第三章 AP1000反应堆冷却剂系统2016综述
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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。
AP1000安全系统综述AP1000安全系统综述AP1000安全系统设计理念如下:•安全系统非能动化•降低维修要求•简化安全系统配置•减少安全支持系统•减少安全级设备及抗震厂房•提高可操作性本文不考虑传统安全系统,只对非能动安全系统作介绍。
一.AP1000非能动安全系统简介AP1000非能动安全系统的优点可概括如下:(1)极大地降低了人因失误发生的可能性非能动安全系统不需要操纵员的行动来缓解设计基准事故,减少了事故发生后,由于人为操作错误而导致事件升级的可能性。
AP1000在事故条件下允许操纵员的不干预时间高达72 h,而对于已经运行的第二代或二代+核电厂,此不干预时间仅为10^30 mina(2)大大地提高了系统运行的可靠性非能动安全系统利用自然力驱动,提高了系统运行的可靠性,而不需要采用泵、风机、柴油机、冷冻水机或其他能动机器,减少了因电源故障或者机械故障而引起的系统运行失效。
由于非能动安全系统只需少量的阀门连接,并能自动触发,同时这些阀门遵循“失效安全”的准则,在失去电源或接收到安全保护启动信号时开启。
(3)取消了安全级的交流应急电源非能动安全系统的启动和运行无需交流(AC)电源,AP1000的设计取消了安全级的应急柴油发电机组。
AP1000非能动安全系统子系统如下:•非能动堆芯冷却系统•非能动安全壳冷却系统•非能动主控制室应急可居留系统•非能动裂变产物去除系统•非能动氢复合子系统•非能动反应堆压力壳防熔穿系统二.非能动堆芯冷却系统AP1000的非能动堆芯冷却系统(PXS)由非能动堆芯余热排出系统和非能动安全注人系统两部分组成。
PXS的主要作用就是在假想的设计基准事件下提供应急堆芯冷却,为此,PXS具有以下功能:·应急堆芯余热排出·RCS应急补水和硼化·安全注入·安全壳内pH值控制PXS安全相关功能的设计基于以下考虑(设计基准):<1> 即使在发生设计基准事件同时伴随不太可能的最大极限单一故障事件时,PXS也有多重的部件来执行其安全相关的功能。
AP1000反应堆功率控制系统分析作者:张俊来源:《科技传播》2016年第17期摘要本文详细分析了AP1000反应堆功率控制系统在高、低功率水平下的反应堆功率控制、轴向功率分布的控制,总结了AP1000反应堆功率控制系统的特点,提出了今后运行过程中可能的风险和相应的建议。
关键词反应堆功率水平;功率分布;控制棒;控制中图分类号 TL3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2016)170-0214-02反应堆功率控制系统是核电厂的核心控制系统之一,其主要功能是实现对反应堆功率的自动控制,包括整个反应堆的功率水平控制以及反应堆内的轴向功率分布控制。
本文将从高功率模式下的平均温度控制、低功率模式下的反应堆功率控制,反应堆轴向功率分布控制等方面来详细分析AP1000的反应堆功率控制系统的控制方式和特点。
1 AP1000反应堆功率水平控制1.1 高功率水平下的反应堆功率水平控制高功率(15%FP~100%FP)水平下,通过两个偏差信号之和得到的总偏差信号来向控制棒控制逻辑柜输出控制棒移动速度和移动方向信号,通过调节M棒组维持反应堆冷却剂的平均温度和功率水平一致。
