华龙一号一回路压力和温度运行限制曲线研究

华龙一号一回路压力和温度运行限制曲线研究
摘要：一回路压力和温度运行限制曲线作为核电厂运行限值和条件的重要组成
部分，对核电厂安全运行有重要作用。

文章给出了一回路压力和温度运行限制曲
线的内容、绘制的流程和方法，并就华龙一号堆型给出了示例。

关键词：核电厂；一回路；温度；压力；运行限制；华龙一号
1引言
在核电厂初步设计阶段，总体设计的重点工作之一是确定核电厂设计安全原
则和要求。

核能虽然是一种清洁、安全可靠的能源，但是一旦发生重大事故对人
类和环境造成的危害要比其它工业项目造成的风险和危害来得严重，所以制定并
落实核电厂安全原则和要求就非常必要。

本文就设计安全原则和要求之一的一回
路压力和温度运行限制（以下简称大刀图）展开论述，给出其内涵和绘制方法，
并以华龙一号堆型为例，就重要曲线给出示例。

2简介
为保障电厂工作人员，群众和环境不致遭到超过国家规定限值的辐射照射和
污染，并将辐射照射和污染减至可以合理达到的尽量低的水平，在核电厂设计过
程中，要采取各种安全方法和设计措施，达到核电厂设计的安全原则要求。

为了
确保核电厂安全运行，应从核电厂的厂址选择、设计、建造、运行等方面全面落
实国家核安全局颁布的有关安全规定和导则。

有关安全准则和要求涉及到核电厂
的纵深防御原则，辐射防护设计，可靠性设计，安全功能分级，对假想始发事件
的分析和对策，设计限值，在役试验和检查，设备鉴定，质量保证，安全分析和
评价等各方面的要求。

为保证核电厂安全运行，必须制定一组反映最终设计及对设备和人员要求的
运行限值和条件。

并且在核电厂运行开始前报国家核安全当局批准。

制定核电厂
的运行限值和条件是一项十分重要的设计工作，它是作为核电厂营运单位授权运
行核电厂依据的一个重要部分。

它的作用是：
⑴对核电厂在启动、功率运行、停堆过程及停堆状态，维修，试验和换料等
各种正常运行方式和预计运行事件规定安全要求，防止核电厂发生可能导致事故
工况的状态；
⑵对保证所有安全系统，包括专设安全设施能在事故工况下执行功能的各种
要求作出规定。

运行限值和条件根据性质可分为以下几类：
•安全限值
•安全系统整定值
•正常运行的限值和条件
•监督要求
其中，安全限值是以防止核电厂发生不可接受的放射性物质释放为依据；
安全系统整定值是根据核电厂的事故分析为基础，触发停堆或专设安全系统；
正常运行限值和条件是为了使正常运行值与安全系统整定值之间留有可接受
的裕量。

图1 运行限值和条件
规定正常的运行限值和条件是为了使正常运行值与规定的安全系统整定值之
间留有可接受的裕量，其关键内容之一便是一回路压力和温度运行限制曲线。

是
系统和部件设计限值准则的重要组成部分。

机组正常运行时，一回路冷却剂压力(P)和温度(T)必须位于一定的限制范围内，限制曲线由一回路相关系统、设备及安全分析的要求组成。

3绘制流程
图2 大刀图绘制流程
步骤1 梳理核电厂正常运行模式划分
机组正常运行的状态按照热力学和堆芯物理特性划分为运行模式，每个运行
模式包括了多个标准运行工况和标准状态，它们有相近的热力学和堆物理的特性，以及相似的运行条件和运行目标。

机组正常状态通常划分为六个正常运行模式：
a) 反应堆功率运行模式（RP）；
b)蒸发器冷却正常停堆模式（NS/SG）；
c) RIS/RHR冷却正常停堆模式（NS/RIS-RHR）；
d)维修冷停堆模式（MCS）；
e) 换料冷停堆模式（RCS）；
f) 反应堆完全卸料模式（RCD）。

