CN115193490B - 一种vver机组一回路净化系统及使用方法 - Google Patents

一种vver机组一回路净化系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电站一回路净化系统技术领域，具体涉及一种VVER机组一回路净化系统及使用方法。本发明中反应堆压力容器的出口端与蒸汽发生器的入口端连接，蒸汽发生器的出口端与主泵的入口端连接，主泵的出口端与反应堆压力容器的入口端连接，构成第一回路；主泵的轴封端经过除气器与反应堆压力容器的入口端连接，构成第二回路；反应堆压力容器与相互并联的一回路第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列连接，构成第三回路；相互并联的第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列经过除气器与反应堆压力容器的入口端连接，构成第四回路。本发明能够避免产生水质偏离，减少一回路放射性树脂固废量，提高电站的水化学控制水平和经济效益。

Description

一种VVER机组一回路净化系统及使用方法
技术领域
本发明属于核电站一回路净化系统技术领域，具体涉及一种VVER机组一回路净化系统及使用方法。
背景技术
某核电站机组的一回路净化系统原设计由两个净化系列、三个树脂床组成，每个树脂床体积为1.3m3。第一净化系列由阳树脂床和阴树脂床串联组成，第二净化系列为阳树脂体积:阴树脂体积＝0.9:0.4的混床，第一净化系列与第二净化系列并联，在硼饱和与氨钾饱和后同时投入运行净化主回路水质。一回路在除气器后设计有第一除碱系列，是体积为2.4m3的阳树脂床，用于去除一回路多余的碱金属。
由于第一除碱系列设置在容积和硼控系统内，除碱时冷却剂必须先经除气器除气，造成溶氢损失，而提高主回路氨浓度维持溶氢时，过量的NH4 +又会将第一、第二净化系列中的碱金属置换出来，会形成碱金属离子去除与释放的恶性循环，导致一回路氨、溶氢、总碱等指标波动较大。另外，在一轮燃料循环结束后，第一、第二净化系列以及第一除碱系列中的树脂均需要更换，放射性固废产生量较大。
调研国外同型VVER机组，目前仍均采用第一除碱系列除碱的方式控制主回路总碱金属，一回路相关指标波动大且易发生偏离，因此，亟需提供一种VVER机组一回路净化系统及使用方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种VVER机组一回路净化系统及使用方法，能够安全平稳的控制一回路水质，避免产生水质偏离，减少一回路放射性树脂固废量，提高电站的水化学控制水平和经济效益。
本发明采用的技术方案：
一种VVER机组一回路净化系统，包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、主泵、第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列、除气器，反应堆压力容器的出口端与蒸汽发生器的入口端连接，蒸汽发生器的出口端与主泵的入口端连接，主泵的出口端与反应堆压力容器的入口端连接，构成第一回路；主泵的轴封端经过除气器与反应堆压力容器的入口端连接，构成第二回路；反应堆压力容器与相互并联的一回路第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列连接，构成第三回路；相互并联的第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列经过除气器与反应堆压力容器的入口端连接，构成第四回路。
所述第一回路将反应堆热量的传递至蒸汽发生器；所述第二回路将除气的主泵轴封水返回堆芯；所述第三回路净化一回路杂质离子以及去除碱金属；所述第四回路将除气的水返回堆芯。
还包括第一除碱系列，所述第一除碱系列安装在除气器上。
所述第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列、第一除碱系列的连接管路上，分别设有流量调节阀。
第一净化系列、第二净化系列中分别装填1.3m3的体积比为1:1的阴、阳混合树脂，第一除碱系列中装填2.4m3的阳树脂，第二除碱系列中装填1.3m3的阳树脂。
