ap1000核電廠正常運(yùn)行期間和調(diào)試啟動(dòng)期間的抽真空啟動(dòng)

1、<p>　　AP1000核電廠正常運(yùn)行期間和調(diào)試啟動(dòng)期間的抽真空啟動(dòng)</p><p>　　摘要：AP1000核電廠采用抽真空電廠啟動(dòng)方式，即一回路建立負(fù)壓后再充水建立汽腔，而不再采取水實(shí)體啟動(dòng)方式。由于堆芯余熱問題，抽真空啟動(dòng)在正常運(yùn)行和調(diào)試啟動(dòng)期間有所不同。本文主要探討抽真空啟動(dòng)的步驟、注意事項(xiàng)及抽真空啟動(dòng)在運(yùn)行、調(diào)試期間的差別。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：AP1000，抽

2、真空啟動(dòng) </p><p>　　Abstract: A vacuum refill method is used to startup the AP1000 nuclear plant, which sets a vacuum condition and then builds steam bubble by refilling water. There are some differences between

3、normal operation and startup about vacuum refill, such as core residual heat. This paper mainly discusses the steps, notices and differences between normal operation and startup about vacuum refill method. </p>&l

4、t;p>　　Keywords: AP1000; vacuum refill </p><p>　　中圖分類號(hào)：TL48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　概述 </b></p><p>　　核電廠啟動(dòng)是指使反應(yīng)堆換料完成后回到零功率運(yùn)行（溫度和壓力）的過程。 </p><p>　　在啟動(dòng)前，一回路中存在

5、大量空氣，會(huì)使設(shè)備腐蝕，引起冷卻劑放射性升高（N14在高溫輻照下生成C14），影響穩(wěn)壓器的壓力控制效果并影響換熱。因此，在啟動(dòng)過程中需要對(duì)主系統(tǒng)進(jìn)行除氣操作。核電廠的正常運(yùn)行需要建立穩(wěn)壓器內(nèi)合適的汽腔，這是由于存在汽腔時(shí)，可以通過穩(wěn)壓器電加熱器和穩(wěn)壓器噴淋來調(diào)節(jié)一回路壓力。 </p><p>　　從啟動(dòng)除氣和建立汽腔的方式定義了兩種核電廠啟動(dòng)方式：水實(shí)體啟動(dòng)和抽真空啟動(dòng)，目前國(guó)內(nèi)核電廠大多采用水實(shí)體啟動(dòng)方式，美國(guó)

6、核電廠基本采用抽真空啟動(dòng)方式。第一種是將一回路和穩(wěn)壓器充至水實(shí)體后，通過堆芯余熱、主泵產(chǎn)熱及穩(wěn)壓器電加熱器加熱使穩(wěn)壓器內(nèi)的冷卻劑達(dá)到飽和溫度進(jìn)而建立汽腔；第二種是在半管水位運(yùn)行期間，利用抽真空設(shè)備對(duì)主系統(tǒng)進(jìn)行抽真空操作，使不凝結(jié)氣體和析出的溶解氧被不斷抽出達(dá)到一定的負(fù)壓，然后向一回路和穩(wěn)壓器充水至穩(wěn)壓器一定液位，再通過穩(wěn)壓器電加熱器加熱穩(wěn)壓器內(nèi)的冷卻劑到飽和溫度建立汽腔。AP1000核電廠采用了抽真空啟動(dòng)。 </p>&l

7、t;p>　　抽真空啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：可以減少換料大修的時(shí)間，減小輻照劑量；避免了多次啟動(dòng)主泵排氣的操作，減少了對(duì)主泵的沖擊。 </p><p>　　抽真空的缺點(diǎn)：引起的PZR與波動(dòng)管的溫差較大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱沖擊大；抽真空前排至較低的半管水位位置，RNS泵有氣蝕危險(xiǎn)；定子腔與RCS系統(tǒng)壓差超過限值時(shí)，可能導(dǎo)致主泵損壞。 </p><p>　　由于調(diào)試啟動(dòng)期間沒有堆芯余熱，而通過主泵和穩(wěn)壓