步骤2 梳理一回路相关系统、设备和安全分析要求
梳理一回路相关系统、设备和安全分析要求是全面考虑一回路温度和压力限
制的基础工作。

华龙一号堆型一回路相关系统和设备梳理如下。

表1 华龙一号一回路相关系统和设备
安全分析要求
按照核电厂运行工况和事故分类，一回路压力和温度限制对应的电厂正常运行属于工况Ⅰ——正常运行和运行瞬变。

工况Ⅰ的安全准则为：1、燃料不应受到损坏；2、不应要求启
动任何保护系统或专设安全设施。

一回路系统稳态热工设计准则与一回路温度压力相关的有：
燃料元件芯块内最高温度应低于其相应燃耗下的熔化温度。

燃料元件外表面不允许发生沸腾临界。

常用DNBR来衡量。

步骤3分析设备和系统工作运行模式及温度压力运行限制
一回路设备和相关系统的温度压力运行限制构成了一回路压力和温度运行限制曲线的主体，逐个分析设备和系统的温度压力运行限制，保证考虑全面没有遗漏。

RCP系统设备工作条件归纳如下。

表2 RCP系统设备工作条件限制
注：1、RIS/RHR冷却正常停堆一回路需维持一定的压力，迫使冷却剂能够向上淹没控制
棒驱动机构，满足其润滑条件，防止卡涩。

2、在反应堆冷却剂温度达到一定温度限制时，至少应有一台主泵已在运行，以避免启动
第一台主泵造成一回路系统超压。

3、轴封系统的1号轴封为流体静力平衡、依靠液膜悬浮的受控泄漏轴封，为使静环和动
环间稳定地保持适当间隙，所以主泵投入运行时一回路压力不能太低。

RCP系统相连的辅助系统工作条件归纳如下。

表3 RCP系统相连的辅助系统工作条件
步骤4 考虑安全分析要求的影响
步骤2梳理的安全分析要求在系统和设备的运行限制中已经得到充分体现。

步骤5 补充考虑其他限制条件
一回路运行限制曲线还有考虑电厂的人员可操作性等因素，需补充考虑的因素有：
表4 补充考虑的因素
综合步骤3、4、5的分析，华龙一号大刀图绘制需要考虑的曲线如下。

a) 水的饱和曲线；
b)冷却剂欠饱和度限制线；
c) RIS/RHR接入、退出温度限制线；
d)RIS/RHR第3列最高接入温度限制线；
e) 一回路冷却剂最低温度限制线；
f) 主泵最低运行压力限制线和主泵NPSH限制线；
g)主泵必须运行温度限制线；
h)RIS/RHR冷却正常停堆最高压力限制线；
i) 稳压器波动管两端温差限制线；
j) 蒸汽发生器一、二次侧压差限制线；
k)RIS/RHR冷却正常停堆最低压力限制线；
l) 维修冷停堆、换料冷停堆最高温度限制线；
m)换料冷停堆和完全卸料停堆压力；
n)反应堆功率运行温度、压力。

步骤6 绘制限制曲线，并作包络处理
本步骤是将以上确定的曲线清单逐条绘制，然后按照最高要求对多条曲线进行包络处理。

4 重点曲线绘制方法
主泵NPSH限制线
泵的NPSH和入口压力的关系如下：
其中，
一回路压力与主泵入口压力的关系如下：
其中，
参考EPR项目，华龙一号可以按照2.9倍NPSH3%确定主泵运行压力要求。

5 结束语
一回路压力和温度运行限制设计工作作为核电厂设计安全原则和要求的重要内容，对核
电厂安全具有重要意义。

本文给出了核电厂一回路压力和温度限制曲线的内涵和绘制方法，
并以华龙一号堆型给出了示例，并得到了期望的分析结果。

参考文献
[1]核动力厂设计安全规定[S]，2016
[2]高峰等，压水堆核电厂核岛设计[G]，第一卷，2009。