CN111174191B - 一种反应堆启停系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钠冷反应堆的启停系统及方法，其系统的每路汽水管网的输入端均连接至多台蒸汽发生器，输出端均连接至扩容器，每路汽水管网上设置有并联的降压调节阀组和蒸汽减压阀组，扩容器分别与高压辅助蒸汽联箱、凝汽器和除氧器连接；降压调节阀组用于在启停的水工况时开启，使蒸汽发生器输出的热水经过降压调节阀组排入扩容器；扩容器将水和蒸汽分离，蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，水排入凝汽器或除氧器；蒸汽减压阀组用于在启停过程中的汽工况时开启，使蒸汽发生器输出的蒸汽排入扩容器扩容后排入高压辅助蒸汽联箱。本发明能维持反应堆启停过程中水/汽工况下的压力，以及流量变化的要求，很好的适用于大机组的反应堆。

Description

一种反应堆启停系统及方法
技术领域
本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆启停系统，以及一种反应堆启停方法。
背景技术
利用快中子轰击235U和239Pu建立的反应堆能够实现增殖比大于1，即产生的核燃料多于消耗的核燃料，这种反应堆称为“快中子反应堆”。钠冷快堆是以液态钠作为冷却剂的快中子反应堆,是第四代反应堆中相对发展最成熟、运行经验最丰富的反应堆堆型。钠冷快堆的主要热传输系统采用钠-钠-水三回路设计形式。与压水堆核电站不同，快堆采用直流式蒸汽发生器，需设置启动和停堆冷却系统(以下简称启停系统)来保证机组正常的启动和停堆。启停系统位于钠-水换热第三回路侧，其主要作用是在反应堆启动和计划停堆过程中，接受、回收蒸发器的工质和热量，满足水/汽工况之间的转换和传输热量的需求，为辅助蒸汽提供部分汽源；同时承担部分暖管功能。
但目前的启停系统，一般只应用于机组发电功率较小、结构较为简单的核反应堆。而对于包含多组蒸汽发生器的纳冷反应堆，如何实现故障模块隔绝，维持水/汽工况下的压力，以及启动过程中流量变化的要求，尚未有成熟的方案，因此亟待设计一种能够适用于大机组、大功率的反应堆堆型的启停系统。
发明内容
为了至少部分解决现有技术中存在的上述技术问题而完成了本发明。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种反应堆启停系统，包括：扩容器、高压辅助蒸汽联箱、凝汽器、除氧器和至少一路汽水管网，每路汽水管网的输入端均连接至多台蒸汽发生器、输出端均连接至扩容器，扩容器分别与辅助蒸汽联箱、凝汽器和除氧器连接；
每路汽水管网上设置有并联的降压调节阀组和蒸汽减压阀组；
其中，降压调节阀组用于在反应堆启动和停堆过程中的水工况时开启，以使蒸汽发生器输出的热水经过降压调节阀组排入扩容器；扩容器用于对热水进行扩容，以将热水中的水和蒸汽分离，并将分离出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将分离出的水排入凝汽器或除氧器；
蒸汽减压阀组用于在反应堆启动和停堆过程中的汽工况时开启，以使蒸汽发生器输出的蒸汽经过蒸汽减压阀组排入扩容器；扩容器还用于对蒸汽进行扩容后排入高压辅助蒸汽联箱。
进一步的，在扩容器输出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱前，若所述蒸汽超过第一预设值，扩容器还用于将所述蒸汽分成第一部分和第二部分，其中第一部分少于所述第一预设值，并将第一部分蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将第二部分蒸汽排入凝汽器。
进一步的，每路汽水管网包括：至少一条支路母管、第一管路和第二管路，其中每条支路母管包括母管和并联的多个支管，每条支路母管的各个支管的输入端分别连接至一台蒸汽发生器、输出端均连接至所在支路母管的母管输入端，每条支路母管的母管输出端均连接至第一管路和第二管路的输入端，而第一管路和第二管路的输出端连接至扩容器；降压调节阀组设置在第一管路上；蒸汽减压阀组设置在第二管路上。
进一步的，每路汽水管网还包括：单环路母管；单环路母管的输入端连接至所有支路母管的母管输出端，单环路母管的输出端连接至第一管路和第二管路的输入端。
