CN104299666A - 一种超微流量的高压氢气精确注气系统及注气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超微流量的高压氢气精确注气系统和注气方法。其目的是提供一种超微流量的高压氢气精确注气系统，能实现超微流量的高压氢气精确加注。包括：氢气入口、氢气出口、系统管路部分和电气控制部分，系统管路部分包括上游主管道、高流量路径、低流量路径和下游主管道；高流量路径依次设有针形截止阀、高流量多孔限流器、高流量控制器、针形截止阀，高流量控制器通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统；低流量路径依次设有针形截止阀、低流量多孔限流器、低流量控制器、针形截止阀，低流量控制器通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统；高流量路径和低流量路径连接下游主管路；电气控制部分接入防爆接线盒中，再接入电厂控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于AP1000及CAP1400核反应堆的超微流量的高压氢气精确注气系统及注气方法。
背景技术
AP1000是美国西屋公司设计开发的双环路1000MW级压水堆核电技术。AP1000在传统压水堆核电技术的基础上，采用“非能动”的安全系统，使其安全性、经济性有了显著提高。CAP1400型压水堆核电机组是我国在消化、吸收、全面掌握AP1000非能动技术的基础上，通过再创新开发出的具有自主知识产权、功率更大的非能动大型先进压水堆核电机组。
核反应堆具有一套冷却剂系统(RCS)，对反应堆的安全性起到了重要作用。冷却剂中溶解的氧含量越多，其对一回路管道内表面腐蚀性越大，因此核反应堆通过化学及容积控制系统(CVS)控制冷却剂中的溶解氧。在AP1000及CAP1400核电技术中，CVS取消了传统的化学与容积控制箱，采用了高压加氢技术，即在运行时向RCS注入高压气态氢，化合水在堆芯区辐射分解所生成的氧，使其平衡浓度趋于零，以及在每次停堆后使氧浓度降低到启动前的水平。
反应堆首次启动或每次重启时，由于氧浓度较高，需要快速注入较大量的氢气，而反应堆运行平稳后，随着溶解氧和氢的化合，系统只需要持续补充注入微量的氢气，因此需要一套可以在不同工况下精确控制流量的CVS超微流量的高压氢气精确注气系统(简称“CVS注氢包”)。CVS注氢包的工作工况包括高流量(批次)加注和低流量(连续)加注两种，其工况由控制室(MCR)的主设备操作工监视、选择，并进行调整。
CVS注氢包的主要技术难点在于:1)高压超微流量下的精准流量控制方案及技术；2)实现本质安全的超微流量限流技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于AP1000及CAP1400核反应堆的超微流量的高压氢气精确注气系统，可以实现超微流量的高压氢气精确加注。
本发明的另一目的是提供一种使用上述注气系统的注气方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种超微流量的高压氢气精确注气系统，包括：氢气入口、氢气出口、系统管路部分和电气控制部分，所述系统管路部分包括上游主管道、高流量路径、低流量路径和下游主管道；所述高流量路径依次设有针形截止阀、高流量多孔限流器、高流量控制器、针形截止阀，所述高流量控制器通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)；所述低流量路径依次设有针形截止阀、低流量多孔限流器、低流量控制器、针形截止阀，所述低流量控制器通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)；所述高流量路径和低流量路径连接下游主管路；所述电气控制部分包括压力传感器、流量计、流量控制器、各控制阀的信号及电源接线，所述电气控制部分接入防爆接线盒中，再接入电厂控制系统(PLS)。