一种VVER机组一回路净化系统的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：在机组启动前，在第一净化系列和第二净化系列中分别装填体积比为1:1的阴阳树脂；在第二除碱系列中全部装填阳树脂后，将第二除碱系列与第三回路断开；在第一除碱系列中全部装填阳树脂后，将第一除碱系列与除气器断开；
步骤2：在第一回路升压升温阶段，利用体积膨胀排出的硼酸在第三回路将第一净化系列和第二净化系列中的阴树脂完成硼饱和；
步骤3：在第一回路进入热态后，利用第一回路中的氨、氢氧化钾在第三回路中将至第一净化系列和第二净化系列中的阳树脂完成氨钾饱和；
步骤4：第一净化系列和/或第二净化系列在第三回路运行，持续净化一回路水质。
当第一回路需要去除总碱金属时，打开流量调节阀将第二除碱系列接入，总碱金属到达控制目标值时，将第二除碱系列断开。
当第一回路需要去除总碱金属，第二除碱系列失效或者除碱速率不能满足水质控制要求时，打开流量调节阀将第一除碱系列接入，总碱金属到达控制目标值时，将第一除碱系列断开。
在机组停堆时，需净化第一回路腐蚀产物，打开流量调节阀将第二除碱系列与第一净化系列或第二净化系列同时接入第三回路净化，直至主泵停运时停止净化。
所述第一净化系列、第二除碱系列、第二净化系列、第一除碱系列内的树脂需要定期更换。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种VVER机组一回路净化系统及使用方法，在保持原系统设计功能要求的同时，还提高了系统运行的经济性。
(2)本发明提供一种VVER机组一回路净化系统及使用方法，增加了一路备用序列及除碱(净化)功能，提高了系统安全可靠性。
(3)本发明提供一种VVER机组一回路净化系统及使用方法，新除碱床除碱流量和除碱效率均高于原设计除碱床，除碱控制更加方便快捷，提升了一回路水化学控制的水平。
(4)本发明提供一种VVER机组一回路净化系统及使用方法，制定了先进的系统运行控制方案，提升了系统利用效率，降低了放射性固体废物量和人员剂量。
附图说明
图1本发明提供一种VVER机组一回路净化系统结构示意图；
图2为机组首轮燃料循环一回路总碱金属、溶氢趋势图；
图3为一回路溶氢趋势图；
图中：1-反应堆压力容器、2-蒸汽发生器、3-主泵、4-第一净化系列、5-第二除碱系列、6-第二净化系列、7-除气器、8-第一除碱系列。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
VVER机组一回路水化学具有如下特点：采用氢氧化钾作为碱化剂，可以将一回路冷却剂调整到较高的pH值抑制材料腐蚀，而不会像高浓度氢氧化锂调高pH时有锆包壳腐蚀风险；向一回路加氨，利用氨的辐照分解产生氢，维持冷却剂中溶解氢的浓度，继而抑制水辐照分解生成氧，而且氨是弱碱，对pH有一定的缓冲作用，有利于pH的稳定，使冷却剂形成低碱度还原性氨-钾含硼水化学状态。因此，净化系列在启机阶段需要进行硼饱和、氨钾饱和，然后投运进行连续净化。
在机组运行期间，为维持一回路溶氢，需要连续加药保证一定氨浓度，因此一回路冷却剂中氨碱比值将随着燃耗加深逐渐升高，导致净化系列出口“排代”出钾、钠、锂等碱金属离子；同时，由于在反应堆内持续发生10B(n，α)7Li反应，7Li在主回路中在冷却剂中也逐渐累积。一回路冷却剂中总碱金属浓度值逐渐向“硼酸-总碱金属协调曲线”最佳范围的上限偏离，为维持一回路水质，需要间断投运第一除碱系列去除碱金属。
现有技术中，第一除碱系列设置在容积和硼控系统内，除碱时冷却剂必须先经除气器除气，造成溶氢损失，而提高主回路氨浓度维持溶氢时，过量的NH4 +又会将第一、第二净化系列中的碱金属置换出来，会形成碱金属离子去除与释放的恶性循环，导致一回路氨、溶氢、总碱等指标波动较大。因此，除碱造成一回路氨、溶氢、总碱等指标波动较大的根本原因是：除碱时一回路冷却剂经过除气器存在溶氢损失。
基于上述原因，结合VVER机组主回路净化系统与主回路压力相同的特点，
如图1所示，本发明提供一种VVER机组一回路净化系统，包括反应堆压力容器1、蒸汽发生器2、主泵3、第一净化系列4、第二除碱系列5、第二净化系列6、除气器7、第一除碱系列8，
