浅述AP1000核电厂设备冷却水系统

科技信息2012年第35期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ0总体概述设备冷却水系统属于核岛14个系统，主要设备布置于常规岛汽机厂房的第一跨内；系统由核岛负责，布置由常规岛设计；布置需严格按照系统要求设计，系统验证布置设计是否能保证其系统功能的实现。

1系统描述设备冷却水系统（Component Cooling Water System ），简称CCS 系统。

类似于火力发电厂的汽机房闭式循环冷却水系统，通过CCS 换热器被厂用水系统（SWS ）冷却，从而不断将核岛设备散热带出。

它的介质是除盐水，除盐水管道连接至CCS 膨胀水箱，对其进行补水和水位调节。

CCS 包括两台CCS 泵、两台CCS 换热器、一台CCS 膨胀水箱、一台化学加药箱、一台辐射监测器装置和相关的管道、阀门、控制设备和仪表，系统流程如图1所示。

设备冷却水系统是放射性系统和外界之间的屏幕，执行如下非安全相关的纵深防御功能：1）在正常停堆、换料和半管运行时，为正常余热排除系统的热交换器及泵提供冷却；2）为化学和容积控制系统补给泵的小流量热交换器提供冷却；3）为乏燃料池热交换器提供冷却。

设备冷却水系统执行的其他非安全相关的功能如下：1）提供放射性物质向环境泄露的屏障；2）提供厂用水向一回路安全壳系统和反应堆系统泄露的屏障；3）为支持核电厂运行所正常运行所需的各种非安全相关设备提供冷却；4）在非能动余热排出热交换器运行时，向RNS 热交换器提供冷却水，以冷却安全壳内置换料水箱的水；5）在非能动堆芯冷却系统缓解事故后的核电厂恢复运行期间，向RNS 系统提供冷却水带走堆芯热量。

2设备描述2.1设备冷却水热交换器设备冷却水热交换器为板式热交换器，两台设备冷却水热交换器为正常运行热负荷提供了多重性。

在核电厂停堆冷却时，为了达到设计要求的冷却速率需运行两台热交换器，如果只运行一台热交换器将延长核电厂的停堆冷却时间。

在核电厂正常运行时，任一台设备冷却水热交换器可以和任一台设备冷却水泵组合运行。

2.2设备冷却水泵设备冷却水系统有两台卧式离心泵，由交流电机驱动。

泵的流量能够满足相应热交换器的换热热负荷要求。

在核电厂正常运行时只需一台泵就可以满足系统设计要求。

2.3设备冷却水膨胀水箱设备冷却水系统有一台膨胀水箱，用来调节由于运行温度变化引起的设备冷却水容积的变化，膨胀水箱能够满足每分钟50gal （11.36m 3/h ）的系统内漏或外漏，且30min 内不需要操纵员的任何干预。

2.4设备冷却水系统阀门设备冷却水系统中绝大多数阀门都是手动阀门，用来隔离给定电厂运行模式中不需要冷却的设备冷却水。

贯穿安全壳的设备冷却水系统供水管及回水管线上安装有一台电动隔离阀。

阀门常开，接到设备冷却水大流量信号时关闭。

这时表明，有大量的反应堆冷却剂通过反应堆冷却剂泵冷却盘管或热屏向设备冷却水系统泄露。

关闭这些阀门可以防止带有放射性的反应堆冷却剂泄露至设备冷却水系统。

每一台反应堆冷却剂泵的冷却水出口管线上都安装有卸压阀。

这浅述ＡＰ１０００核电厂设备冷却水系统明小名1李东民1陈君1韩滔潮2（1.陕西达华电力工程有限责任公司广州分公司广东广州510663；2.广东省电力设计研究院广东广州510663）【摘要】本文介绍了AP1000核电厂设备冷却水系统的主要系统流程和系统功能，简述了系统的主要布置要求，梳理了这个系统的布置难点，并提供了一定的解决办法，可为设计人员熟悉这个系统和进行布置设计提供一定的参考。

