压水堆核电厂运行第三章

化学与容积控制系统
• 总结
– 三大主要功能 – 辅助功能 – 材料的来源在哪里？
36
核电厂系统与动力设备
余热排出系统
• Residual Heat Removal System • 核电厂运行中的问题
– 衰变余热
• 停堆 • 装卸料 • 维修
– 换料后反应堆水池的打回到换料水箱 – 主泵停止后，一回路硼浓度的均匀化 – 低压运行时冷却剂的净化
25
3. 容积控制箱
• 兼有容积控制和化学控制的作用；
– 吸收稳压器不能吸收的一回路 水容积的变化；
– 水位可依靠硼回收系统、硼和 水补给系统调节；
– 作为除气塔，使一回路放射性 气体释放出去；
• 运行时，充有氢气，限制一回路 水因辐照产生的辐照分解氧：
• 作为上充泵的高位给水箱，为上 充泵提供水源。
11
核电厂系统与动力设备
11
化学与容积控制系统
• 辅助功能：
– 供给轴封水
• 供给一回路冷却剂泵 轴封系统所需要的轴 封用水
– 供给辅助喷淋水
• 冷却剂泵停运后提供 稳压器的辅助喷淋水
12
核电厂系统与动力设备
12
化学与容积控制系统
• 容积控制的目的：
– 吸收一回路的水容积
变化，将稳压器的液
位维持在整定值。不
时间/s
Wigner-Way公式
Pd t
P0