8、器電加熱器加熱量不足，無法直接建立汽腔，因而采取了抽真空后再充至水實(shí)體然后加熱建立汽腔。因此，正常運(yùn)行的抽真空啟動(dòng)與調(diào)試期間的抽真空啟動(dòng)有所不同。 </p><p>　　抽真空啟動(dòng)的具體操作 </p><p><b>　　主系統(tǒng)排水 </b></p><p><b>　　a.正常運(yùn)行 </b></p><

9、;p>　　當(dāng)電廠停堆換料及維修結(jié)束后，將換料水池排水到壓力容器法蘭面以下，并通過CVS下泄將RCS系統(tǒng)排至半管運(yùn)行水位（熱段60~80%，PZR WR2%~3%）。維持RNS系統(tǒng)至少一列運(yùn)行，監(jiān)測(cè)主系統(tǒng)溫度保持在35~43℃之間。 </p><p>　　電廠停堆后再次啟動(dòng)前，CVS補(bǔ)給泵向一回路和PZR提供合適硼濃度的冷卻劑。SG二次側(cè)充到正常啟動(dòng)液位，且滿足水化學(xué)要求。 </p><p

10、>　　半管水位不能太低也不能太高，太低，余熱排出泵有汽蝕的風(fēng)險(xiǎn)；太高，可能抽不盡蒸發(fā)器U型管內(nèi)的空氣。 </p><p><b>　　b. 調(diào)試啟動(dòng) </b></p><p>　　調(diào)試期間電廠第一次啟動(dòng)沒有堆芯余熱，因此不需投運(yùn)RNS進(jìn)行冷卻。此時(shí)只需將RCS充至合適的半管水位即可。其它內(nèi)容同上。 </p><p>　　主泵定子腔和系統(tǒng)抽

11、真空 </p><p>　　正常運(yùn)行與調(diào)試期間本步驟基本相同，如下所述： </p><p>　　抽真空系統(tǒng)連接到ADS A列的出口，抽出整個(gè)RCS系統(tǒng)（包括RV頂蓋，SG倒置U形管，穩(wěn)壓器等）中的空氣。抽真空的關(guān)鍵是主泵定子腔壓力應(yīng)低于RCS壓力，因?yàn)槿绻鞅枚ㄗ忧坏膲毫Τ^RCS壓力1.0psi(6.9kPa)時(shí)，定子屏蔽套內(nèi)壁可能產(chǎn)生鼓包而接觸主泵轉(zhuǎn)子使主泵損壞。主泵定子腔的真空應(yīng)在R

12、CS真空建立前建立或同時(shí)建立，保證兩者壓差不超過該限值。 </p><p>　　由上所述，先通過容積式抽真空泵對(duì)主泵定子腔室抽真空，之后使用抽氣噴射器同時(shí)對(duì)主泵定子腔和RCS進(jìn)行抽真空（達(dá)到一定水平后容積式抽真空泵停運(yùn)），將定子腔壓力抽至1.4PSIA左右，RCS壓力抽至1.4~2.2PSIA。不再進(jìn)一步抽真空是由于經(jīng)過計(jì)算，此時(shí)的空氣已經(jīng)非常微量，并會(huì)在注水后的溶解，可以達(dá)到所要求的水實(shí)體狀態(tài)。 </p&

13、gt;<p>　　抽氣噴射器通過廠用壓縮空氣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，主系統(tǒng)內(nèi)的不凝結(jié)氣體被抽出后，經(jīng)VFS系統(tǒng)煙囪排出。 </p><p>　　點(diǎn)動(dòng)主泵作為SG抽真空的備用。如果飽和溫度下的反應(yīng)堆冷卻劑未達(dá)到可接受的真空水平，可以點(diǎn)動(dòng)主泵，RCS壓力將隨之下降。 </p><p>　　注：a.抽真空期間應(yīng)控制一回路溫度，防止冷卻劑沸騰而使抽真空失效； </p><p&g

