CN112435765B - 一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法 - Google Patents

一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法，其冷却系统包括主给水泵，主给水隔离阀、以及在两者之间的辅助电锅炉设置了辅助锅炉房产生辅助蒸汽，通过主给水管道冷却蒸汽发生器换热管，在主蒸汽管道上设置旁路小管，经扩容减温后排入水池汇集；在蒸汽发生器换热管入口、出口处设温度测点，在旁路小管上设高精度调节阀、流量计，将入口和出口温度测点、流量计与调节阀的开闭进行连锁控制，实时监测系统运行，调节辅助蒸汽流量，在提高降温速度的同时，保证降温速率＜5℃/h，兼顾效率、安全因素，提高了电厂经济性。

Description

一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法
技术领域
本发明涉及设备传热，具体涉及一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法。
背景技术
高温气冷堆核电机组作为第四代核电机型之一，具有发电效率高、固有安全性好、系统简单等特点，具有良好应用前景。正常运行时蒸汽发生器一次侧热端温度750℃，冷端温度243℃；二次侧给水温度205℃，蒸汽温度571℃。当机组紧急停堆、排除故障后需尽快将一次侧设备(蒸汽发生器等)、介质冷却到205℃，具备重新启堆条件。
现有技术的冷却，或者采用自然冷却的方法，该方法时间长，降温到启堆条件需要约20天；或者采用快速降温的方法，采用该方法又可能因为温度下降过快对蒸汽发生器形成冷冲击。
因此，如何既提高对蒸汽发生器的冷却速度，又避免对蒸汽发生器造成损害，保证蒸汽发生器高效有序降温，成为现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统，在加快降温的同时，保证降温速率＜5℃/h，兼顾效率、安全因素，提高了电厂经济性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统，包括：
主给水泵，在主给水泵的下游具有主给水隔离阀以控制主给水的开关；
在主给水泵和主给水隔离阀之间具有辅助电锅炉，所述辅助电锅炉用于产生小流量辅助蒸汽；
蒸汽发生器壳体，内部具有蒸汽发生器换热管，所述蒸汽发生器换热管的入口方向与主给水隔离阀连接，出口方向与主蒸汽隔离阀连接；
在所述蒸汽发生器换热管与主给水隔离阀之间，即入口处具有蒸汽发生器入口温度测点，在所述蒸汽发生器换热管与主蒸汽隔离阀之间，即出口处具有蒸汽发生器出口温度测点，用于定期测量温度；
在所述蒸汽发生器出口温度测点的下游端还具有小流量冷却旁路隔离阀。
可选的，所述小流量冷却旁路隔离阀的下游与高精度流量计连接。
可选的，所述高精度流量计的下游依次与调节阀、扩容器和减温器连接。
进一步的，在所述蒸汽发生器换热管的入口处和出口处具有旁路管道，可以用于前期的降温和降低换热管内压力。
进一步的，还具有PLC控制器，分别与蒸汽发生器入口温度测点、蒸汽发生器出口温度测点、高精度流量计、调节阀电连接，用于在得到蒸汽发生器入口和出口的温度以及高精度流量计的数据，计算冷却速率，与预设冷却速率比较，若实际冷却速率(入口或出口温降速率)小于预设值，则增大调节阀开度；若实际冷却速率大于预设值，则减小调节阀开度。
本发明进一步公开了一种根据上述的高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统的控制方法，具体为：
蒸汽发生器换热管外侧为一次侧，通过主氦风机驱动自上向下流动，蒸汽发生器换热管的内侧为二次侧，采用除盐水介质，通过主给水泵驱动自下向上流动；
紧急停堆后，停转一次侧主氦风机，关闭二次侧主给水隔离阀、和主蒸汽隔离阀，一、二次侧介质不再流动，此时换热管内外温度分布保持不变；