0.0622
t 0.2

t0

t
0.2

38
核电厂系统与动力设备
SG
RHS
39
核电厂系统与动力设备
？蒸汽发生器 余热排出系统
39
换料后反应堆水池的水的处理
40
余热排出系统
• 功能
– 带出衰变余热
• 停堆运行的第二阶段，当一回路温度降到180℃及以下，绝对 压力降到3.0MPa以下时，用余热排出系统排出堆芯余热、一回 路水和设备的显热以及运行的主泵在一回路中产生的热量，使 反应堆进入冷停堆状态；
30
核电厂系统与动力设备
30
31
核电厂系统与动力设备
6. 过剩下泄回路的流程
• 当正常回路加热的最后阶段有较大的下泄流量，最大流量 3.4 m3/h
• 或事故情况下，从主泵前过渡段吸取一回路水。
32
核电厂系统与动力设备
32
低压下泄管线 过剩下泄
33
硼与水 补给系统
34
核电厂系统与动力设备
AP1000化容系统
26
核电厂系统与动力设备
26
4. 上充回路的流程
• 上充泵从容积控制箱吸水； • 上充流量根据稳压器水位调节； • 上充泵额定流量为34 m3/h，正常流量10.2 m3/h；
– 上充泵出口压力大于主回路压力，和足以提供主泵轴封回路供水 的压力
• 上充流通过再生热交换器可加热到260℃。 • 上充和下泄不在一个回路上
3
核电厂系统与动力设备
3
辅助系统与主系统之间的关系
4
核电厂系统与动力设备
4
化学与容积控制系统
• 电厂运行需要解决的一些问题
– 水容积变化：冷却剂的热胀冷缩 – 运行过程中产生的裂变产物与腐蚀产物 – 硼酸浓度的调节 – 其他
• 主泵的轴封水 • 稳压器的喷淋
5
核电厂系统与动力设备
5
需要解决的问题(1)
旁路管线
43
核电厂系统与动力设备
43
低压运 行，所 以需要 旁路下 泄孔板
低压下泄管线
44
核电厂系统与动力设备
44
系统描述
• 超压保护
– 两个安全阀组
参数
018VP
开启压力/MPa 4.5 关闭压力/MPa 4.2
115VP 120-121VP
4.0
3.8
3.7
2.5
核电厂系统与动力设备研修
45
17
核电厂系统与动力设备
反应性控制
• 反应性控制的目的：
– 调节一回路水的硼浓度，补偿堆芯反应性的缓慢变化 – 调节冷却剂硼浓度使功率调节棒、温度棒的棒位处于调节带内。
• 反应性控制措施：
– 加硼：在上充泵吸入口注入硼； – 稀释：用等量纯水代替冷却剂； – 除硼：用离子交换树脂吸附一回路水中的硼。
• 硼酸调节
– 燃料消耗
– 带功率运行时，由于裂变产物毒物氙、钐的产生、裂变产物 的积累等带来的负反应性；
– 燃料的多普勒效应和慢化剂的温度效应；
8
核电厂系统与动力设备
8
需要解决的问题（4）
• 主泵的轴封水
– 轴封水是轴封泵运行的命脉 – 需要高压的水
• 稳压器的喷淋
– 正常喷淋来自于冷段水，以主泵为动力 – 主泵不运行怎么办
46
核电厂系统与动力设备
47
核电厂系统与动力设备
系统运行
• 1. 投运前的准备 – 停堆后第一阶段，由蒸汽 发生器冷却，28C/h。 – 余热排出系统处于隔离、 备用状态。
– 投运的条件
• 余热排出系统与一回路系统 具有相同的温度和压力
• 水中的硼浓度应与一回路的 硼浓度一致
t 292 180 4 hours 28
– 功率不大，可变 – 放射性，最终热阱不能与热交换器直接接触。
54
核电厂系统与动力设备
主要的用户
类型 安全相关
非安全相关
用户
对象ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
安全壳喷淋系统 电气厂房冷冻水系统 上充泵房应急通风系统 安全注入系统 设备冷却水系统 余热排出系统
反应堆冷却剂系统 化容系统 控制棒驱动机构风冷系统 蒸汽发生器排污系统
• 水容积变化的原因
– 热工学的角度
• 当一回路水温度变化时 （60℃~291.4℃），回 路中水的容积也随之变 化，约40%；
– 水力学的角度
• 泄漏
• 稳压器吸收多余的水
0.0016 0.0015 0.0014 0.0013 0.0012 0.0011 0.001 0.0009 0.0008
0
v/ m3/kg 50 100 150 200 250 300 350
主泵加热
AND
化容系 统加压
关闭5/6号隔离阀 关闭4号隔离阀
50
停堆冷却泵停止， 余热排出系统隔离
稳压器内 形成汽腔
AND
余热排出系统 退出运行
核电厂系统与动力设备
51
核电厂系统与动力设备
• 退出运行
– 在反应堆从冷停堆过渡到热停堆的过程中， 一回路平均温度在160℃~180℃； —绝对压力在2.4~2.8 MPa； —压力用稳压器控制； —有两台主泵在运行； —蒸汽发生器可用。 停堆冷却泵停止，与一回路隔离。
9
核电厂系统与动力设备
9
10
核电厂系统与动力设备
10
化学与容积控制系统
• 主要功能
– 容积控制
• 运行中用于调节稳压器液位，以保持一回路冷却剂的水容 积
• 启动前向一回路系统充水，进行水压试验
– 化学控制
• 净化冷却剂，减少反应堆冷却剂中的裂变产物和腐蚀产物 的含量
– 中子毒物控制
• 调节冷却剂中的硼浓度，控制堆反应性的慢变化；
18
核电厂系统与动力设备
18
化学和容积控制系统流程
• 下泄回路 • 除盐回路 • 容积控制箱的运行 • 上充回路 • 轴封水 • 过剩下泄回路
19
核电厂系统与动力设备
下泄管线
20
核电厂系统与动力设备
20
4.1.2 化学和容积控制系统(RCV)流程图
下泄回路
再生式热交换器
非再生式热交换器
21
4.1.2 化学和容积控制系统的流程
• 反应堆在停堆、装卸料或者维修时，导出燃料发出的余热，将 一回路水保持在冷态温度
