CN111768883A - 一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法 - Google Patents

一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法，包括混凝土舱室结构体、压力容器、蒸汽发生器、第一进风管、压力容器舱室热风机装置、压力容器舱室回风管、第二进风管、蒸汽发生器舱室热风机装置及蒸汽发生器舱室回风管，该系统及方法能够保证在高温其冷堆核电站冷试期间维持一回路舱室内温度恒定，提升金属堆内构件温度，满足冷试试验要求。

Description

一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法
技术领域
本发明属于核电技术领域，涉及一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法。
背景技术
核电站冷试是核电站完成土建施工、设备安装和单系统调试后，对核岛关键设备性能和安装工艺质量进行的联合调试验证，目的是通过验证一回路系统的密封性和强度来评估核安全保护屏障的完整性，并获得一回路系统和设备的初始运行数据。一回路压力容器是一回路压力边界的主体，其强度和密封性能对于保证反应堆的安全运行至关重要。根据核安全法规的要求，冷试期间需进行一回路压力边界的强度和密封性能试验，一回路系统冷态役前压力试验为核电站冷试的主要试验内容。
不同于压水堆核电机组进行的一回路水压试验，高温气冷堆一回路以氦气为冷却剂，其采用气压试验的方式。根据国际标准ASME-III-I-NB-6000中规定：对于反应堆压力容器装料前所进行的系统压力试验，试验温度不应低于RTNDT+33℃，其中RTNDT是压力容器主体材料的无延性转变温度，其设计值为≤-20℃。因此，高温气冷堆一回路压力容器在冷试过程中金属堆内构件温度不应低于13℃。同时，由于氦气为小分子气体，气压试验期间需保证其泄漏率满足设计要求。为了避免环境温度对泄漏率监测计算值的影响，一回路冷试期间需尽量保证一回路压力容器内部温度恒定。基于以上原因，高温气冷堆一回路冷试期间需保证压力容器舱室环境温度恒定。
目前国内在建的200MW高温气冷堆示范工程厂址位于山东半岛东南部，一年中大气环境温度变化范围为-15℃～35℃，导致一回路压力容器舱室温度变化较大。当在外部环境较低的冬季进行一回路冷试时，反应堆内金属构件温度将远低于13℃，不符合国际标准ASME-III-I-NB-6000对压力试验的规定，严重情况下将导致金属堆内构件的脆性断裂。因此，如何通过加热一回路舱室来提升反应堆内金属构件的温度，已成为高温气冷堆核电站冷试的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法，该系统及方法能够保证高温气冷堆核电站在冷试期间维持一回路舱室内温度恒定，提升金属堆内构件温度，满足冷试试验要求。
为达到上述目的，本发明所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统包括混凝土舱室结构体、压力容器、蒸汽发生器、第一进风管、压力容器舱室热风机装置、压力容器舱室回风管、第二进风管、蒸汽发生器舱室热风机装置及蒸汽发生器舱室回风管；
混凝土舱室结构体内设置有一回路舱室，一回路舱室内分隔为反应堆舱室及蒸汽发生器舱室，其中，压力容器布置于反应堆舱室内，蒸汽发生器布置于蒸汽发生器舱室内，压力容器与蒸汽发生器之间通过热气导管相连通；
第一进风管的一端与压力容器舱室热风机装置的出口相连通，第一进风管的另一端插入到反应堆舱室内，第一进风管上设置有若干第一出风管嘴，其中，各第一出风管嘴位于反应堆舱室内且位于压力容器的下方，压力容器舱室回风管的一端与压力容器舱室热风机装置的入口相连通，压力容器舱室回风管的另一端插入于反应堆舱室内且位于压力容器的上方；
第二进风管的一端与蒸汽发生器舱室热风机装置的出口相连通，第二进风管的另一端插入于蒸汽发生器舱室内，第二进风管上设置有若干第二出风管嘴，其中，各第二出风管嘴位于蒸汽发生器舱室内且位于蒸汽发生器的下方，蒸汽发生器舱室回风管的一端与蒸汽发生器舱室热风机装置的入口相连通，蒸汽发生器舱室回风管的另一端插入于蒸汽发生器舱室内且位于蒸汽发生器的上方。
反应堆舱室的侧壁上设置有用于供压力容器舱室回风管及第一进风管穿过的压力容器人孔。
蒸汽发生器舱室的侧壁上设置有用于供第二进风管及蒸汽发生器舱室回风管穿过的蒸汽发生器人孔。
各第一出风管嘴等间距分布，各第二出风管嘴等间距分布。
压力容器人孔、蒸汽发生器人孔、蒸汽发生器的顶部及反应堆舱室的顶部均敷设隔热保温棉材料层。
