“华龙一号”核电厂丧失WES后采用IRWST反冷分析
- 格式：pdf
- 大小：6.55 MB
- 文档页数：4
________PUIMA MMPICAP pniAIFR
“华龙一号”核电厂丧失WES后采用IRWST
反冷分析黄树亮(中国核电工程有限公司，北京100840)I摘要：使用RELAP5程序，对“华龙一号”核电厂丧失重要厂用水系统（WES)事故后通过内置换料水箱 (IRWST)进行反冷操作的过程进行模拟，定量评价反冷的作用效果。对“华龙一号”核电厂而言，通过 IRWST的反冷操作应不晚于17. 6 min投人。通过计算分析可以知道，当IRWST初始水温低于30 °C时，反 冷效果显著，可以维持设冷水系统在数小时内仍能有效工作，为操作员恢复WES系统功能提供了较大的时 间裕量。关键词：设备冷却水系统；重要厂用水系统；IRWST;反冷；RELAP5中图分类号：TM623 文献标志码：A文章编号：1674-1617 (2019) 01-0022-04DOI： 10.12058/zghd. 2019. 01. 0022
Analysis of Cooling WCC System by IRWST after Loss of WES Accident in HPR1000HUANG Shu-liang(China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd,，Beijing 100840，China)I Abstract ： Using RELAP5 code to modify the procedure of cooling the WCC system by IRWST after the loss of WES system in HPR1000 nuclear power plant, and estimating the effect of this cooling process quantification. For the HPR1000 plant, this cooling operation should be taken in 17. 6 minutes. Through calculation and analysis we can see? if the initial IRWST water temperature is lower than 30°C > the effect of this cooling operation by IRWST is available? which can maintain the WCC system work normally in at least several hours? and it can provide operators enough time margin to recover the WES function.Key words： component cooling system； essential service water system； IRWST； RELAP5 CLC number： TM623 Article character： A Article ID： 1674-1617 (2019) 01-0022-04
核电厂设备冷却水系统（WCC)的主要 功能是冷却核岛各类热交换器，并通过设冷热 交换器由重要厂用水系统将其热负荷传至最终 热阱一海水。“华龙一号” WCC系统配置有 两列，每个系列在事故工况下都能提供100% 的应急冷却能力。WCC系统的主要冷却用户 包括安全壳喷淋系统、电气厂房冷冻水系统、 安全注人系统、余热排出系统、反应堆冷却剂 系统主泵、化学和容积控制系统等等。核电厂 发生丧失WES事故后，为了延长WCC系统 的工作时间，根据电厂操作规程，可以利用换 料水箱中较低温度的含硼水，对设备冷却水系 统实行反冷操作。“华龙一号”核电厂采用兼作安全壳地坑的内置换料水箱，从位置标高与 体积容量等均与传统M310堆型的PTR水箱 差异较大，有必要对IRWST在丧失WES事故 后的反冷作用进行分析。另外，本文计算分析 结论能够为“华龙一号”核电厂故障操作规程 的开发提供重要依据。1反冷操作系统描述核电厂在失去重要厂用水功能后，根据操作 规程，应采用安全壳喷淋系统试验管线、安喷泵 (CSP)、安喷热交换器以及IRWST构成反冷回 路[1](见图1)，通过CSP泵从IRWST水箱中抽 取低温的含硼水进人安喷热交换器的CSP侧，收稿日期：2018-11-15作者简介：黄树亮（1984—），男，辽宁省东港人，工程师，现从事热工水力与安全分析方向工作（E-mail: huangsl@cnpe. cc)。
22图1 IRWST反冷WCC的系统示意图 Fig. 1 The sketch of IRWST cooling WCC
2反冷操作最晚时间窗口计算根据“华龙一号”核电厂WCC系统设计基 准，在核电厂所有运行工况下，当海水最高温度 为30. 7 °C时，WCC的最高温度为35 °C。但是 下述两种情况除外：1) 在进入冷停堆和次临界停堆工况下，当 海水最髙温度为30. 7 °C时，WCC温度为40 °C。2) 在丧失冷却剂事故（LOCA)工况下， 当海水最高温度为35. 5 °C时，WCC温度为45 V。丧失重要厂用水事故属于超设计基准事故， 本文分析中不考虑叠加LOCA的极端不可能工 况。而在实际运行中，海水及WCC温度不会一 直如此之高，因此本文WCC系统初始温度选用 35°C是足够保守的。核电厂丧失重要厂用水功能后，设备冷却 水失去热阱，设冷水温度开始升高，当水温达 到55 °C时，根据事故规程要求，必须停运反 应堆主泵，隔离上充、下泄，并且必须将 WCC泵停闭，这是因为高于55 °C的WCC水 便有可能对某些终端用户进行加热[2]。因此， 本文计算中所采用的限制准则是WCC水温不 高于55 °C。假设WCC初始水温为：T。，计算终止温度 为由于丧失WES冷却，WCC的带热负 荷全部用于WCC系统水温的升高，有如下 公式：X Cp X (Te — T〇) = P Xt 式中，m—WCC系统除去波动箱及系统死管部e喷淋泵设备冷却水泵WCC泵运行使得WCC系统中的流体经过安喷 热交换器的WCC侧，借助于IRWST水箱的大 热容量，可以在一定时间内使得WCC系统中的 水得到冷却，即把IRWST作为WCC系统的 热阱。试验管线