反应堆压力容器1的出口端与蒸汽发生器2的入口端连接，蒸汽发生器2的出口端与主泵3的入口端连接，主泵3的出口端与反应堆压力容器1的入口端连接，构成第一回路，功能是将反应堆热量的传递至蒸汽发生器；主泵3的轴封端经过除气器7与反应堆压力容器1的入口端连接，构成第二回路，功能是将除气的主泵轴封水返回堆芯；反应堆压力容器1与相互并联的一回路第一净化系列4、第二除碱系列5、第二净化系列6连接，构成第三回路，功能是净化一回路杂质离子以及去除碱金属；相互并联的第一净化系列4、第二除碱系列5、第二净化系列6经过除气器7与反应堆压力容器1的入口端连接，构成第四回路，功能是将除气的水返回堆芯；除气器7上安装有第一除碱系列8；第一净化系列4、第二除碱系列5、第二净化系列6、第一除碱系列8的连接管路上，分别设有流量调节阀。
第一净化系列4、第二净化系列6中分别装填1.3m3的体积比为1:1的阴、阳混合树脂，第一除碱系列8中装填2.4m3的阳树脂，第二除碱系列5中装填1.3m3的阳树脂。
本发明提供的一种VVER机组一回路净化系统的使用方法，
机组启动后第一净化系列4、第二净化系列6进行硼饱和与氨钾饱和，饱和完成后第一净化系列4或第二净化系列6净化运行，第二净化系列6或第一净化系列4备用；第二除碱系列5作为一回路除碱系列，第一除碱系列8作为除碱备用系列。
一轮燃料循环结束后，更换使用的第一净化系列4或第二净化系列6和第二除碱系列树脂，在启机阶段将新更换的净化系列进行硼饱和与氨钾饱，饱和后作为混床备用；下循环使用上轮循环备用的净化系列投入净化运行，第二除碱系列5用于除碱，第一除碱系列8继续作为除碱床备用。在此基础上按照上述步骤循环使用。
具体包括如下步骤：
步骤1：在机组启动前，在第一净化系列4和第二净化系列6中分别装填体积比为1:1的阴阳树脂；在第二除碱系列5中全部装填阳树脂后，将第二除碱系列5与第三回路断开；在第一除碱系列8中全部装填阳树脂后，将第一除碱系列8与除气器7断开。
步骤2：在第一回路升压升温阶段，利用体积膨胀排出的硼酸在第三回路将第一净化系列4和第二净化系列6中的阴树脂完成硼饱和。
步骤3：在第一回路进入热态后，利用第一回路中的氨、氢氧化钾在第三回路中将至第一净化系列4和第二净化系列6中的阳树脂完成氨钾饱和。
步骤4：打开流量调节阀将第一净化系列4接入第三回路运行，持续净化一回路水质；
第二净化系列6与第三回路断开作为备用净化序列。
步骤5：在机组运行期间第一回路需要去除总碱金属时，打开流量调节阀将第二除碱系列5以适当流量接入主回路，总碱金属到达控制目标值时，将第二除碱系列5断开。
步骤6：在机组停堆大流量净化第一回路腐蚀产物时，打开流量调节阀将第二除碱系列5和第一净化系列4同时接入第三回路净化，直至主泵3停运净化，系统无法投运。
步骤7：机组停运后将第一净化系列4和第二除碱系列5更换为新树脂；树脂装载完成后，将第二除碱系列5与第三回路断开。
步骤8：在第一回路升压升温阶段，利用体积膨胀排出的硼酸在第三回路将第一净化系列4中的阴树脂完成硼饱和。
步骤9：在第一回路进入热态后，利用第一回路中的氨、氢氧化钾在第三回路中将至第一净化系列4中的阳树脂完成氨钾饱和。
步骤10：打开流量调节阀将第二净化系列6接入第三回路运行，持续净化一回路水质；
第一净化系列4与第三回路断开作为备用净化序列。
步骤11：重复步骤5。
步骤12：在机组停堆大流量净化第一回路腐蚀产物时，打开流量调节阀将第二除碱系列5和第二净化系列6同时接入第三回路净化，直至主泵3停运，净化系统无法投运。
步骤13：机组停运后将第二净化系列6和第二除碱系列5更换为新树脂；树脂装载完成后，将第二除碱系列5与第三回路断开。
步骤14：在第一回路升压升温阶段，利用体积膨胀排出的硼酸在第三回路将第二净化系列6的阴树脂完成硼饱和
步骤15：在第一回路进入热态后，利用第一回路中的氨、氢氧化钾在第三回路中将至第二净化系列6阳树脂完成氨钾饱和
步骤16：重复步骤4至15。