其中，所述注气系统的设计压力为21.4MPa，控制流量精度为1％。
优选地，本发明注气系统还包括至少两套备用路径，其中一套为与所述高流量路径结构相同的高流量备用路径，另一套为与所述低流量路径结构相同的低流量备用路径，所述高流量备用路径和低流量备用路径分别通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)。通过备用路径的设计，可在主路出现问题时，开启备用路径，保证AP1000核反应堆在系统主路维护或故障时仍能保持正常工作。
其中，所述注气系统安设在一个四面镂空的箱架结构中，以增加本发明注气系统的通风。所述箱架结构的结构强度能够承受住在其重心同时施压水平方向2g和垂直方向4.5g的静态等效负荷的抗震要求，在应对重大自然灾害能力时该系统表现更为优异。本发明注气系统的安装方式为壁挂式或落地式。当然，本发明也可以根据安装环境来确定是否需要在箱架结构的四壁增加挡板等。例如安装在室外时，本发明注气系统的四壁可增加挡板，两侧设置百叶用于通风，并在顶部加设防水遮雨结构等。
进一步地，所述注气系统设有氢气泄漏探头，用于泄露氢气的探测。
一种超微流量的高压氢气精确注气方法，该方法包括以下步骤：
(1)对高压氢气储气罐中的氢气进行减压；
(2)经减压的氢气进入高流量路径或/和低流量路径中进行流量控制；
(3)所述经流量控制后的氢气输出进入下游的主管路。
其中：步骤(2)中的所述的流量控制为：
高流量路径：经减压的氢气从氢气入口进入上游主管路，经针形截止阀后，再经高流量多孔限流器限流，然后进入高流量控制器，所述高流量控制器通过电缆与变送器连接，所述高流量控制器与连接的变送器接入电厂控制系统，所述高流量控制器根据电厂控制系统发出的流量指令，经氢气出口输出经流量控制后的氢气。
低流量路径：经减压的氢气从氢气入口进入上游主管路，经针形截止阀后，再经低流量多孔限流器限流，然后进入低流量控制器，所述低流量控制器通过电缆与变送器连接，所述低流量控制器与连接的变送器接入电厂控制系统，所述低流量控制器根据电厂控制系统发出的流量指令，经氢气出口输出经流量控制后的氢气。
进一步地，所述流量控制还包括至少两套备用路径，其中一套为与所述高流量路径结构相同的高流量备用路径，另一套为与所述低流量路径结构相同的低流量备用路径，所述高流量备用路径和低流量备用路径分别通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统，当所述高流量路径或低流量路径发生故障时，通过所述高流量备用路径或低流量备用路径替代对应路径进行注气工作。
其中，所述高流量控制器和低流量控制器分别根据工作期间采集到的实时流量信号与上位控制系统输入理想工况对比，通过控制管道中的比例电磁阀的开度来保障现实工作工况与理想工况高度拟合，精度可达到0.5％；所述高流量多孔限流器和低流量多孔限流器均采用多通道及内部盘曲管道增加流阻，来限制气体流量，在断电及管线上流量控制器异常的情况下，保证管线上的流量不超过多孔限流器限定的流量。本发明由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供的超微流量的高压氢气精确注气系统，由于设计成高流量路径和低流量路径两路管路，使其与现有的核电注氢管道系统相比，压力等级更高(设计压力21.4MPa)，安全措施更完善且控制流量更精确(流量精度1％)。使用本发明超微流量的高压氢气精确注气方法除具有上述优点之外，还可以根据反应堆化学反应时对氢气添加量的要求，切换注氢模式，自动调整注氢流量。
附图说明
通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：
图1为本发明超微流量的高压氢气精确注气系统的一个较优实施例的装配结构示意图；
图2为本发明超微流量的高压氢气精确注气方法的工艺流程图；
图3为本发明超微流量的高压氢气精确注气方法只采用高流量路径的工作模式的工艺流程示意图；