通过蒸汽发生器入口处和出口处，即主给水、主蒸汽管道上的旁路管道将蒸汽发生器换热管内存水、存汽排掉一部分，将换热管内压力降至1MPa左右，使得蒸汽发生器换热管入口温度约300℃，出口温度约571℃；
打开主给水隔离阀、主蒸汽隔离阀，从辅助电锅炉引来小流量辅助蒸汽对蒸汽发生器换热管进行预冷，预冷蒸汽温度约190℃，流量约0.5t/h，持续1h，将蒸汽发生器换热管出口蒸汽温度降到460℃；
然后一、二次侧同时冷却，一次侧通过氦净化系统使氦气循环流动、冷却，二次侧继续通过辅助蒸汽进行冷却，将辅助蒸汽流量逐渐增大到6t/h；
小流量冷却持续到蒸汽发生器入口、出口温度至一定温度，例如205℃，关闭调节阀11，小流量冷却结束，具备重新启动条件。
进一步的，辅助蒸汽冷却蒸汽发生器换热管后，在主蒸汽隔离阀下游经旁路隔离阀、高精度流量计、调节阀后，经扩容器降到常压，减温器降到常温，排入汇集水池。
进一步的，所述蒸汽发生器换热管入口温度测点、出口温度测点以及高精度流量计10定期采集数据，所述PLC控制器12分别与蒸汽发生器入口温度测点6、蒸汽发生器出口温度测点7、高精度流量计10、调节阀11电连接，用于在得到蒸汽发生器入口和出口的温度以及高精度流量计10的数据，计算冷却速率，与预设冷却速率比较，若实际冷却速率小于预设值，则增大调节阀11开度；若实际冷却速率大于预设值，则减小调节阀11开度。
进一步的，为避免调节阀11频繁动作，设置实际冷却速率在4-5℃/h区间。
本发明的一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法，在蒸汽发生器换热管入口、出口处设温度测点，在旁路小管上设高精度调节阀、流量计，温度测点、流量计与调节阀连锁控制，实时监测系统运行，调节辅助蒸汽流量，保证降温速率＜5℃/h，兼顾效率、安全因素，提高了电厂经济性。
附图说明
图1是根据本发明具体实施例的一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统的框架示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
1、辅助电锅炉；2、主给水泵；3、主给水隔离阀；4、蒸汽发生器壳体；5、蒸汽发生器换热管；6、蒸汽发生器入口温度测点；7、蒸汽发生器出口温度测点；8、主蒸汽隔离阀；9、小流量冷却旁路隔离阀；10、高精度流量计；11、调节阀；12、PLC控制器；13、扩容器；14、减温器；15、汇集水池；16、旁路管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明主要在于：设置了辅助锅炉房产生辅助蒸汽，通过主给水管道冷却蒸汽发生器换热管，在主蒸汽管道上设置旁路小管，经扩容减温后排入水池汇集；在蒸汽发生器换热管入口、出口处设温度测点，在旁路小管上设高精度调节阀、流量计，将入口和出口温度测点、流量计与调节阀的开闭进行连锁控制，实时监测系统运行，调节辅助蒸汽流量，在提高降温速度的同时，保证降温速率＜5℃/h。
参见图1，示出了根据本发明具体实施例的一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统的框架示意图。
在本发明中，高温气冷堆示范工程蒸汽发生器采用立式、直流螺旋换热管结构，蒸汽发生器换热管5外侧(即壳侧)为一次侧，采用氦气介质，通过主氦风机驱动自上向下流动，温度由750℃过渡到243℃；蒸汽发生器换热管5的内侧为二次侧，采用除盐水介质，通过主给水泵2驱动自下向上流动，由205℃主给水过渡到571℃主蒸汽。
该高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统主要包括：
主给水泵2，在主给水泵2的下游具有主给水隔离阀3以控制主给水的开关；
在主给水泵2和主给水隔离阀3之间具有辅助电锅炉1，所述辅助电锅炉1用于产生小流量辅助蒸汽；
