CN103400620A

CN103400620A - 核电站重要厂用水系统

Info

Publication number: CN103400620A
Application number: CN2013103202138A
Authority: CN
Inventors: 彭跃; 杨廷; 胡剑
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103400620B

Abstract

本发明公开了一种核电站重要厂用水系统，其包括一个以上含有SEC泵和RRI/SEC换热器的安全系列，每个安全系列均在SEC泵上游设有一个混合前池，混合前池中设有一个将其分隔为取水区和排水区的分隔闸门；换热器出口处设有一条连接至混合前池排水区的回水管线。本发明核电站重要厂用水系统通过在泵房前端增设混合前池，并取消溢流井而将热水回流到混合前池的方式，使SEC泵入口水温整体得以提高，保证了系统的冬季运行方式与夏季海水温度较高时相同；只需对混合前池的总容量以及取水区和排水区的分区比例进行调整，即可在任何厂址条件解决北方冰冻水域核电站在冬季可能带来的冷却水温度过低不满足核岛用户低温要求的问题。

Description

核电站重要厂用水系统

技术领域

本发明属于核电站重要厂用水系统的设计领域，更具体地说，本发明涉及一种不受制于海水温度变化的普适性核电站重要厂用水系统。

背景技术

核电站反应堆及其一回路系统所产生的热量，一部分用于加热蒸汽发生器的二回路水产生蒸汽并推动汽轮机做功发电，另一部分(汽轮机无法利用的余热)通过核岛冷链系统排入最终热阱。核电站事故情况下或反应堆停堆后期，蒸汽发生器无法排热，则整个核岛的余热全部通过冷链系统排出。核岛SEC系统(Essential Water System，重要厂用水系统)和RRI系统(Component Cooling WaterSystem，设备冷却水系统)是机组正常运行和事故情况下核岛余热排出的冷链系统，两个系统通过RRI/SEC换热器相连并传递热量。

国内现有压水堆核电站的SEC系统为“全开直流式”设计，其由多个安全系列组成，每一安全系列的组成如图1所示。整个核岛余热的传递过程如下：核岛的一部分余热(机组正常功率运行时)或全部余热(机组事故或停堆时)通过RRI系统与核岛用户相连的换热器传递到RRI系统；SEC系统从取水通道10的取水口取海水，经由海水过滤器12过滤后，通过SEC泵14送到贝类捕集器16再次过滤，然后送至RRI/SEC换热器18用于冷却RRI系统，通过两者之间的热量交换，将RRI侧水温降低后再次送到核岛对用户进行冷却；经过热交换的SEC水携带着核岛用户的余热经由溢流井20排入大海(最终热阱)。通过这样的热量传递，使核岛的余热能够源源不断地被排出，从而保证核电站反应堆安全、可控和稳定地运行。

RRI/SEC传热系统通常采用冗余设计，当其中一个安全系列失效时，启动另外一列，从而保证反应堆的稳定安全运行。但通常情况下，RRI系统和SEC系统设计一旦确定，除了隔离、换列、单双泵启动等操作外，任何工况下都将不对总流量进行调节。

另一方面，对于核电站选址在北方的冰冻厂址，冬季海水最低温度在零度以下(由于海水盐度的关系，海水的冰点低于0℃)，且全年寒冷时间较长。由于现有的RRI/SEC换热器18是根据夏季T7温度设计的，而RRI系统和SEC系统均无流量调节手段，因此这样的系统配置用到北方厂址时，将会因冬季海水温度偏低(甚至出现冰点以下)而导致设备冷却水温度远低于15℃的限值(核电站设备冷却水冷段温度T需满足以下要求：LOCA工况下，15℃≤T≤45℃；其他各种工况下，15℃≤T≤35℃)，无法保证用户的最低温度要求。由此带来的过冷，将会使得部分设备无法执行其功能，甚至导致机组在冬季非计划停堆，严重影响核电站的经济性和安全性。因此，必须对现有的RRI系统或SEC系统进行改进，以使RRI水通过换热器18后，出口温度满足核岛用户的使用需求。