图4为本发明超微流量的高压氢气精确注气方法只采用低流量路径的工作模式的工艺流程示意图；
图5为本发明超微流量的高压氢气精确注气方法同时采用高流量路径和低流量路径工作模式的工艺流程示意图。
具体实施方式
一种超微流量的高压氢气精确注气系统，参考图1和图2，包括：氢气入口1、氢气出口7、系统管路部分和电气控制部分。
系统管路部分包括上游主管道、高流量路径、低流量路径、高流量备用路径、低流量备用路径和下游主管道，共四条路径，均连接下游主管路。高流量路径依次设有针形截止阀2、高流量多孔限流器3、高流量控制器5、针形截止阀2，低流量路径依次设有针形截止阀2、低流量多孔限流器8、低流量控制器9、针形截止阀2，高流量备用路径和低流量备用路径分别与高流量路径和低流量路径的结构相同。其中，高流量控制器5和低流量控制器9分别通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)。下游主管道上还设有压力传感器6，优选为数显压力变送器，既可以现场显示压力数值又可以通过接入电厂控制系统(PLS)远程监控管路压力情况。上游主管道和下游主管道上分别设有针形截止阀2。进一步地，本发明注气系统还设有氢气泄漏探头4，氢气泄漏探头4用于泄露氢气的探测，当探测到系统发生氢气泄漏时可实时报警。
电气控制部分设于系统管路部分的下方，包括压力传感器、流量计、流量控制器、各控制阀的信号及电源接线，均接入防爆接线盒中，再接入电厂控制系统(PLS)。本实施例注气系统安设在一个四面镂空的箱架结构中，箱架结构的结构强度能够承受住在其重心同时施压水平方向2g和垂直方向4.5g的静态等效负荷的抗震要求，在应对重大自然灾害能力时该系统表现更为优异，安装方式可以为壁挂式或落地式。
具体实施时，包括以下步骤：(1)对高压氢气储气罐中的氢气进行减压；(2)经减压的氢气进入高流量路径或/和低流量路径中进行流量控制；(3)所述经流量控制后的氢气输出进入下游的主管路。
其中：步骤(2)中的所述的流量控制为：
高流量路径：经减压的氢气从氢气入口1进入上游主管路，经针形截止阀2后，再经高流量多孔限流器3限流，然后进入高流量控制器5，高流量控制器5通过电缆与变送器连接，高流量控制器5与连接的变送器接入电厂控制系统，高流量控制器5根据电厂控制系统发出的流量指令，经氢气出口7输出经流量控制后的氢气。
低流量路径：经减压的氢气从氢气入口1进入上游主管路，经针形截止阀2后，再经低流量多孔限流器8限流，然后进入低流量控制器9，低流量控制器9通过电缆与变送器连接，低流量控制器9与连接的变送器接入电厂控制系统，低流量控制器9根据电厂控制系统发出的流量指令，经氢气出口7输出经流量控制后的氢气。
当高流量路径或低流量路径发生故障时，通过高流量备用路径或低流量备用路径替代对应路径进行注气工作。
其中，所述高流量控制器和低流量控制器分别根据工作期间采集到的实时流量信号与上位控制系统输入理想工况对比，通过控制管道中的比例电磁阀的开度来保障现实工作工况与理想工况高度拟合，精度可达到0.5％；所述高流量多孔限流器和低流量多孔限流器均采用多通道及内部盘曲管道增加流阻，来限制气体流量，在断电及管线上流量控制器异常的情况下，保证管线上的流量不超过多孔限流器限定的流量。
根据用户需求，氢气加注过程可以在站控操作界面上选择采用只开启高流量路径(如图3所示)、只开启低流量路径(如图4所示)、同时开启高流量路径和低流量路径(如图5所示)三种模式中任意一种模式进行。
只采用高流量路径的工作模式的使用工况为：反应堆首次启动或每次重启时，由于氧浓度较高，需要快速注入较大量的氢气，所以采用本模式进行氢气大批量加注。
只采用低流量路径的工作模式的使用工况为：反应堆运行平稳后，随着溶解氧和氢的化合，系统只需要持续补充注入微量的氢气，所以使用本模式进行超微流量控制模式开启，并对反应堆实行持续加注；
同时采用高流量路径和低流量路径工作模式的使用工况为：反应堆含氧量若超出理论范围或特殊情况(需紧急大量供氢时)，可同时开启两组供气管路，对反应堆进行大流量供气。
Claims (10)