压力容器舱室热风机装置及蒸汽发生器舱室热风机装置均包括热风机装置送风系统、热风机装置加热系统及热风机装置温控系统，其中，热风机装置温控系统与热风机装置加热系统的控制端相连接，热风机装置送风系统的出口与热风机装置加热系统的入口相连通；
压力容器舱室热风机装置中热风机装置送风系统的入口与蒸汽发生器舱室回风管相连通，压力容器舱室热风机装置中热风机装置加热系统的出口与第二进风管相连通；
蒸汽发生器舱室热风机装置中热风机装置送风系统的入口与压力容器舱室回风管相连通，蒸汽发生器舱室热风机装置中热风机装置加热系统的出口与第一进风管相连通。
本发明所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热方法包括以下步骤：
1)高温气冷堆冷试开始前，压力容器和蒸汽发生器处于常压状态，根据压力容器及蒸汽发生器内金属构件和一回路舱室的环境温度，计算压力容器舱室热风机装置及蒸汽发生器舱室热风机装置所需加热的总功率及总风量；
2)启动压力容器舱室热风机装置和蒸汽发生器舱室热风机装置，通过第一出风管嘴及第二出风管嘴分别向蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内吹入热风，逐步提升蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内的温度，当压力容器和蒸汽发生器内金属构件的温度满足试验要求时，通过压力容器舱室热风机装置及蒸汽发生器舱室热风机装置维持蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内的温度恒定；
3)开始进行一回路冷试期间耐压试验，向压力容器和蒸汽发生器内充入空气，将压力容器和蒸汽发生器内的压力升至最高试验压力，进行一回路泄漏率和压力容器的焊缝检测，在此过程中，实时监测压力容器和蒸汽发生器内金属构件的温度，通过动态调整压力容器舱室热风机装置和蒸汽发生器舱室热风机装置的加热功率及风量来维持压力容器和蒸汽发生器内金属构件的温度恒定；
4)一回路冷试期间耐压试验完成后，开始进行一回路冷试降压过程，即将压力容器和蒸汽发生器内的压力逐步降压至常压，在此过程中，维持压力容器和蒸汽发生器内金属构件的温度恒定，其中，当一回路冷试降压期间发生焊缝泄漏的紧急泄压异常工况时，则提高压力容器舱室热风机装置和蒸汽发生器舱室热风机装置的加热功率及风量，避免压力容器和蒸汽发生器内金属构件的温度下降，一回路冷试降压结束后，停运压力容器舱室热风机装置和蒸汽发生器舱室热风机装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统及方法在具体操作时，通过加热一回路舱室来提升反应堆内金属构件的温度，保证一回路舱室内温度恒定，解决外部环境温度较低时进行一回路冷试存在的问题，另外，本发明中配置两台热风机装置，同时加热使得一回路舱室空间温升分布均匀，升温速率较高，另外，在实际操作时，可以根据实际工程加热过程中风量和风速需求，灵活分配第一出风管嘴及第二出风管嘴的投入数量，提高加热过程的可操作性，
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为压力容器舱室热风机装置、2为压力容器、3为热气导管、4为蒸汽发生器、5为第一进风管、61为第一出风管嘴、62为第二出风管嘴、7为压力容器舱室回风管、8为蒸汽发生器舱室热风机装置、9为第二进风管、10为蒸汽发生器舱室回风管、11为压力容器人孔、12为蒸汽发生器人孔、13为热风机装置加热系统、14为热风机装置温控系统、15为混凝土舱室结构体、16为热风机装置送风系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统包括混凝土舱室结构体15、压力容器2、蒸汽发生器4、第一进风管5、压力容器舱室热风机装置1、压力容器舱室回风管7、第二进风管9、蒸汽发生器舱室热风机装置8及蒸汽发生器舱室回风管10；混凝土舱室结构体15内设置有一回路舱室，一回路舱室内分隔为反应堆舱室及蒸汽发生器舱室，其中，压力容器2布置于反应堆舱室内，蒸汽发生器4布置于蒸汽发生器舱室内，压力容器2与蒸汽发生器4之间通过热气导管3相连通；第一进风管5的一端与压力容器舱室热风机装置1的出口相连通，第一进风管5的另一端插入到反应堆舱室内，第一进风管5上设置有若干第一出风管嘴61，其中，各第一出风管嘴61位于反应堆舱室内且位于压力容器2的下方，压力容器舱室回风管7的一端与压力容器舱室热风机装置1的入口相连通，压力容器舱室回风管7的另一端插入于反应堆舱室内且位于压力容器2的上方；第二进风管9的一端与蒸汽发生器舱室热风机装置8的出口相连通，第二进风管9的另一端插入于蒸汽发生器舱室内，第二进风管9上设置有若干第二出风管嘴62，其中，各第二出风管嘴62位于蒸汽发生器舱室内且位于蒸汽发生器4的下方，蒸汽发生器舱室回风管10的一端与蒸汽发生器舱室热风机装置8的入口相连通，蒸汽发生器舱室回风管10的另一端插入于蒸汽发生器舱室内且位于蒸汽发生器4的上方，各第一出风管嘴61等间距分布，各第二出风管嘴62等间距分布。