14、t;　　b.抽真空期間如果任意主泵定子腔真空破壞，立即停止抽真空過程并破壞RCS真空； </p><p>　　c.正常運(yùn)行期間，只要反應(yīng)堆冷卻劑溫度處于350°F之下，余熱排出系統(tǒng)應(yīng)始終提供一回路的冷卻。如果抽真空期間喪失余排，則應(yīng)立即破壞真空防止沸騰； </p><p>　　d. 正常運(yùn)行期間，應(yīng)估算大氣壓下的沸騰時(shí)間，這是為了破壞真空做考慮，且由此應(yīng)將RCS置于盡量低的溫度，

15、以增加破壞真空時(shí)的沸騰時(shí)間。 </p><p>　　圖1.抽真空示意圖 </p><p><b>　　主系統(tǒng)充水 </b></p><p><b>　　正常運(yùn)行 </b></p><p>　　達(dá)到需要的真空水平后，使用WLS系統(tǒng)的流出液暫存箱的水向主系統(tǒng)充水，或CVS混合補(bǔ)給（不建議使用，可能引起誤

16、稀釋）至PZR目標(biāo)水位。在這過程中的合適液位下，將N2回充給定子腔，并分別對(duì)PRHR HX、CMT、堆頂排氣管線進(jìn)行充水排氣，并保持抽真空系統(tǒng)運(yùn)行，但逐漸降低抽真空的能力。降低真空時(shí)，由于一回路水向SG U形管傳遞，PZR中液位可能下降，此時(shí)應(yīng)注意補(bǔ)水對(duì)波動(dòng)管產(chǎn)生的熱應(yīng)力。PZR液位充到92%以上后，停止補(bǔ)水泵，從ADS破壞RCS真空，并隔離抽真空管線，將抽真空裝置移除。 </p><p><b>　　

17、調(diào)試 </b></p><p>　　調(diào)試期間，首先使用IRWST水對(duì)RCS進(jìn)行充水至熱段80~90%水位。這是由于此時(shí)屬首次啟堆，EHT中并未收集一回路冷卻劑。使用IRSWT水足以滿足要求，但應(yīng)在充水前確認(rèn)IRWST的水位為正常液位的40~50%。不充到更高液位，是因?yàn)榉€(wěn)壓器液位儀表即將存在讀數(shù)，需用較小流量的CVS充入以詳細(xì)觀察和記錄液位上升過程，并在各液位進(jìn)行相應(yīng)的操作。 </p>

18、<p>　　正常運(yùn)行和調(diào)試期間，只要RCS液位達(dá)到PZR液位儀表的下部接口，RCP定子腔就可以回充N2。盡管此時(shí)RCS仍處于真空狀態(tài)，但PZR中的水容積壓力和殘留壓力（0.1atm）相加，已經(jīng)可以保證定子腔和RCS的壓差在限值之內(nèi)。一般調(diào)節(jié)N2充入壓力1~2psig，將定子腔充至正常大氣壓（0psig）。完成充N2后迅速移除N2聯(lián)接并盲住接口防止空氣進(jìn)入。 </p><p>　　建立穩(wěn)壓器汽腔和升溫升壓

19、 </p><p>　　啟動(dòng)除氣完成后，需要對(duì)電廠進(jìn)行升溫升壓以建立穩(wěn)壓器汽腔。電廠升溫有水實(shí)體升溫和汽腔升溫兩種，水實(shí)體升溫即先充滿穩(wěn)壓器，然后利用余熱、主泵產(chǎn)熱和PZR電加熱器加熱使反應(yīng)堆冷卻劑達(dá)到需要的飽和溫度，然后再建立汽腔，即一般的水實(shí)體啟動(dòng)過程。汽腔升溫即穩(wěn)壓器充水到一定值后先建立汽腔，然后再利用余熱、主泵產(chǎn)熱和PZR電加熱器加熱使冷卻劑升溫。汽腔升溫更適合AP1000。這是由于維持PZR中的汽腔，可