进一步的，每路汽水管网包括两条支路母管，每条支路母管包括四个支管，且每路汽水管网对应的八台蒸汽发生器对称布置。
进一步的，每条支路母管的各个支管上分别设有隔离阀。
进一步的，所述启停系统还包括：分别接入每路汽水管网的至少一台主蒸汽联箱；每路汽水管网还包括：第三管路，且第三管路的输入端连接至所在汽水管网的单环路母管，输出端连接至一台主蒸汽联箱；
第三管路上设置有第二阀门，其用于在汽工况时，若与所在汽水管网连接的多台蒸汽发生器输出的蒸汽超过第二预设值时开启，以使超过第二预设值的那部分蒸汽经过第三管路排入主蒸汽联箱。
一种如上所述的反应堆启停系统的启停方法，包括：
在反应堆启动和停堆过程中，在水工况时将蒸汽发生器输出的热水经过降压调节阀组排入扩容器，由扩容器将热水中的水和蒸汽分离，并将分离出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将分离出的水排入凝汽器或除氧器；以及，
在汽工况时将蒸汽发生器输出的蒸汽经过蒸汽减压阀组排入扩容器，由扩容器将蒸汽扩容后排入高压辅助蒸汽联箱。
进一步的，所述启停方法还包括：在扩容器输出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱前，若所述蒸汽超过第一预设值，则将所述蒸汽分成第一部分和第二部分，其中第一部分少于所述第一预设值，并将第一部分蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将第二部分蒸汽排入凝汽器。
进一步的，所述启停系统还包括分别接入每路汽水管网的至少一台主蒸汽联箱，所述启停方法还包括：
在汽工况时，若与所在汽水管网连接的多台蒸汽发生器输出的蒸汽超过第二预设值，则将超过第二预设值的那部分蒸汽排入主蒸汽联箱。
有益效果：
本发明所述的反应堆的启停系统及方法，通过汽水管网管理多台蒸汽发生器，并且设置支路母管多个并联的支路端连接到各台蒸汽发生器，统一由扩容器对蒸汽发生器在水工况的热水和汽工况下的蒸汽进行处理。同时通过采取对称的系统布置设计，能适用于采用多组直流式蒸汽发生器的钠冷反应堆堆型；通过快速隔离阀隔离蒸汽发生器模块功能，可以在某蒸汽发生器模块发生泄漏或所在钠环路设备故障，接到信号后，所在模块启停管线上的快速隔离阀能快速关闭，以免钠水事故扩大；而且每条环路扩容器入口的热水管道上装设有降压调节阀组，水工况时热水通过降压调节阀组进入扩容器。降压调节阀组能自动将蒸汽发生器出口介质运行压力降低到所需的压力，以满足扩容器的要求，维持阀前蒸汽发生器出口压力，并适应启动过程中流量变化的要求；每条环路扩容器入口的蒸汽管道上装设有蒸汽减压阀组，能自动将蒸汽发生器产生的蒸汽压力降低到所需的压力，以满足扩容器对入口介质压力的要求，维持阀后压力；维持水/汽工况下的压力，满足启动过程中流量变化的要求。
附图说明
图1本发明实施例提供的一种反应堆的启停系统的结构示意图；
图2本发明实施例提供的一种反应堆的启停方法的流程示意图；
其中，1-蒸发器，2-过热器，3-隔离阀，4-电动闸阀，5-支路母管，6-单环路母管，7-降压调节阀组，8-蒸汽减压阀组，9-扩容器，10-高压辅助蒸汽联箱，11-凝汽器，12-废水坑，13-除氧器，14-第二阀门，15-主蒸汽联箱，16-主给水系统，17-主蒸汽系统，18-联络阀组，19-第一管路，20-第二管路，21-第三管路，30-蒸汽发生器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
其中，在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚的表示其他含义。
如图1所示，本发明实施例提供一种反应堆的启停系统，包括：扩容器9、高压辅助蒸汽联箱10、凝汽器11、除氧器13和至少一路汽水管网，每路汽水管网的输入端均连接至多台蒸汽发生器30、输出端均连接至扩容器9，扩容器9分别与高压辅助蒸汽联箱10、凝汽器11和除氧器13连接；
每路汽水管网上设置有并联的降压调节阀组7和蒸汽减压阀组8；