蒸汽发生器壳体4，内部具有蒸汽发生器换热管5，所述蒸汽发生器换热管5的入口方向与主给水隔离阀3连接，出口方向与主蒸汽隔离阀8连接；
在所述蒸汽发生器换热管5与主给水隔离阀3之间，即入口处具有蒸汽发生器入口温度测点6，在所述蒸汽发生器换热管5与主蒸汽隔离阀8之间，即出口处具有蒸汽发生器出口温度测点7，用于定期测量温度；
在所述蒸汽发生器出口温度测点7的下游端还具有小流量冷却旁路隔离阀9。
所述小流量冷却旁路隔离阀9的下游与高精度流量计10连接。
所述高精度流量计10的下游依次与调节阀11、扩容器13和减温器14连接。
这样，使得主蒸汽隔离阀下游经小流量冷却旁路隔离阀9、高精度流量计10、调节阀11后，经扩容器13降到常压，并利用减温器14降到常温，最终排入汇集水池15内。
进一步的，在所述蒸汽发生器换热管5的入口处和出口处具有旁路管道16，可以用于前期的降温和降低换热管内压力。
其中，所述PLC控制器12分别与蒸汽发生器入口温度测点6、蒸汽发生器出口温度测点7、高精度流量计10、调节阀11电连接，用于在得到蒸汽发生器入口和出口的温度以及高精度流量计10的数据，计算冷却速率，与预设冷却速率比较，若实际冷却速率(入口或出口温降速率)小于预设值，则增大调节阀11开度；若实际冷却速率大于预设值，则减小调节阀11开度。
本发明进一步公开了高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统的控制方法，
紧急停堆后，停转一次侧主氦风机，关闭二次侧主给水隔离阀3、和主蒸汽隔离阀8，一、二次侧介质不再流动，此时换热管内外温度分布保持不变；
通过蒸汽发生器4入口处和出口处，即主给水、主蒸汽管道上的旁路管道16(图中未示出主蒸汽管道上的旁路通道)将蒸汽发生器换热管内存水、存汽排掉一部分，将换热管内压力降至1MPa左右，使得蒸汽发生器换热管入口6温度约300℃，出口7温度约571℃；
此时打开主给水隔离阀3、主蒸汽隔离阀8，从辅助电锅炉1引来小流量辅助蒸汽对蒸汽发生器换热管进行预冷，预冷蒸汽温度约190℃，流量约0.5t/h，持续1h，将蒸汽发生器换热管出口蒸汽温度降到460℃；
然后一、二次侧同时冷却，一次侧通过氦净化系统使氦气循环流动、冷却，二次侧继续通过辅助蒸汽进行冷却，将辅助蒸汽流量逐渐增大到6t/h。
进一步的，辅助蒸汽冷却蒸汽发生器换热管5后，在主蒸汽隔离阀8下游经旁路隔离阀9、高精度流量计10、调节阀11后，经扩容器13降到常压，减温器14降到常温，排入汇集水池15。
进一步的，所述蒸汽发生器换热管入口温度测点6、出口温度测点7以及高精度流量计10定期采集数据，例如3-5min。所述PLC控制器12分别与蒸汽发生器入口温度测点6、蒸汽发生器出口温度测点7、高精度流量计10、调节阀11电连接，用于在得到蒸汽发生器入口和出口的温度以及高精度流量计10的数据，计算冷却速率，与预设冷却速率(例如5℃/h)比较，若实际冷却速率(入口或出口温降速率)小于预设值，则增大调节阀11开度；若实际冷却速率大于预设值，则减小调节阀11开度。
小流量冷却持续到蒸汽发生器入口、出口温度至一定温度，例如205℃，此时PLC控制器12控制调节阀11关闭，小流量冷却结束，具备重新启动条件。
为避免调节阀11频繁动作，设置实际冷却速率在4-5℃/h区间。
综上，本发明具有如下优点：
本发明的一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统及控制方法，在蒸汽发生器换热管入口、出口处设温度测点，在旁路小管上设高精度调节阀、流量计，温度测点、流量计与调节阀连锁控制，实时监测系统运行，调节辅助蒸汽流量，保证降温速率＜5℃/h，兼顾效率、安全因素，提高了电厂经济性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (6)

1.一种高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统，其特征在于：