一回路溶氢、总碱金属等控制指标变化趋势平稳(见图2、图3)，尤其是燃料循环末期阶段，以往较难控制的一回路总碱金属浓度始终处于最佳控制曲线附近，没有出现偏离A区的情况，水质控制效果好。因第二除碱系列除碱流量和除碱效率均高于第一除碱系列，且可满足整个燃料循环除碱使用容量，除碱期间调整加氨频率明显降低，除碱工作更加快捷、指标控制更为方便，极大的提升了电站一回路水化学控制的水平。另外，由于每轮燃料循环只需要更换一个净化系列(第一净化系列4或第二净化系列6)、一个除碱系列(第二除碱系列5)，还可避免使用第一除碱系列8，可节约3.7m3树脂，也降低了同样体积的放射性固体废物量，每台机组每轮循环至少节约树脂采购和放射性固废处理成本390万元；同时也减少了装载和卸载树脂操作工时，降低了人员工作剂量，显著提高了电站的经济效益和社会效益。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种VVER机组一回路净化系统，其特征在于：包括反应堆压力容器(1)、蒸汽发生器(2)、主泵(3)、第一净化系列(4)、第二除碱系列(5)、第二净化系列(6)、除气器(7)，反应堆压力容器(1)的出口端与蒸汽发生器(2)的入口端连接，蒸汽发生器(2)的出口端与主泵(3)的入口端连接，主泵(3)的出口端与反应堆压力容器(1)的入口端连接，构成第一回路；主泵(3)的轴封端经过除气器(7)与反应堆压力容器(1)的入口端连接，构成第二回路；反应堆压力容器(1)与相互并联的一回路第一净化系列(4)、第二除碱系列(5)、第二净化系列(6)连接，构成第三回路；相互并联的第一净化系列(4)、第二除碱系列(5)、第二净化系列(6)经过除气器(7)与反应堆压力容器(1)的入口端连接，构成第四回路；
所述第一回路将反应堆热量的传递至蒸汽发生器(2)；所述第二回路将除气的主泵轴封水返回堆芯；所述第三回路净化一回路杂质离子以及去除碱金属；所述第四回路将除气的水返回堆芯；
还包括第一除碱系列(8)，所述第一除碱系列(8)安装在除气器(7)上；
所述第一净化系列(4)、第二除碱系列(5)、第二净化系列(6)、第一除碱系列(8)的连接管路上，分别设有流量调节阀；
第一净化系列(4)、第二净化系列(6)中分别装填1.3m3的体积比为1:1的阴、阳混合树脂，第一除碱系列(8)中装填2.4m3的阳树脂，第二除碱系列(5)中装填1.3m3的阳树脂。
2.基于权利要求1一种VVER机组一回路净化系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)：在机组启动前，在第一净化系列(4)和第二净化系列(6)中分别装填体积比为1:1的阴阳树脂；在第二除碱系列(5)中全部装填阳树脂后，将第二除碱系列(5)与第三回路断开；在第一除碱系列(8)中全部装填阳树脂后，将第一除碱系列(8)与除气器(7)断开；
步骤(2)：在第一回路升压升温阶段，利用体积膨胀排出的硼酸在第三回路将第一净化系列(4)和第二净化系列(6)中的阴树脂完成硼饱和；
步骤(3)：在第一回路进入热态后，利用第一回路中的氨、氢氧化钾在第三回路中将至第一净化系列(4)和第二净化系列(6)中的阳树脂完成氨钾饱和；
步骤(4)：第一净化系列(4)和/或第二净化系列(6)在第三回路运行，持续净化一回路水质。
3.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于：当第一回路需要去除总碱金属时，打开流量调节阀将第二除碱系列(5)接入，总碱金属到达控制目标值时，将第二除碱系列(5)断开。
4.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：当第一回路需要去除总碱金属，第二除碱系列(5)失效或者除碱速率不能满足水质控制要求时，打开流量调节阀将第一除碱系列(8)接入，总碱金属到达控制目标值时，将第一除碱系列(8)断开。
5.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于：在机组停堆时，需净化第一回路腐蚀产物，打开流量调节阀将第二除碱系列(5)与第一净化系列(4)或第二净化系列(6)同时接入第三回路净化，直至主泵(3)停运时停止净化。
6.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于：所述第一净化系列(4)、第二除碱系列(5)、第二净化系列(6)、第一除碱系列(8)内的树脂需要定期更换。
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