

  在RRA退出运行前,常规岛整体系统应具备APD投运前的条件,根据启动时常规岛状态的不同,可以分为理想运行方式和经济运行方式。理想运行方式(凝汽器真空建立):至少一台循环水泵一台凝结水泵运行,轴封系统投入,凝汽器真空已建立,汽机应处于盘车状态,除氧器在SVA供汽下维持在启动定压运行方式,除氧再循环泵运行,高加水侧投入,启动APD系统往蒸汽发生器供水,蒸汽发生器的水位由APD007VL和主给水旁路调节阀共同控制调节,APD007VL用于调节阀后的压力恒定,水位控制由主给水旁路调节阀完成。

  这种运行方式要求常规岛的整体启动时间比不采用APD系统有所提前,适合于非正常停堆后的启动过程。经济运行方式(凝汽器真空未建立):将通往凝汽器和低加的阀门全部手动隔离,单独对除氧器进行补水、加热、除氧,水质合格后启动APD系统,通过AHP系统和ARE系统向蒸汽发生器供水,期间一直保持除氧再循环泵的运行。此运行方式适合于机组大修后的启堆过程。当反应堆功率达到2%~3%额定功率时,主给水泵(APA)启动,向蒸汽发生器供水,APD泵需要手动停运。

  4.4.3反应堆停堆过程

  APD系统的投入反应堆停堆时所需的水量远大于反应堆启动时所需水量,因此,ADG水箱必须连续地从冷凝器补水,这就意味着要保持冷凝器的真空,以防止水中含氧量增高。当反应堆从功率运行转入热停堆状态后,蒸汽发生器的给水就可以由主给水(APA)切换至APD系统。与反应堆启动时相类似,APD由操纵员手动启动。在热停堆向冷停堆过渡过程中,RRA投运之前应一直保持APD的运行。如果上述条件不能保证,将启动ASG把反应堆带入RRA投入的双相中间停堆状态。

  4.4.4APD泵的启动和停运

  APD泵不具备自动启动逻辑,不参与APA系统的联锁,依靠操纵员在主控室手动启动。APD泵具备下列条件之一将自动停运:(1)除氧器水位三低。(2)启动给水泵故障,包括润滑油压力低、轴承温度高、电机线圈温度高等原因。(3)主给水隔离信号。

  5结语

  本文通过对增加APD系统的影响进行分析,明确了该项改进对相关工艺系统、仪控系统、电气系统设计的影响,并从运行的角度分析了改进对于机组运行方式的影响,希望通过对该设计改进的深入分析,为其它核电工程的启动给水系统设计提供参考。

  参考文献

  [1]徐征.岭澳核电站启动给水系统设计分析[C].中国核能行业协会2008年中国核能可持续发展论坛论文集,2008.

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