其中，降压调节阀组7用于在反应堆启动和停堆过程中的水工况时开启，以使蒸汽发生器30输出的热水经过降压调节阀组7排入扩容器9；扩容器9用于对热水进行扩容，以将热水中的水和蒸汽分离，并将分离出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱10，将分离出的水排入凝汽器11或除氧器13；
蒸汽减压阀组8用于在反应堆启动和停堆过程中的汽工况时开启，以使蒸汽发生器30输出的蒸汽经过蒸汽减压阀组8排入扩容器9；扩容器9还用于对蒸汽进行扩容后排入高压辅助蒸汽联箱10。
对于大机组、大功率的反应堆堆型，一般采用适用于多组直流式蒸汽发生器的钠冷反应堆的启停系统，本实施例将多台蒸汽发生器30通过汽水管网各分支端连接到扩容器9，在各台蒸汽发生器30和汽水管网之间还具有第一电动闸阀4，以根据反应堆进行启停时将蒸汽发生器30的水和蒸汽接入启动系统，反应堆正常运行时隔断蒸汽发生器30的水和蒸汽。蒸汽发生器30包括蒸发器1和过热器2；蒸发器1是一个热交换设备，它将核电厂一回路冷却剂的热量传给二回路介质，使之产生一定压力，一定温度和一定干度的蒸汽；过热器2将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度；在蒸发器1和过热器2之间还具有联络阀组18。在核电厂机组启动过程中，蒸发器1经历水工况、水汽转化工况、汽工况过程，过热器2投入使用；在核电厂机组停堆过程中，蒸发器1出口蒸汽温度降低，进行汽/水工况转换，并切除过热器2。
进一步的，在扩容器9输出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱10前，若所述蒸汽超过第一预设值，扩容器9还用于将所述蒸汽分成第一部分和第二部分，其中第一部分少于所述第一预设值，并将第一部分蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱10，将第二部分蒸汽排入凝汽器11。
在反应堆启动和停堆过程中的汽工况时，所述多余的蒸汽经第二阀门14排入主蒸汽联箱15，再通过旁路系统排入凝汽器11。
进一步的，每路汽水管网包括：至少一条支路母管5、第一管路19和第二管路20，其中每条支路母管5包括母管和并联的多个支管，每条支路母管5的各个支管的输入端分别连接至一台蒸汽发生器30、输出端均连接至所在支路母管5的母管输入端，每条支路母管5的母管输出端均连接至第一管路19和第二管路20的输入端，而第一管路19和第二管路20的输出端连接至扩容器9；降压调节阀组7设置在第一管路19上；蒸汽减压阀组8设置在第二管路20上。
在反应堆启动和计划停堆过程中的水工况时，经蒸发器1加热的给水，经支路母管5、第一管路19、降压调节阀组7进入扩容器9，扩容后其蒸汽去往高压辅助蒸汽联箱10，疏放水排入凝汽器11或除氧器13；水质不合格时，疏放水经排入废水坑12。
在反应堆启动和计划停堆过程中的汽工况时，从蒸发器1排出的蒸汽，一部分经支路母管5、第二管路20、蒸汽减压阀组8进入扩容器9，扩容后其蒸汽去往高压辅助蒸汽联箱10；多余部分蒸汽通过旁路系统排入凝汽器11。
在机组启动过程中，随着堆功率和给水流量提高，蒸发器1经历水工况、水汽转化工况、汽工况。当堆功率提升某一值时，蒸发器1出口蒸汽温度满足蒸汽过热度要求，打开联络阀组18，关闭第一电动闸阀4，投入过热器2，接入主蒸汽系统17，启停系统完成机组启动。
在机组停堆过程中，降低堆功率到某一值，当蒸发器1出口汽温降低到设定温度时，关闭联络阀组18，切除过热器2，打开第一电动闸阀4，启停系统投入；堆功继续降低功率，蒸发器1出口蒸汽温度降低，进行汽/水工况转换。提高给水泵转速，使蒸发器1出口处介质的压力升高，调节主给水系统16流量使从蒸发器1出口工质由微过热蒸汽变为未饱和水，之后继续降功率直至零，主给水系统16流量降至最小给水流量后维持不变，启停系统完成计划停堆冷却任务。
进一步的，每路汽水管网还包括：单环路母管6；单环路母管6的输入端连接至所有支路母管5的母管输出端，单环路母管6的输出端连接至第一管路19和第二管路20的输入端。
单环路母管6连接到一路汽水管网的每一个支路母管5的母管输出端，更便于将多个支路母管5的母管输出端与第一管路19和第二管路20连接。
进一步的，每路汽水管网包括两条支路母管5，每条支路母管5包括四个支管，且每路汽水管网对应的八台蒸汽发生器对称布置。