反应堆舱室的侧壁上设置有用于供压力容器舱室回风管7及第一进风管5穿过的压力容器人孔11；蒸汽发生器舱室的侧壁上设置有用于供第二进风管9及蒸汽发生器舱室回风管10穿过的蒸汽发生器人孔12。
压力容器人孔11、蒸汽发生器人孔12、蒸汽发生器4的顶部及反应堆舱室的顶部均敷设隔热保温棉材料层。
压力容器舱室热风机装置1及蒸汽发生器舱室热风机装置8均包括热风机装置送风系统16、热风机装置加热系统13及热风机装置温控系统14，其中，热风机装置温控系统14与热风机装置加热系统13的控制端相连接，热风机装置送风系统16的出口与热风机装置加热系统13的入口相连通；压力容器舱室热风机装置1中热风机装置送风系统16的入口与压力容器舱室回风管7相连通，压力容器舱室热风机装置1中热风机装置加热系统13的出口与第一进风管5相连通；蒸汽发生器舱室热风机装置8中热风机装置送风系统16的入口与蒸汽发生器舱室回风管10相连通，蒸汽发生器舱室热风机装置8中热风机装置加热系统13的出口与第二进风管9相连通。
本发明所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热方法包括以下步骤：
1)高温气冷堆冷试开始前，压力容器2和蒸汽发生器4处于常压状态，根据压力容器2及蒸汽发生器4内金属构件和一回路舱室的环境温度，计算压力容器舱室热风机装置1及蒸汽发生器舱室热风机装置8所需加热的总功率及总风量；
2)启动压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8，通过第一出风管嘴61及第二出风管嘴62分别向蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内吹入热风，逐步提升蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内的温度，当压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件的温度满足试验要求时，通过压力容器舱室热风机装置1及蒸汽发生器舱室热风机装置8维持蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内的温度恒定；
3)开始进行一回路冷试期间耐压试验，向压力容器2和蒸汽发生器4内充入空气，将压力容器2和蒸汽发生器4内的压力升至最高试验压力，进行一回路泄漏率和压力容器2的焊缝检测，在此过程中，实时监测压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件的温度，通过动态调整压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8的加热功率及风量来维持压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件的温度恒定；
4)一回路冷试期间耐压试验完成后，开始进行一回路冷试降压过程，即将压力容器2和蒸汽发生器4内的压力逐步降压至常压，在此过程中，维持压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件的温度恒定，其中，当一回路冷试降压期间发生焊缝泄漏的紧急泄压异常工况时，则提高压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8的加热功率及风量，避免压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件的温度下降，一回路冷试降压结束后，停运压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8。
第一出风管嘴61及各第二出风管嘴62均配置有独立的堵头，在实际操作时，可根据出风口风量和风速需求来投入相应数量的第一出风管嘴61及第二出风管嘴62，其它备用第一出风管嘴61及第二出风管嘴62通过堵头堵塞。
热风机装置加热系统13可以由电热丝或石墨烯发热材料组成。
实施例一