为此，一些已知机组对SEC侧进行了旁通调节，即在SEC管路上增加串联支路和并联支路，并安装调节阀组；海水低温条件下投运串联支路和并联支路，通过调节阀组状态的切换，改变通过换热器的流量或使设备冷却水回流，从而保证RRI侧出口温度维持在合适范围内。但是，这些改进方案都需要增加控制逻辑、仪表和控制设备，一是对DCS系统的改造较大，设计困难，二是需要在原核电站有限的厂房空间内新增管道和设备，布置难度也很大，三是冬季运行换挡切换复杂，系统工艺的调试要求较高。另外，SEC泵除了沿程阻力外，还需要克服外海与溢流井之间的高度差，因此所需泵扬程大、电机功率高，致使核电站应急柴油机负荷大、总投资高。

有鉴于此，确有必要提供一种不受制于海水温度变化的普适性核电站重要厂用水系统。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种不受制于海水温度变化的普适性核电站重要厂用水系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站重要厂用水系统，其包括一个以上含有SEC泵和RRI/SEC换热器的安全系列，每个安全系列均在SEC泵上游设置有一个混合前池，混合前池中设有一个将其分隔为取水区和排水区的分隔闸门；RRI/SEC换热器出口处设置有一条连接至混合前池排水区的回水管线。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述混合前池的取水区通过取水通道连接至最终热阱，取水通道上设置有取水闸门。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述混合前池的排水区通过排水通道连接至最终热阱，排水通道上设置有排水闸门。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述分隔闸门、取水闸门和排水闸门均为抗震1A级的电动闸门，并由抗海水腐蚀的不锈钢材料制作。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述系统包括夏季运行模式和冬季运行模式两种运行模式；在夏季运行模式下，混合前池的分隔闸门紧闭，同时，取水闸门和排水闸门保持全开，最终热阱的冷却水从取水区送到RRI/SEC换热器，换热后从排水区排入最终热阱；在冬季运行模式下，混合前池的分隔闸门提升而使得取水区和排水区连通，同时，取水闸门和排水闸门全部关闭，被RRI/SEC换热器加热后的冷却水通过回水管线流入到混合前池后，自排水区进入取水区而与取水区内的低温水混合，再被SEC泵抽入并送至RRI/SEC换热器进行换热。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，在冬季运行模式下，当蒸发使得混合前池的液位低于安全水位时，则打开取水闸门为混合前池补水。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述两种运行模式的切换是以最终热阱的冷却水温度作为条件，分隔闸门、取水闸门和排水闸门的开关以及混合前池的补水均为自动控制，同时在主控室内设有手动操作系统。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述混合前池设于SEC泵上游的取水管线与取水通道之间，取水通道的出口和取水管线的入口分别与混合前池的取水区连通。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述混合前池和回水管线为抗震I类构筑物。

作为本发明核电站重要厂用水系统的一种改进，所述回水管线通过回水廊道敷设在冻土层以下。

与现有技术相比，本发明核电站重要厂用水系统通过在泵房前端增设混合前池，并取消溢流井而将热水回流到混合前池的方式，使SEC泵入口水温整体得以提高，保证了系统的冬季运行方式同夏季海水温度较高时相同；只需对混合前池的总容量以及取水区和排水区的分区比例进行调整，即可在任何厂址条件解决北方冰冻水域核电站在冬季可能带来的冷却水温度过低不满足核岛用户低温要求的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站重要厂用水系统及其有益效果进行详细说明，附图中：