这两个偏差信号分别是:温度偏差信号和功率偏差信号。
温度偏差信号为主偏差信号,是汽机功率转化得到的参考温度信号与测得的高选反应堆冷却剂平均温度信号之差;反应堆冷却剂平均温度由热段和冷段测量温度来决定,参考温度在零负荷至满负荷范围内,随着汽轮机负荷线性增加。
功率偏差信号是汽机输出功率信号与测量核功率信号之差。
该输入控制信号能改善系统的响应,减少系统的瞬态峰值,因此可以提高控制子系统的控制性能。
1.2 低功率水平下的反应堆功率水平控制低功率控制模式(3%FP~15%FP)主要是启动和停堆时使用,其控制偏差由功率偏差形成,即操纵员设定的功率给定值与反应堆外核测功率之差,用以控制控制棒的移动方向和速度。
该模式下,汽轮机解列,蒸汽旁路排放系统用于调节反应堆冷却剂的温度,操纵员可以输入核功率整定值、以及变化到目标功率水平的时间,使核功率按照设定的速率线性变化,达到期望的核功率。
AP1000三代核电反应堆冷却剂泵屏蔽电机的技术特点本反应堆冷却剂系统是借鉴了国外的先进技术设计而成的,其设计理念包括两个并联环路,每个环路上都包括两个冷段主管道、一个蒸汽发生器以及一条热段主管道构成,并且还有两台主泵,其以并联的方式存在,在热管段也有一台稳压器。
该蒸汽发生器是呈倒U状的。
1 该屏蔽电机的优势APl000反应堆冷却剂泵(以下简称主泵)是一种单级、单吸、无轴封、高转动陨量、立式离心屏蔽电泵,用于输送高温、高压反应堆冷却剂。
泵由泵壳、叶轮和导叶组成,泵吸入口竖直向下,吸入管直接与蒸发器下封头焊接;排出口为水平切线方向.吐出管与系统主管道焊接。
图1为主泵结构示意图。
APl000主泵由泵和屏蔽电机两部分组成.电机置于泉下部。
泵的叶轮直接装于电机转子轴仲端,即与电机同轴。
泵壳与电机壳体采用特殊的机械密封结构用主螺栓连接组成一密封的整体.构成反应堆冷却剂压力边界,整个机组没有外露的旋转都分。
为使电机推力轴承承受一个适当的载荷。
叶轮在设计时进行特殊考虑,使其在运行时产生一个向上的轴向力以平衡转子自重。
该屏蔽电机优势是非常明显的,其结构紧凑,并且在运行过程中不会产生泄露,所以具有较高的安全性,设备的结构情况见图2。
虽然这种设备具有较高的成本,但是该设备在运行过程中比较稳定可靠,不需要进行太多的维护工作,所以综合看来效益还是比较可观的,现在不仅在核电站有所应用,很多核动力潜艇也开始应用这种屏蔽电机。
这种AP1000屏蔽电机在保留了自身的优势同时,也进行了一些改进,弥补了其中的一些缺陷。
(1)屏蔽电机的主泵旋转轴本身结构较为简单,没有向外延伸的部分,所以在液体输送的过程中不会泄露,在这种情况下,即便是轴密封系统失灵,或者出现突发的断电情况,其也不会泄露冷却剂,整个核电站也因此运行更为高校。
(2)该系统中,省略了轴密封设备和相关的辅助设备,机组运行变得更为简便,大大降低了后期维护和检修泵的工作量,并且也没有联轴器这种构造,所以也就不会出现了机组对中这个问题。
AP1000技术简述Ap1000是非能动性压水堆核电技术。
铀燃料在反应堆中裂变产生大量热量,反应堆冷却系统1回路通过高压轻水来对反应堆冷却,吸收热量并通过蒸汽发生器传递到2回路,2回路蒸汽推动汽轮机带着发电机做功,发电。
用加压水作为慢化剂和冷却剂的反应堆叫做压水堆。
二,AP1000厂房包括核岛(Ni),常规岛(ci)和电站配套设施(BOP);核岛包括:反应堆厂房,核辅助厂房,柴油发电机组厂房,放射性废料厂房,附属厂房为钢结构厂房。