以目前正在建设的200MW高温气冷堆示范工程为例，本发明的具体工作过程为：
1)高温气冷堆冷试开始前，压力容器2和蒸汽发生器4处于常压状态，根据压力容器2及蒸汽发生器4内金属构件和一回路舱室的环境温度，计算校核所需的压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8的加热总功率及总风量。以冷试期间一回路舱室温度为5℃为试验工况，根据高温气冷堆一回路舱室几何体尺寸以及压力容器2和蒸汽发生器4及其金属构件的主要技术参数为计算依据，计算得出：反应堆内金属构件温度满足不低于13℃要求的情况下，一回路舱室温度需维持在30℃左右，期间需输入的总有效加热功率约为300KW，考虑20％～25％的热损耗，总有效加热功率需为380～400KW，风量需求为33200～44000m3/h；
2)启动压力容器舱室热风机装置1及蒸汽发生器舱室热风机装置8，由热风机装置送风系统16将一回路舱室环境空气吹送到热风机装置加热系统13，空气通过热风机装置加热系统13中电热丝或石墨烯发热材料加热后送入第一出风管嘴61及第二出风管嘴62内，同时通过热风机装置温控系统14检测热风机装置加热系统13加热后热空气温度，并根据热风机装置加热系统13加热后风的温度调节热风机装置加热系统13的加热功率，以逐步提升一回路舱室的温度至30℃。当压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件温度满足试验要求(不低于13℃)，压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8调整至平衡状态并保持连续运行，维持一回路舱室温度恒定至30℃；
3)压力容器2和蒸汽发生器4内开始充入空气，开始一回路冷试升压试验，逐步将压力容器2和蒸汽发生器4内的压力升至最高试验压力9.0MPa，进行一回路泄漏率和压力容器2焊缝检测，该阶段需实时监测压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件的温度，通过动态调整压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8的加热功率和风量，以维持金属构件温度恒定；
4)一回路冷试期间耐压试验完成后，开始一回路冷试降压过程，压力容器2和蒸汽发生器4内的压力逐步降压至常压，试验中维持金属构件温度恒定，在此过程中，当一回路冷试期间发生焊缝不合格，泄漏率不满足标准(≤0.1％/d)等紧急泄压异常工况时，则调整压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8的加热功率和风量，避免压力容器2和蒸汽发生器4内金属构件温度快速下降，试验结束后，停运压力容器舱室热风机装置1和蒸汽发生器舱室热风机装置8。

Claims (7)

1.一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统，其特征在于，包括混凝土舱室结构体(15)、压力容器(2)、蒸汽发生器(4)、第一进风管(5)、压力容器舱室热风机装置(1)、压力容器舱室回风管(7)、第二进风管(9)、蒸汽发生器舱室热风机装置(8)及蒸汽发生器舱室回风管(10)；
混凝土舱室结构体(15)内设置有一回路舱室，一回路舱室内分隔为反应堆舱室及蒸汽发生器舱室，其中，压力容器(2)布置于反应堆舱室内，蒸汽发生器(4)布置于蒸汽发生器舱室内，压力容器(2)与蒸汽发生器(4)之间通过热气导管(3)相连通；
第一进风管(5)的一端与压力容器舱室热风机装置(1)的出口相连通，第一进风管(5)的另一端插入到反应堆舱室内，第一进风管(5)上设置有若干第一出风管嘴(61)，其中，各第一出风管嘴(61)位于反应堆舱室内且位于压力容器(2)的下方，压力容器舱室回风管(7)的一端与压力容器舱室热风机装置(1)的入口相连通，压力容器舱室回风管(7)的另一端插入于反应堆舱室内且位于压力容器(2)的上方；
第二进风管(9)的一端与蒸汽发生器舱室热风机装置(8)的出口相连通，第二进风管(9)的另一端插入于蒸汽发生器舱室内，第二进风管(9)上设置有若干第二出风管嘴(62)，其中，各第二出风管嘴(62)位于蒸汽发生器舱室内且位于蒸汽发生器(4)的下方，蒸汽发生器舱室回风管(10)的一端与蒸汽发生器舱室热风机装置(8)的入口相连通，蒸汽发生器舱室回风管(10)的另一端插入于蒸汽发生器舱室内且位于蒸汽发生器(4)的上方。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统，其特征在于，反应堆舱室的侧壁上设置有用于供压力容器舱室回风管(7)及第一进风管(5)穿过的压力容器人孔(11)。