图1为现有核电站重要厂用水系统的一个安全系列的示意图。

图2为本发明核电站重要厂用水系统的一个安全系列的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图2所示，本发明核电站重要厂用水系统也采用多个安全系列，其在SEC泵30上游取水管线32与取水通道34之间设置一个混合前池50，并在取水通道34上设置一个取水闸门36。混合前池50被设于其中的一个分隔闸门52分为取水区54和排水区56，取水通道34的出口和取水管线32的入口分别与取水区54连通。

另外，本发明核电站重要厂用水系统取消了溢流井，改为在RRI/SEC换热器40出口处设置一条回水管线42，回水管线42连接至混合前池50的排水区56，因此可将换热器40出口的热水通过压力管全部回流到混合前池50的排水区56。混合前池50的排水区56经排水通道44连接至大海，排水通道44上设置有一个排水闸门58。

为了保证SEC系统安全，上述混合前池50和回水管线42均为抗震I类构筑物；分隔闸门52、取水闸门36和排水闸门58三个海水闸门都是电动闸门，为抗震1A级设备，并选用抗海水腐蚀的不锈钢材料制作；所有电动设备均外挂应急柴油机。

由于新增构筑物和设备较少，因此布置系统时，只需根据核电站所在厂址的总图布置，避开其他建筑物规划泵房前的混合前池50及相应的回水廊道即可；回水管线42应通过回水廊道敷设在冻土层以下，以确保冬季有较好的保温效果，使被加热后的海水不至于在回流过程中失热降温。

本发明核电站重要厂用水系统取消了换热器所在厂房出口的溢流井，将换热器40出口的热水通过压力管全回流到混合前池50的排水区56，其通过海水温度来区分夏季运行模式和冬季运行模式，具体描述如下：

夏季运行模式：当海水温度高于15℃时(以北方存在冰冻可能的厂址条件，大部分可对应到7月～9月)，将混合前池50的分隔闸门52紧闭，使取水区54和排水区56完全分开，同时取水闸门36和排水闸门58保持全开；此时，海水从取水区54送到RRI/SEC换热器40，换热后从排水区56排入大海，SEC系统的运行根据机组运行确定；

冬季运行模式：当海水温度低于15℃时(以北方存在冰冻可能的厂址条件，大部分可对应到10月～来年6月)，将混合前池50的分隔闸门52提升，使得取水区54和排水区56连通，让被RRI/SEC换热器40加热后的海水通过回水管线42流入到混合前池50后，自排水区56进入取水区54与取水区54内的低温海水混合，再被SEC泵30抽入并送至RRI/SEC换热器40进行换热，从而避免冬季海水过冷导致换热器40结冰或设备冷却水不满足低温要求的现象发生。此时，取水闸门36和排水闸门58全部关闭，SEC系统海水带出的热量仅通过混合前池50向环境大气扩散；当蒸发使得混合前池50的液位低于安全水位时，则打开取水闸门36为混合前池50补水。

以上通过海水温度区分夏季运行模式和冬季运行模式而判断三个海水闸门的开关，以及通过混合前池50的液位高度进行补水的操作等均为自动控制，且可在主控室通过手动操作予以干预。当核电站发生LOCA(Loss of CoolantAccident，丧失冷却剂)事故或触发CS(Containment Spray，安全壳喷淋)再循环信号时，控制系统自动将取水闸门36和排水闸门58置于某一安全位，以确保反应堆的安全。

通过以上描述可知，本发明核电站重要厂用水系统通过在泵房前端增设混合前池50，并取消溢流井而将热水回流到混合前池50的方式，使SEC泵30入口水温整体得以提高，保证了系统的冬季运行方式同夏季海水温度较高时相同。本发明至少具有以下优点：

1)夏季运行模式下，只需关闭在运列的分隔闸门52即可，不会对原有的重要厂用水系统带来任何负面影响，而且核电站运行人员只需对备用列的海水闸门进行日常巡检，减少了人员维护所需的成本；