【关键词】AP1000；14系统；设备冷却水系统图1CCS 系统流程图○电力与能源○395科技信息ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2012年第35期些阀门用于反应堆冷却剂泵冷却盘管或热屏发生传热管破裂时，保护泵电机冷却夹套和设备冷却水管道。

在下泄热交换器设备冷却水出口管上的卸压阀也用于热交换器传热管破裂时保护设备冷却水管道。

其他设备的冷却水出口管线上安装有小型的卸压阀。

当设备冷却水管道被隔离时，可卸去因水温上升而膨胀的容积。

3系统运行3.1核电厂启动核电厂启动是指将反应堆从冷停堆状态带到零功率运行的温度和压力，然后进入功率运行状态。

正常情况下，换料后的启动时，设备冷却水系统的两个序列都应投入运行。

3.2正常运行在核电厂正常运行期间，只需要设备冷却水一个序列的设备投入运行。

如果运行序列的设备冷却水泵发生故障，另一序列将自动启动。

正常运行期间，设备冷却水系统的泄露将由膨胀水箱低水位信号触发补水管线上阀门的自动开启来进行补给。

核电厂运行人员定期对设备冷却水进行取样，以确定化学成分是否满足要求。

如果需要，通过化学加药箱加入适量的化学添加剂，由泵出口母管、经膨胀水箱到泵进口管的循环管线，混合化学添加剂。

当单一能动设备失效时，CCS 仍可以导出支持电厂正常功率运行所需的各种设备的热量。

正常运行时，CCS 设计遵循以下准则：在核电厂处于正常运行或停堆阶段时，提供给电厂设备的设备冷却水温度保持在限定的水温之内。

正常运行时，CCS 水温不超过95℉（35℃）。

提供给核电厂设备的设备冷却水最低温度为60℉（15.6℃）。

CCS 提供足够的波动能力，允许每分钟50gal （11.36m 3/h ）的泄露量（内泄或外泄），并且30分钟内无需操作人员的任何干预。

CCS 在安全壳内的运行压力大于安全壳的设计压力[45psig (0.310MPa,表压)]。

水化学方面：为了满足核电厂60年的设计寿命，系统需要添加防腐剂。

CCS 系统的水质既要防止热交换器表面的污垢沉积，又要保证最小的腐蚀。

关于放射性泄露的考虑：为了防止放射性物质从反应堆冷却剂泵或下泄热交换器传热管泄露，这些设备的CCS 回水管上均安装了自动隔离阀门。

3.3电厂停堆电厂停堆是指反应堆从功率运行阶段至换料阶段。

在这个过程中，设备冷却水系统的两个独立序列都需运行。

电厂停堆的第一阶段，反应堆冷却剂系统通过蒸汽发生器和主蒸汽系统实现降温降压。

电厂停堆的第二阶段（大约在反应堆停堆4h 之后），反应堆冷却剂温度和压力分别降至350℉（176.7℃）和400~450psig （2.758~3.130MPa （g ））时，余热排出系统投入运行。

在停堆96h 之内，设备冷却水系统和正常余热排出系统以及厂用水系统将反应堆冷却剂系统降温至125℉（51.7℃）。

在停堆冷却阶段，各设备的冷却水进口温度不能超过110℉（43.3℃）。

两台设备冷却水泵和两台热交换器同时运行以满足核电厂停堆速率的要求。

一旦一台设备冷却水泵或热交换器发生故障，将会延长停堆时间。

3.4电厂换料在电厂换料期间，设备冷却水系统的两个序列都需投入运行，若厂用水的海水进口温度为90.5℉（32.5℃），则CCS 系统将维持乏燃料池水温低于120℉（48.9℃）。