3.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统，其特征在于，蒸汽发生器舱室的侧壁上设置有用于供第二进风管(9)及蒸汽发生器舱室回风管(10)穿过的蒸汽发生器人孔(12)。
4.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统，其特征在于，各第一出风管嘴(61)等间距分布，各第二出风管嘴(62)等间距分布。
5.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统，其特征在于，压力容器人孔(11)、蒸汽发生器人孔(12)、蒸汽发生器(4)的顶部及反应堆舱室的顶部均敷设隔热保温棉材料层。
6.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热系统，其特征在于，压力容器舱室热风机装置(1)及蒸汽发生器舱室热风机装置(8)均包括热风机装置送风系统(16)、热风机装置加热系统(13)及热风机装置温控系统(14)，其中，热风机装置温控系统(14)与热风机装置加热系统(13)的控制端相连接，热风机装置送风系统(16)的出口与热风机装置加热系统(13)的入口相连通；
压力容器舱室热风机装置(1)中热风机装置送风系统(16)的入口与蒸汽发生器舱室回风管(10)相连通，压力容器舱室热风机装置(1)中热风机装置加热系统(13)的出口与第二进风管(9)相连通；
蒸汽发生器舱室热风机装置(8)中热风机装置送风系统(16)的入口与压力容器舱室回风管(7)相连通，蒸汽发生器舱室热风机装置(8)中热风机装置加热系统(13)的出口与第一进风管(5)相连通。
7.一种高温气冷堆核电站冷试期间一回路舱室加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)高温气冷堆冷试开始前，压力容器(2)和蒸汽发生器(4)处于常压状态，根据压力容器(2)及蒸汽发生器(4)内金属构件和一回路舱室的环境温度，计算压力容器舱室热风机装置(1)及蒸汽发生器舱室热风机装置(8)所需加热的总功率及总风量；
2)启动压力容器舱室热风机装置(1)和蒸汽发生器舱室热风机装置(8)，通过第一出风管嘴(61)及第二出风管嘴(62)分别向蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内吹入热风，逐步提升蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内的温度，当压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内金属构件的温度满足试验要求时，通过压力容器舱室热风机装置(1)及蒸汽发生器舱室热风机装置(8)维持蒸汽发生器舱室及反应堆舱室内的温度恒定；
3)开始进行一回路冷试期间耐压试验，向压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内充入空气，将压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内的压力升至最高试验压力，进行一回路泄漏率和压力容器(2)的焊缝检测，在此过程中，实时监测压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内金属构件的温度，通过动态调整压力容器舱室热风机装置(1)和蒸汽发生器舱室热风机装置(8)的加热功率及风量来维持压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内金属构件的温度恒定；
4)一回路冷试期间耐压试验完成后，开始进行一回路冷试降压过程，即将压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内的压力逐步降压至常压，在此过程中，维持压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内金属构件的温度恒定，其中，当一回路冷试降压期间发生焊缝泄漏的紧急泄压异常工况时，则提高压力容器舱室热风机装置(1)和蒸汽发生器舱室热风机装置(8)的加热功率及风量，避免压力容器(2)和蒸汽发生器(4)内金属构件的温度下降，一回路冷试降压结束后，停运压力容器舱室热风机装置(1)和蒸汽发生器舱室热风机装置(8)。
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