2)冬季运行模式下，通过回流使得核电站在冬季较低海水温度(甚至极端低温工况)下，也能确保SEC泵30抽取送往RRI/SEC换热器40的海水温度维持在15℃以上，从而确保换热器40热侧(RRI侧)的出口水温满足用户的最低温度要求，不会导致违反电厂的技术规格书而带来计划外停堆；

3)冬夏季运行模式的切换仅仅通过三个海水闸门的开关来实现，操作简单，不涉及到复杂的控制逻辑，为核电站的安全可靠运行带来保障；

4)通过压力管回流到混合前池50的结构设计，取消了溢流井，由于取水区54和排水区56分别与大海相通，水位几乎相等，因此SEC泵30的扬程仅需克服管路中的沿程阻力损失，扬程可降低15～20%，所需电机功率随之降低，厂用电能耗降低，应急柴油机发电机组投资也降低，在整个核电站寿期内带来的经济效益非常可观；

5)新增设备或廊道较少，且均在厂区内，不需要调整已有厂房内部的布置；

6)新增构筑物及海水闸门均满足抗震要求，地震工况下仍然能保证功能的实现；海水闸门为后备应急柴油机的电动闸门，丧失厂外电工况下也能保障电源供应，从而确保了机组的安全可靠运行。

显然，在其他实施方式中，上游的热阱也可以是江河湖泊，尤其是通过混合水池50散热的方式，特别适合水资源相对紧缺的内陆核电站。

本发明的系统具有普适性，只需要对混合前池50的总容量以及取水区54和排水区56的分区比例进行调整，即可在任何厂址条件解决北方冰冻水域核电站在冬季可能带来的冷却水温度过低不满足核岛用户低温要求的问题；当用于冬季不需要提升温度的热厂址(最低热阱温度大于15℃)时，将混合前池50中的分隔闸门52自动控制信号取消即可。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种核电站重要厂用水系统，包括一个以上含有SEC泵和RRI/SEC换热器的安全系列，其特征在于：每个安全系列均在SEC泵上游设有一个混合前池，混合前池中设有一个将其分隔为取水区和排水区的分隔闸门；RRI/SEC换热器出口处设有一条连接至混合前池排水区的回水管线。

2.根据权利要求1所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述混合前池的取水区通过取水通道连接至最终热阱，取水通道上设有取水闸门。

3.根据权利要求2所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述混合前池的排水区通过排水通道连接至最终热阱，排水通道上设有排水闸门。

4.根据权利要求3所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述分隔闸门、取水闸门和排水闸门均为抗震1A级的电动闸门，并由抗海水腐蚀的不锈钢材料制作。

5.根据权利要求3所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述系统包括夏季运行模式和冬季运行模式两种运行模式；在夏季运行模式下，混合前池的分隔闸门紧闭，同时，取水闸门和排水闸门保持全开，最终热阱的冷却水从取水区送到RRI/SEC换热器，换热后从排水区排入最终热阱；在冬季运行模式下，混合前池的分隔闸门提升而使得取水区和排水区连通，同时，取水闸门和排水闸门全部关闭，被RRI/SEC换热器加热后的冷却水通过回水管线流入到混合前池后，自排水区进入取水区而与取水区内的低温水混合，再被SEC泵抽入并送至RRI/SEC换热器进行换热。

6.根据权利要求5所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：在冬季运行模式下，当蒸发使得混合前池的液位低于安全水位时，则打开取水闸门为混合前池补水。

7.根据权利要求6所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述两种运行模式的切换是以最终热阱的冷却水温度作为条件，分隔闸门、取水闸门和排水闸门的开关以及混合前池的补水均为自动控制，同时在主控室内设有手动操作系统。

8.根据权利要求2所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述混合前池设于SEC泵上游的取水管线与取水通道之间，取水通道的出口和取水管线的入口分别与混合前池的取水区连通。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述混合前池和回水管线为抗震I类构筑物。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的核电站重要厂用水系统，其特征在于：所述回水管线通过回水廊道敷设在冻土层以下。