优选的，汽水管网为2路，单环路母管6的数量为2套，单环路母管6各对应8台蒸汽发生器30，启停系统将16台蒸汽发生器30分成两路汽水管网，每路对应8组蒸汽发生器30。启停系统管道从每个蒸发器1出口接出，每4条支管汇总成支路母管5，两条支路母管5汇总接入单环路母管6，分别接入扩容器9，所述启停系统两个环路16台蒸汽发生器30对称布置。当然蒸汽发生器30的数量也可以为其他数量，通过改变支路母管的支路端数量，每个单环路母管6对应的支路母管5，以及汽水管网的数量，可以灵活的对应不同的核电厂的蒸汽发生器的数量。
进一步的，每条支路母管5的各个支管上分别设有隔离阀3。
每台蒸汽发生器30都设置有独立的隔离阀3和第一电动闸阀4，第一电动闸阀4在机组启动或停堆过程中由系统自动控制开启或关闭。隔离阀3具有隔离蒸发器1设备模块功能，当某蒸发器1模块发生泄漏或所在钠环路设备故障，接到信号后，所在模块管线上的隔离阀3能够在3秒内快速关闭，以免钠水事故扩大。
进一步的，所述启停系统还包括：分别接入每路汽水管网的至少一台主蒸汽联箱15；每路汽水管网还包括：第三管路21，且第三管路21的输入端连接至所在汽水管网的单环路母管6，输出端连接至一台主蒸汽联箱15；
第三管路21上设置有第二阀门14，其用于在汽工况时，若与所在汽水管网连接的多台蒸汽发生器30输出的蒸汽超过第二预设值时开启，以使超过第二预设值的那部分蒸汽经过第三管路21排入主蒸汽联箱15。
在反应堆启动和停堆过程中的汽工况时，多余的蒸汽经第二阀门14排入主蒸汽联箱15，再通过旁路系统排入凝汽器11。
排入凝汽器11的蒸汽经冷却成凝结水，凝结水由凝结水泵经低压加热器加热后送入除氧器13中除氧，再由结水泵经高压加热器加热后送入蒸汽发生器30中重复使用。
本实施例的钠冷反应堆的启停系统，每条环路扩容器9入口的热水管道上，即第一管路19上装设有降压调节阀组7，水工况时热水通过降压调节阀组7进入扩容器9。降压调节阀组7能自动将蒸发器1出口介质运行压力降低到所需的压力，以满足扩容器9的要求，维持阀前蒸发器1出口压力，并适应启动过程中流量变化的要求。并且每条环路扩容器9入口的蒸汽管道上，即第二管路20装设有蒸汽减压阀组8，蒸汽减压阀组8能自动将蒸发器1产生的蒸汽压力降低到所需的压力，以满足扩容器9对入口介质压力的要求，维持阀后压力。
根据本发明的另一方面，本发明还提供一种如上所述的反应堆启停系统的启停方法，包括：
步骤S101：在反应堆启动和停堆过程中，在水工况时将蒸汽发生器输出的热水经过降压调节阀组排入扩容器，由扩容器将热水中的水和蒸汽分离，并将分离出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将分离出的水排入凝汽器或除氧器；以及，
步骤S102：在汽工况时将蒸汽发生器输出的蒸汽经过蒸汽减压阀组排入扩容器，由扩容器将蒸汽扩容后排入高压辅助蒸汽联箱。
进一步的，所述启停方法还包括：在扩容器输出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱前，若所述蒸汽超过第一预设值，则将所述蒸汽分成第一部分和第二部分，其中第一部分少于所述第一预设值，并将第一部分蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将第二部分蒸汽排入凝汽器。
进一步的，所述启停系统还包括分别接入每路汽水管网的至少一台主蒸汽联箱，所述启停方法还包括：
在汽工况时，若与所在汽水管网连接的多台蒸汽发生器输出的蒸汽超过第二预设值，则将超过第二预设值的那部分蒸汽排入主蒸汽联箱。
对于本方法实施例而言，由于其与系统实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种反应堆启停系统，其特征在于，包括：扩容器、高压辅助蒸汽联箱、凝汽器、除氧器和至少一路汽水管网，每路汽水管网的输入端均连接至多台蒸汽发生器、输出端均连接至扩容器，扩容器分别与高压辅助蒸汽联箱、凝汽器和除氧器连接；
每台蒸汽发生器都设置有独立的隔离阀和第一电动闸阀；
所述隔离阀用于在蒸汽发生器发生泄漏或所在环路设备故障时，在预设时间内关闭以断开所在环路，所述第一电动闸阀用于在反应堆进行启停时将蒸汽发生器的水和蒸汽接入启动系统，在反应堆正常运行时隔断蒸汽发生器的水和蒸汽；