I华龙一号 HPR1000
分的水装量，计算取436.8 t左右； Cp—水的比热，取4. 18 kj/ (kg • °C); P—WCC系统正常运行时的总带热负 荷，取值为34. 57 MW。由上述公式很容易计算出，对于“华龙一 号”核电厂，在发生丧失WES功能后，如果操 作员不采取缓解措施，WCC水温将于17. 6 min 后升至55 °C。3 反冷操作效果的定量评价3.1程序与建模本文计算使用RELAP5程序。RELAP5程 序是美国爱达荷国家工程实验室（Idaho National Engineering Laboratory (INEL))于 20世纪80年代逐渐开发，专门用于核电厂事 故分析的大型热工水力最佳估算程序，可用于 事故瞬态和失水事故的计算分析，是目前最常 用的核电厂系统热工水力分析程序之一。根据丧失WES后采用IRWST进行反冷的 作用原理，使用RELAP5程序进行建模，节点 划分见图2。其中：控制体160为内置换料水箱， 115为CSP泵，130为安喷换热器CSP侧，控制 体100、110、120、140、150代表使用安喷试验 管线构成的反冷回路。250为安喷换热器WCC 侧，205 为 WCC 泵。控制体 255、200、210、 230代表WCC系统管道。300用于模拟WCC系 统带热负荷。
图2 IRWST反冷回路RELAP5程序节点划分图 Fig. 2 The RELAP5 nodalization of IRWST cooling loop在计算之前，首先要确定安喷热交换器的 传热面积和传热系数，使其达到设计工作状 态。表1给出CSP热交换器工作参数的调试 结果。可以看出，本文RELAP5程序对CSP 换热器模拟的计算值与设计值偏差很小，能够 满足计算需求。
23换料水箱赂!1」 L難II_||30 - z，'25 - 20 -15 0 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000时间/s(a ) IRWST初始温度20 °C图3 WCC与IRWST水温的变化曲线 Fig. 3 The water temperature curve of WCC and IRWST程序搭建的反冷回路模型进行计算，在计算过程 中假设设冷水系统的设备、管道以及用户设备的 金属材料不考虑散热、吸热，为保守起见，也不 考虑设冷水温度上升造成传至设冷水系统的热负 荷减少。由表3与图3给出的计算结果可以知 道，当IRWST初始水温为35 °C时，由于反冷 回路中安喷热交换器两侧流体的温差较小，并 且在事故前期WCC系统的热负荷仍然处于较 髙的水平，因此WCC系统的水温一直处于上 升趋势，当事故后2 030 s，尽管此时将WCC 的热负荷降低至最低水平9.754 MW，WCC 系统的升温趋势开始减缓，但在此之前1 800 s左 右，WCC系统的水温已经超过55 °C，0. 5 h对 于操作员恢复WES系统功能来说是不充分的， 因为可以认为IRWST初始温度为35 °C时的反 冷作用是不成功的。对于IRWST初始温度低于 30 °C的工况，此反冷作用能够保证WCC系统维 持有效工作的时间在2.8 h以上，为操作员恢复 WES功能提供了较大的时间裕量。表3 IRWST反冷持续时间 Table3 Duration available for IRWST coolingIRWST初始水温/°CWCC水温上升至55 °C的时间/h207. 5255. 5302. 8350. 570IRWSTPOWER
表i安喷热交换器工作参数调试结果 Table 1 The calculation results of the CSP heat exchanger working values热工设计值本文计算调试值CSP侧WCC iMCSP侧wcc m流量/ (t/h)1 0141 9201 0141 920人口温度/°C12045120. 0144. 99出口温度/°c746975. 0768. 85热负荷/MW52. 953. 13.2工况计算与分析根据“华龙一号” WCC系统功能设计， 需要WCC冷却的热交换器可以分成3类，分 别是1)安全相关的热交换器，在处理n类或 F类事故时起重要作用；2)在正常运行和丧 失厂外电源时需要冷却的重要热交换器； 3)在正常运行时使用，而在丧失厂外电源后 不立刻起作用的热交换器。根据电厂操作规程，在执行反冷操作中，为 了增加WCC系统的有效工作时间，应逐步切除 掉不必要的冷却用户。“华龙一号”核电厂用于 处理正常运行工况下丧失WES事故操作规程的 主要动作如表2所示。表2丧失WES事故后操作员动作 Table 2 The operator actions after loss of WES accident操作动作WCC剩余时间/s热负荷/MW事故发生0. 034. 57启动WCC运行列的第二台泵640. 034.595启动WCC运行列上的CSP热交换器， 启动CSP试验管线，利用IRWST水 箱对WCC进行反冷720.034. 62关闭WCC044VN、322VN阀门以隔离硼回收系统、废液处理系统、废气处 理系统、辅助蒸汽分配系统、运行服 务厂房冷冻水系统的热负荷765. 023.254