– 送换料水池的水回换料水箱 – 主泵停运下，一回路水的均匀
41
核电厂系统与动力设备
系统描述
• 低压系统，只有当一回路压力、温度降到3MPa及 180℃后投入运行
• 两台并联的泵、两台并联的热交换器、一条旁路 和一条再循环管道
压水堆核电厂一回路 主要辅助系统
单建强 jqshan@
核电厂工作原理
专设安全设施
二回路
核辅助系统
2
核电厂系统与动力设备
2
概述
• 核辅助系统
– 一回路辅助系统
• 化学与容积控制系统 • 余热排除系统 • 硼与水补给系统
– 设备冷却水系统 – 三废处理系统 – 核岛通风空调系统 – 核燃料装卸贮存和工艺运输系统
内的硼酸饱和，后达到锂饱和
– 发生燃料破损事故时，取出绝大部分的锂和放射性铯:
• 阳床离子交换器，间歇运行，用于，净化一回路水质 • 大亚湾的经历
– 经过滤器滤掉树脂碎片 – 高温时（T>57℃），旁路
23
核电厂系统与动力设备
23
除盐管线
24
核电厂系统与动力设备
24
混床离子交换器 阳床离子交换器
核电厂系统与动力设备研修
• 2. 系统的正常运行
– 投入运行：一回路平均温度在160℃~180℃； 一回路绝对压力在2.4~2.8 MPa； 一回路仍由 稳压器控制； 一台主泵仍在运行。
– 温度下降速率为28℃/h
49
核电厂系统与动力设备
• 3. 退出运行
温度 160-180C
压力 2.4-2.8MPa
核电厂系统与动力设备研修
6
需要解决的问题(2)
• 腐蚀和裂变产物
– 物理腐蚀：水中杂质沉积在燃料包壳，结垢导致包壳 破裂
– 化学腐蚀：水中杂质与金属的化学反应速率与水质、 温度、氧含量以及酸碱度（pH值）有关。
7
核电厂系统与动力设备
7
需要解决的问题（3）
• 反应性调节的方式
– 控制棒 – 硼酸 – 可燃毒物
15
核电厂系统与动力设备
15
低温低压的运行环境
离子交换器中的离子 交换树脂不能承受 60℃以上的高温 与化学与容积系统相 联系的一回路以外的 其他系统都处于低压
需要降温降压的过程
核电厂系统与动力设备研修
16
水化学控制
• 化学控制原理：
– 注入氢氧化锂(7LiOH)以中和硼酸 – 注入联氨以去除溶解氧: N2H4 + O2→2H2O + N2↑ – 注入氢气以消除辐照分解氧 – 过滤：过滤器 – 除盐：离子交换器
37
核电厂系统与动力设备
37
核电厂运行中的问题：衰变余热
• 衰变余热
• 停堆后，裂变反应中止，裂 变产物继续衰变
• 停堆后的功率曲线
• 停堆后的冷却问题
– 不同于常规火电 – 是严重事故的重要起因
功率比
衰变热
0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
0 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 1.E+09
52
核电厂系统与动力设备
52
注意渐缩管
AP1000余排与主回路的接口
53
核电厂系统与动力设备
设备冷却水系统
• Component Cooling Water System • 运行中的需求
– 热交换器的冷却：
• 蒸汽发生器：二回路的水冷却 • 其他系统的热交换器：安全相关，非安全相关 • 特点：
• 两个安全阀，超压保护 • 低压净化：
– 余热排出系统与化学与容积控制系统相连
• 换料水池的水
42
核电厂系统与动力设备
42
停堆冷却泵，应急柴 油机为应急电源
热交换器，冷源：设备 冷却水系统
只有当一回路冷却剂压 力和温度降低到3.0MPa 和180C才允许打开
电动节流阀，控制一回路 降温的速率，28-30℃/h
27
核电厂系统与动力设备
27
上充管线
28
核电厂系统与动力设备
28
上充流程
29
5. 主泵轴封水回路
• 由上充回路提供，其压力大于一回路压力，以润 滑泵轴承，冷却和润滑密封环。
• 轴封水回路的给水流量为5.4 m3/h，回流流量2.1 m3/h，其余部分(约3.3 m3/h )流入一回路。
• 下泄+轴封回流=上充+轴封水
同功率下稳压器液位
的整定值是不同的，
温度
称为程序液位。
核电厂系统与动力设备研修
13
容积控制原理
• 通过上充—下泄来吸收稳 压器吸收不了的一回路水 容积的变化
• 容积控制箱的容积有限
– 吸收不了：硼回收系统 – 缺水：反应堆硼和水补给
系统供水
容积控 制箱
核电厂系统与动力设备研修
14
水化学控制
化学控制目的： • 清除水内悬浮杂质； • 控制腐蚀； • 维持水质指标，将腐蚀控制在最低限度。
热交换器，电机，泵 热交换器 热交换器 泵、电机 泵、电机 热交换器、泵
主泵、稳压器的泄压箱 下泄热交换器 热交换器 非再生式热交换器
55
核电厂系统与动力设备
设备冷却水系统
• 功能：
– 冷却功能：
•非再生式热交换器：设备冷却水系 统冷却
50C 0.2MPa
2.5MPa
22
2.除盐回路的流程
• 作用
– 净化冷却剂，除去冷却剂中离子态的裂变产物和腐蚀产物。
• 措施
– 除去离子腐蚀产物和一些离子裂变产物
• 混床除盐器中按比例装入阳离子、阴离子两种交换树脂 • 为了避免稀释反应堆冷却剂，混床除盐装置在与化容系统连接之前，使树脂
1. 下泄回路的流程
下泄流是从冷却剂泵与压力容器间，
一个环路达到冷管段上引出的，正
常下泄流量为13.6m3/h，最大流量
为27.2m3/h；下泄流温度291.4℃。
140C
温度、压力控制至46℃，0.2-0.5MPa。
• 再生式热交换器----下泄孔板----非 再生式热交换器-----低压降压阀
•再生式热交换器：上充水冷却