3.5应急整堆卸料在应急整堆卸料期间，设备冷却水系统两个序列都必须投入运行，以维持乏燃料池温度低于120℉（48.9℃）（假设池中累积了最大数量的乏燃料）。

3.6丧失厂外电丧失厂外电后，两台备用柴油发电机启动运行。

设备冷却水系统自动加载至柴油发电机以继续向重要的核岛热负荷提供冷却水，如RNS 热交换器和泵、SFS 热交换器、CVS 补给泵小流量热交换器。

丧失厂外电后，SWS 泵也通过加载至柴油发电机来维持核岛的热阱。

3.7IRWST 的冷却非能动余热排出系统热交换器从高温高压工况下的RCS 系统导出衰变热，使IRWST 中的水温上升。

水温可以通过与IRWST 相连的正常余热排出泵来进行控制，多余的热量可以通过RNS 热交换器、设备冷却水系统及SWS 导出。

需要时，RNS 也可在正常运行工况下降低IRWST 水箱中的水温。

3.8事故后冷却与恢复当自动降压系统ADS 触发，安全壳被IRWST 流入安全壳地坑的水淹没后，通过正常余热排出系统、设备冷却水系统和厂用水系统的运行来排出堆芯衰变热，实现对地坑内水的冷却。

4布置要求根据AP1000和AP600的标准设计，CCS 的设备和管道布置有以下主要要求和特点：汽机房内的SWS 管道要求具备检修条件，原则上要求走明管，不能埋管；若布置于地沟内，需留出足够的空间。

SWS 过滤装置布置在汽机房内，而不是第一跨；CCS 泵和换热器均布置在第一跨内，CCS 膨胀水箱和CCS 化学加药箱布置于除氧层；CCS 泵入口和出口的管道布置空间要求高，入口需要5倍管径长的直段以保护泵，出口至换热器入口的的管道要求尽量直并有足够的长度；膨胀水箱出口和泵入口的垂直高度需满足要求；CCS 回水母管上的流量测量计、各用户支路上的节流孔板所在的直段长度均要求较长；某些阀门为减小阻力，采用直通式截止阀。

5布置难点AP1000和AP600的标准设计中，第一跨尺寸偏小，难以按要求布置CCS 泵和CCS 换热器，以及相关的管道。

第一跨的第一层楼板标高为5.33m ，即使布置CCS 泵，也无法满足检修条件；除非第一跨底层降低标高。

随着设计的进展，由于需要在第一跨和紧挨第一跨的汽机房内安装主蒸汽和主给水管道的防甩土建结构，使得第一跨内基本不能布置任何CCS 系统的设备。

CCS 泵的设计远比流量基本相同的闭式冷却水泵的设计保守严格，由此造成泵荷载和基础大很多，不利于土建设计，需提供更多的基础空间。

SWS 过滤装置、CCS 泵、CCS 换热器、CCS 泵入口临时滤网以及SWS 管道在CCS 换热器出口布置的辐射监测装置之间的管道连接复杂，要求苛刻，阀门繁多，需要较大的布置空间来满足。

SWS 和CCS 系统由西屋公司设计，西屋公司对海外项目控制得较为严格，支管的接管顺序、大小头和三通的设置、疏水放气点的设置等凡是PID 图纸上的设计均基本不能更改，给布置根据实际情况调整带来很大的不便。

6解决办法CCS 系统的布置问题说到底是空间问题。

目前，国内两台AP1000机组分别采取了两种不同的处理方法，一是降低第一跨内的底层标高（前提是，当考虑土建放甩结构后，能保证第一跨内的水平空间）；二是将CCS 泵和CCS 换热器布置在紧邻第一跨的汽机房内，充分利用第一跨内剩余空间和汽机房框架柱周围空间巧妙布置众多阀门（前提是，紧邻第一跨的汽机房内仍有比较充足的空间）。

对于后期的工程，从投标开始，充分考虑和规划好CCS 和SWS 乃至整个14个系统在第一跨、汽机房的布置；充分研究和落实主蒸汽主给水管道的防甩方案并预留足够的空间，以免在后续设计中布置困难。

对第一跨各楼层的标高进行优化，对第一跨的布置进行优化。

7结束语AP1000核电厂的设备冷却水系统的系统流程和系统功能和M310、CPR1000等核电厂对应系统基本是一样的，但由于AP1000特有的设计，把核岛相关的14个主要辅助系统布置于汽机房内，因而在布置上存在较大的差别。