每路汽水管网上设置有并联的降压调节阀组和蒸汽减压阀组；
其中，降压调节阀组用于在反应堆启动和停堆过程中的水工况时开启，以使蒸汽发生器输出的热水经过降压调节阀组排入扩容器；扩容器用于对热水进行扩容，以将热水中的水和蒸汽分离，并将分离出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将分离出的水排入凝汽器或除氧器；
蒸汽减压阀组用于在反应堆启动和停堆过程中的汽工况时开启，以使蒸汽发生器输出的蒸汽经过蒸汽减压阀组排入扩容器；扩容器还用于对蒸汽进行扩容后排入高压辅助蒸汽联箱。
2.根据权利要求1所述的启停系统，其特征在于，在扩容器输出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱前，若所述蒸汽超过第一预设值，扩容器还用于将所述蒸汽分成第一部分和第二部分，其中第一部分少于所述第一预设值，并将第一部分蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将第二部分蒸汽排入凝汽器。
3.根据权利要求1所述的启停系统，其特征在于，每路汽水管网包括：至少一条支路母管、第一管路和第二管路，其中每条支路母管包括母管和并联的多个支管，每条支路母管的各个支管的输入端分别连接至一台蒸汽发生器、输出端均连接至所在支路母管的母管输入端，每条支路母管的母管输出端均连接至第一管路和第二管路的输入端，而第一管路和第二管路的输出端连接至扩容器；降压调节阀组设置在第一管路上；蒸汽减压阀组设置在第二管路上。
4.根据权利要求3所述的启停系统，其特征在于，每路汽水管网还包括：单环路母管；单环路母管的输入端连接至所有支路母管的母管输出端，单环路母管的输出端连接至第一管路和第二管路的输入端。
5.根据权利要求3所述的启停系统，其特征在于，每路汽水管网包括两条支路母管，每条支路母管包括四个支管，且每路汽水管网对应的八台蒸汽发生器对称布置。
6.如权利要求4所述的启停系统，其特征在于，所述启停系统还包括：分别接入每路汽水管网的至少一台主蒸汽联箱；每路汽水管网还包括：第三管路，且第三管路的输入端连接至所在汽水管网的单环路母管，输出端连接至一台主蒸汽联箱；
第三管路上设置有第二阀门，其用于在汽工况时，若与所在汽水管网连接的多台蒸汽发生器输出的蒸汽超过第二预设值时开启，以使超过第二预设值的那部分蒸汽经过第三管路排入主蒸汽联箱。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的反应堆启停系统的启停方法，其特征在于，包括：
每台蒸汽发生器都设置有独立的隔离阀和第一电动闸阀；
在蒸汽发生器发生泄漏或隔离阀所在环路设备故障时，在预设时间内将所述隔离阀关闭以断开所在环路；
在反应堆进行启停时通过第一电动闸阀将蒸汽发生器的水和蒸汽接入启动系统，在反应堆正常运行时通过第一电动闸阀隔断蒸汽发生器的水和蒸汽；
在反应堆启动和停堆过程中，在水工况时将蒸汽发生器输出的热水经过降压调节阀组排入扩容器，由扩容器将热水中的水和蒸汽分离，并将分离出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将分离出的水排入凝汽器或除氧器；以及，
在汽工况时将蒸汽发生器输出的蒸汽经过蒸汽减压阀组排入扩容器，由扩容器将蒸汽扩容后排入高压辅助蒸汽联箱。
8.如权利要求7所述的启停方法，其特征在于，还包括：在扩容器输出的蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱前，若所述蒸汽超过第一预设值，则将所述蒸汽分成第一部分和第二部分，其中第一部分少于所述第一预设值，并将第一部分蒸汽排入高压辅助蒸汽联箱，将第二部分蒸汽排入凝汽器。
9.如权利要求7所述的启停方法，其特征在于，所述启停系统还包括分别接入每路汽水管网的至少一台主蒸汽联箱，所述启停方法还包括：
在汽工况时，若与所在汽水管网连接的多台蒸汽发生器输出的蒸汽超过第二预设值，则将超过第二预设值的那部分蒸汽排入主蒸汽联箱。
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