20、以減小誤操作下（如誤啟動(dòng)RCP或CVS泵）壓力偏移對(duì)RCS的影響。 </p><p><b>　　正常運(yùn)行 </b></p><p>　　在上一充水的最后階段已破壞RCS真空，一回路和穩(wěn)壓器可以升溫升壓。在一定的穩(wěn)壓器液位下，關(guān)閉RNS冷卻管線和投運(yùn)PZR電加熱器使電廠升溫。利用堆芯余熱緩慢加熱RCS，同時(shí)控制加熱器加熱PZR。當(dāng)PZR在較低的壓力下達(dá)到飽和溫度后，暫

21、停PZR加熱以排出PZR中可能存在的氣體至RCDT或IRWST（水實(shí)體啟動(dòng)后建立汽腔可以不用進(jìn)行這樣的排氣）。冷卻劑的膨脹由穩(wěn)壓器汽腔或CVS下泄容納。排氣后，繼續(xù)加熱PZR，直至達(dá)到可以提供RCP足夠的NPSH壓力的飽和工況。然后每臺(tái)主泵以17.5%轉(zhuǎn)速啟動(dòng)，聯(lián)動(dòng)控制上升至88%轉(zhuǎn)速，以達(dá)到此時(shí)最大的RCS加熱速率。RCS冷段溫度升到520°F(271°C)以上前，RCP電機(jī)功率限制轉(zhuǎn)速≤1600 rpm(或 88

22、%轉(zhuǎn)速)。RCS冷段溫度升到520°F(271°C)以上后，泵轉(zhuǎn)速增加到100%以獲得最大加熱速率。 </p><p>　　注：不直接在抽真空的負(fù)壓下加熱，是因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器內(nèi)冷卻劑沸騰，液位無法估計(jì)，整個(gè)過程將難以控制。 </p><p>　　圖2.正常運(yùn)行啟動(dòng)期間RCS與PZR的升溫曲線 </p><p><b>　　調(diào)試 &l

23、t;/b></p><p>　　調(diào)試期間，由于首次啟動(dòng)沒有堆芯余熱，且主泵只能在后期加熱，所以無法使用汽腔升溫的方式進(jìn)行啟動(dòng)，故而采用了水實(shí)體升溫方式。即繼續(xù)使用CVS對(duì)RCS充水至PZR100%液位，從ADS破壞真空。氣流停止后繼續(xù)CVS對(duì)RCS充水到水實(shí)體，直至ADS閥門出水、CMT出水、頂蓋排氣出水、ADS 4級(jí)閥門出水，以排盡一回路中的氣體。氣體排盡后將啟動(dòng)主泵進(jìn)行水壓試驗(yàn)，一回路的溫度和壓力及啟泵

24、動(dòng)作由水壓試驗(yàn)的要求進(jìn)行確定。 </p><p><b>　　抽真空的注意事項(xiàng) </b></p><p>　　正常運(yùn)行和調(diào)試期間，在需要的RCS壓力下建立汽腔后，PZR加熱由手動(dòng)控制，以維持足夠的泵吸入口壓力，減小PZR和主回路溫差，溫差不能超過178°C。需要減小PZR壓力和溫度時(shí)，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)PZR噴淋流量。 </p><p>　

25、　汽腔升溫時(shí)，由于PZR中汽腔和飽和水的溫度比一回路高很多，所以升溫期間PZR和波段管線、噴淋管線之間會(huì)產(chǎn)生最大溫差。在200次的電廠升溫中，穩(wěn)壓器和波動(dòng)管線達(dá)178°C的溫差最多不能超過220次。 </p><p>　　升溫過程中，打開PZR噴淋閥以提供部分PZR噴淋流。這會(huì)向PZR引入持續(xù)的負(fù)波動(dòng)，減小或消除波動(dòng)管中可能的熱分層。噴淋流量由需要的PZR壓力（手動(dòng)控制）決定。在RCS升溫速率和過冷度在