主给水泵(2)，在主给水泵(2)的下游具有主给水隔离阀(3)以控制主给水的开关；
在所述主给水泵(2)和所述主给水隔离阀(3)之间具有辅助电锅炉(1)，所述辅助电锅炉(1)用于产生小流量辅助蒸汽；
蒸汽发生器壳体(4)，内部具有蒸汽发生器换热管(5)，所述蒸汽发生器换热管(5)的入口方向与所述主给水隔离阀(3)连接，出口方向与主蒸汽隔离阀(8)连接；
在所述蒸汽发生器换热管(5)与所述主给水隔离阀(3)之间，即入口处具有蒸汽发生器入口温度测点(6)，在所述蒸汽发生器换热管(5)与主蒸汽隔离阀(8)之间，即出口处具有蒸汽发生器出口温度测点(7)，用于定期测量温度；
在所述蒸汽发生器出口温度测点(7)的下游端还具有小流量冷却旁路隔离阀(9)；
所述小流量冷却旁路隔离阀(9)的下游与高精度流量计(10)连接；
所述高精度流量计(10)的下游依次与调节阀(11)、扩容器(13)和减温器(14)连接；
还具有PLC控制器(12)，分别与所述蒸汽发生器入口温度测点(6)、所述蒸汽发生器出口温度测点(7)、所述高精度流量计(10)和所述调节阀(11)电连接，用于在得到蒸汽发生器入口和出口的温度以及高精度流量计(10)的数据后，计算冷却速率，并与预设冷却速率比较，若实际冷却速率小于预设值，则增大调节阀(11)开度；若实际冷却速率大于预设值，则减小调节阀(11)开度。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统，其特征在于：
在所述蒸汽发生器换热管(5)的入口处和出口处具有旁路管道(16)。
3.一种根据权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器小流量冷却系统的控制方法，具体为：
蒸汽发生器换热管(5)外侧为一次侧，通过主氦风机驱动自上向下流动，蒸汽发生器换热管(5)的内侧为二次侧，采用除盐水介质，通过主给水泵(2)驱动自下向上流动；
紧急停堆后，停转一次侧主氦风机，关闭二次侧主给水隔离阀(3)、和主蒸汽隔离阀(8)，一、二次侧介质不再流动，此时换热管内外温度分布保持不变；
通过蒸汽发生器(4)入口处和出口处，即主给水、主蒸汽管道上的旁路管道(16)将蒸汽发生器换热管内存水、存汽排掉一部分，将换热管内压力降至1MPa左右，使得蒸汽发生器换热管入口温度约300℃，出口温度约537℃；
打开主给水隔离阀(3)、主蒸汽隔离阀(8)，从辅助电锅炉(1)引来小流量辅助蒸汽对蒸汽发生器换热管进行预冷，预冷蒸汽温度约190℃，流量约0.5t/h，持续1h，将蒸汽发生器换热管出口蒸汽温度降到460℃；
然后一、二次侧同时冷却，一次侧通过氦净化系统使氦气循环流动、冷却，二次侧继续通过辅助蒸汽进行冷却，将辅助蒸汽流量逐渐增大到6t/h；
小流量冷却持续到蒸汽发生器入口、出口温度至一定温度，关闭调节阀(11)，小流量冷却结束，具备重新启动条件。
4.根据权利要求3所述的控制方法，具体为：
辅助蒸汽冷却蒸汽发生器换热管(5)后，在主蒸汽隔离阀(8)下游经旁路隔离阀(9)、高精度流量计(10)、调节阀(11)后，经扩容器(13)降到常压，减温器(14)降到常温，排入汇集水池(15)。
5.根据权利要求4所述的控制方法，具体为：
所述蒸汽发生器换热管入口温度测点(6)、出口温度测点(7)以及高精度流量计(10)定期采集数据，所述PLC控制器(12)分别与蒸汽发生器入口温度测点(6)、蒸汽发生器出口温度测点(7)、高精度流量计(10)和调节阀(11)电连接，用于在得到蒸汽发生器入口和出口的温度以及高精度流量计(10)的数据，计算冷却速率，并与预设冷却速率比较，若实际冷却速率小于预设值，则增大调节阀(11)开度；若实际冷却速率大于预设值，则减小调节阀(11)开度。
6.根据权利要求5所述的控制方法，具体为：
为避免调节阀(11)频繁动作，设置实际冷却速率在4-5℃/h区间。
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