常规岛(ci)包括:汽轮机厂房,变压器区,虹吸井等。
电站配套设施(bop):循环水泵房,水处理厂,除盐水厂房,检修车间,开关站,模拟体厂房,培训中心以及综合楼及保卫设施。
1,反应堆厂房采用双层安全壳结构,内层是钢制安全壳,外层是钢筋混凝土筒体墙,坚固可靠,增加了安全性,降低了泄漏率。
反应堆厂房作为反应堆系统的整体部分,在假象事故工况下起包容放射性气体,在正常运行时为堆芯及反应堆冷却剂系统(RCS)提供屏蔽。
安全壳容器是非能动安全壳冷却系统的组成部分,它可以在假象设计基准事故(DBA)下有效的排除热量而使安全壳不超压,位于其内的系统有RCS,PXS,CVS的反应堆冷却剂净化部分。
2,屏蔽厂房屏蔽厂房是围绕安全壳的环形结构,屏蔽厂房也是非能动安全壳冷却系统的组成部分。
3,辅助厂房辅助厂房呈半月形围绕在屏蔽厂房的周围,核辅助厂房是除反应堆厂房外最重要的厂房,大型结构模块CA20,主控室,装卸料系统均位于该厂房。
辅助厂房的基本功能是位于安全壳之外的抗震Ⅰ类机电设备提供保护,此外还保护安全相关设备不受假想电厂内部和外部事故的后果影响。
核辅助厂房包括机械设备区域,安全壳贯穿区域;燃料运输区域;4,燃料厂房燃料厂房用于新燃料和乏燃料的储存。
5,附属厂房提供了进入发电站的主要人员通道。
它包括人员和设备进入辅助厂房核岛清洁区的通道。
6,柴油发电机组厂房共有两台想同的发电机组,在失去正常电源后,发电机组提供备用电源。
第三章反应堆冷却剂系统第三章反应堆冷却剂系统号密封,一部分流向2号密封,第三章反应堆冷却剂系统号密封静、动环的分离,第三章反应堆冷却剂系统间内,泵对流经的液体所作的有效功率。
一回路阻力:0.6~0.8MPa第三章反应堆冷却剂系统2、烟气余热利用装置中水的流动动力问题第三章反应堆冷却剂系统串联系统并联系统现象:热启动后单侧换热器不过流;同时伴有管路震动。
表明:受热面管内水温达到了其压力所对应的饱和温度值,发生汽化2、换热器安装位置过高(25m),进口压力耗损过多;(~0.45MPa对应饱和温度147 ℃)3、换热器水管路阻力较大,流量偏小,且两侧换热器水管路第三章反应堆冷却剂系统蒸汽发生器形式⏹压水堆核电厂常用:立式U型管自然循环蒸汽发生器、卧式自然循环蒸汽发生器和立式直流蒸汽发生器。
⏹其中尤以立式U型管自然循环蒸汽发生器应用最为广泛。
第三章反应堆冷却剂系统第三章反应堆冷却剂系统⏹管束组件:是呈正方形排列的倒U型管,管束直段分布有若干块支撑板,用以保持管子之间的间距。
⏹在U型管的顶部弯曲段有防振杆防止管子振动。
⏹支撑板结构的设计,应考虑:☐二次侧流体的通过能力,流体的流动阻力☐限制流动引起的振动☐管--孔间隙中的化学物质的浓缩⏹早期支撑板:圆形管孔和流水孔结构☐导致在缝隙区出现局部缺液传热状态,因此产生化学物质浓缩。
在电厂冷态工况下,管子和支撑板之间的间隙因二者的膨涨差而扩大,腐蚀产物沉积在间隙内。
当高温时,膨胀差使间隙减小,这时管子被压凹,造成传热管凹陷及支撑板破裂第三章反应堆冷却剂系统从而将二次侧分隔为下降通道及上升通道,形成二次侧自然循环回路。
包括上封头、上筒体、下上封头呈椭球形,蒸汽出口管嘴中有若干文丘里第三章反应堆冷却剂系统第三章反应堆冷却剂系统3)汽水分离装置⏹蒸汽发生器的上部设有两级汽水分离器。
汽水混合物离开传热管束后经上升段首先进入旋叶式分离器,除掉大部分水分,然后进入第二级分离器进一步除湿。