26、允許范圍的要求下，投入最多的電加熱器，以加熱和加壓PZR?？紤]重大設(shè)備的疲勞，RCS設(shè)備的升溫升壓速率受限，PZR升溫速率不能超過55°C/h，不能在2.5h內(nèi)從3.1升到15.5MPa，不能在6.5h內(nèi)從49升到 292°C。實(shí)際上以11~14°C/h的升溫速率升壓，可以提供足夠的過冷度。 </p><p>　　在RCS升溫階段，利用輔助噴淋管線向循環(huán)的冷卻劑加入聯(lián)氨，以消除系統(tǒng)中

27、的溶解氧。氧濃度達(dá)到化學(xué)手冊(cè)要求值前，RCS溫度不能升到121°C以上。 </p><p>　　RCP用于將冷卻劑加熱到熱備用溫度。當(dāng)達(dá)到正常運(yùn)行壓力15.4 MPa，PZR加熱器和噴淋由手動(dòng)轉(zhuǎn)到自動(dòng)控制。 </p><p>　　RCP加熱冷卻劑到熱備用溫度292°C后，稀釋冷卻劑到臨界狀態(tài)。稀釋過程中，上充和下泄應(yīng)保持平衡。限制如除鹽水補(bǔ)充到RCS發(fā)生稀釋時(shí)PZR下封

28、頭，波動(dòng)管，波動(dòng)管噴嘴承受稀釋流的設(shè)計(jì)瞬態(tài)次數(shù)。每200次電廠加熱，波動(dòng)管承受稀釋流不超過12次。應(yīng)調(diào)節(jié)下泄隔離設(shè)置點(diǎn)減小下泄隔離次數(shù)，以減少可能達(dá)到限制的正波動(dòng)瞬態(tài)。 </p><p>　　充注后建汽腔及升溫階段，如果穩(wěn)壓器液位低于低2液位，穩(wěn)壓器電加熱器應(yīng)切除，以保護(hù)電加熱器，防止燒毀。 </p><p>　　在執(zhí)行抽真空啟動(dòng)過程中，所有的RCS的液位計(jì)均應(yīng)投入使用，并且進(jìn)行比較，以監(jiān)

29、視RCS水裝量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水裝量的減少的情況。 </p><p>　　應(yīng)定期取樣，以保證RCS的水質(zhì)。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　AP1000核電廠的正常運(yùn)行和調(diào)試啟動(dòng)采用了抽真空的方式，與中國(guó)以前一般采用的水實(shí)體方式有較大不同。抽真空方式可以減少換料大修的時(shí)間，減小輻照劑量；避免了多次啟動(dòng)主泵排氣的操作，

30、減少了對(duì)主泵的沖擊，對(duì)AP1000安全可靠穩(wěn)定有很大幫助。但是在抽真空的過程中，也應(yīng)關(guān)注各種可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)并準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)方法，以保證AP1000核電廠安全順利的通過抽真空方式啟動(dòng)。 </p><p><b>　　參考資料： </b></p><p>　　APP-GW-G1-001, Rev. 4, AP1000 Plant Design Criteria[DB] <

31、/p><p>　　APP-RCS-M3-001，Rev.4, REACTOR COOLANT SYSTEM SYSTEM SPECIFICATION DOCUMENT[DB] </p><p>　　林誠(chéng)格,非能動(dòng)安全先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)[M]，原子能出版社，2010 </p><p>　　顧軍,AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M]，原子能出版社，2010 </p>

32、;<p>　　APP-GW-GL-700，AP1000 Design Control Document (DCD) [DB] </p><p><b>　　作者簡(jiǎn)介： </b></p><p>　　茹毅（1986~），男，內(nèi)蒙古集寧市人，中國(guó)核電工程有限公司，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，2009年畢業(yè)于浙江大學(xué)能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)。研究方向?yàn)楹穗姀S調(diào)試。 &