1.一种超微流量的高压氢气精确注气系统，包括：氢气入口、氢气出口、系统管路部分和电气控制部分，其特征在于：
所述系统管路部分包括上游主管道、高流量路径、低流量路径和下游主管道；
所述高流量路径依次设有针形截止阀、高流量多孔限流器、高流量控制器、针形截止阀，所述高流量控制器通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)；
所述低流量路径依次设有针形截止阀、低流量多孔限流器、低流量控制器、针形截止阀，所述低流量控制器通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)；
所述高流量路径和低流量路径连接下游主管路；
所述电气控制部分包括压力传感器、流量计、流量控制器、各控制阀的信号及电源接线，所述电气控制部分接入防爆接线盒中，再接入电厂控制系统(PLS)。
2.如权利要求1所述的注气系统，其特征在于：所述注气系统的设计压力为21.4MPa，控制流量精度为1％。
3.如权利要求1所述的注气系统，其特征在于：还包括至少两套备用路径，其中一套为与所述高流量路径结构相同的高流量备用路径，另一套为与所述低流量路径结构相同的低流量备用路径，所述高流量备用路径和低流量备用路径分别通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统(PLS)。
4.如权利要求1所述的注气系统，其特征在于：所述注气系统安设在一个四面镂空的箱架结构中，所述箱架结构的结构强度能够承受住在其重心同时施压水平方向2g和垂直方向4.5g的静态等效负荷的抗震要求。
5.如权利要求1或4所述的注气系统，其特征在于：所述注气系统设有氢气泄漏探头，用于泄露氢气的探测。
6.一种超微流量的高压氢气精确注气方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)对高压氢气储气罐中的氢气进行减压；
(2)经减压的氢气进入高流量路径或/和低流量路径中进行流量控制；
(3)所述经流量控制后的氢气输出进入下游的主管路；
其中：步骤(2)中的所述的流量控制为：
高流量路径：经减压的氢气从氢气入口进入上游主管路，经针形截止阀后，再经高流量多孔限流器限流，然后进入高流量控制器，所述高流量控制器通过电缆与变送器连接，所述高流量控制器与连接的变送器接入电厂控制系统，所述高流量控制器根据电厂控制系统发出的流量指令，经氢气出口输出经流量控制后的氢气；
低流量路径：经减压的氢气从氢气入口进入上游主管路，经针形截止阀后，再经低流量多孔限流器限流，然后进入低流量控制器，所述低流量控制器通过电缆与变送器连接，所述低流量控制器与连接的变送器接入电厂控制系统，所述低流量控制器根据电厂控制系统发出的流量指令，经氢气出口输出经流量控制后的氢气。
7.如权利要求6所述的注气方法，其特征在于：所述流量控制还包括至少两套备用路径，其中一套为与所述高流量路径结构相同的高流量备用路径，另一套为与所述低流量路径结构相同的低流量备用路径，所述高流量备用路径和低流量备用路径分别通过电缆与变送器连接后接入电厂控制系统，当所述高流量路径或低流量路径发生故障时，通过所述高流量备用路径或低流量备用路径替代对应路径进行注气工作。
8.如权利要求6所述的注气方法，其特征在于：根据用户需求，可以在站控操作界面上选择采用只开启高流量路径、只开启低流量路径、同时开启高流量路径和低流量路径三种模式中任意一种模式进行。
9.如权利要求6所述的注气方法，其特征在于：所述高流量控制器和低流量控制器分别根据工作期间采集到的实时流量信号与上位控制系统输入理想工况对比，通过控制管道中的比例电磁阀的开度来保障现实工作工况与理想工况高度拟合。
10.如权利要求6所述的注气方法，其特征在于：所述高流量多孔限流器和低流量多孔限流器均采用多通道及内部盘曲管道增加流阻，来限制气体流量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150121 |