CN201611190U - 一种核安全级冷水机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能经受核电厂安全停堆地震的干扰，具有高可靠性、高安全性的核安全级冷水机组。为达到所述目的，本实用新型所采用的技术方案是：包括核级电机，核级电机与开启式压缩机相联，开启式压缩机上设有通过冷媒管道依次连接的油分离器，冷凝器，干燥过滤器，节流系统，蒸发器，最终回到开启式压缩机所形成的冷媒循环，油分离器通过油过滤器后连接控制开启式压缩机的油路。由于采用了所述技术方案，选择采用开启式压缩机，由外置的核电机来驱动压缩机运行，此外还相应配置了连接控制开启式压缩机的油路，当启动或高低压差较小时，将自动启动油泵及通过冷却水阀来调冷却水量从而来控制机组油路系统，以维持整个系统的正常供油量。

Description

一种核安全级冷水机组

技术领域

本实用新型涉及一种电气厂房冷冻水系统，尤其涉及一种能经受核电厂安全停堆地震(SSE)的干扰，设备设计符合保持功能和运行性准则(1A，1F)的核安全级冷水机组。

背景技术

核电是一种经济、安全、可靠、清洁的新能源。核电站的正常运行需要合适的环境温湿度，“核安全级冷水机组”属于电气厂房冷冻水系统。其功能是为DVC主控制室空调系统、DVL电气厂房主通风系统、DVE电缆层通风系统等提供所需的冷冻水。尽管核安全级冷水机组为非核安全相关系统，但由于冷冻水系统故障后，会使主控室，电气厂房，电缆层的温度升高，最终会导致电厂核电反应堆的停堆事故或引发其余核事故，它间接地对核电厂的运行安全性有重大贡献，因此该系统是一个非常重要的系统。核安全级冷水机组应被设计成可在LOCA事故((Loss of coolant accident)失水事故)后继续运行。且能经受核电厂安全停堆地震(SSE)的干扰，设备设计符合可运行性准则(1A、1F)。

其中：1A：在SSE荷载作用下，设备的能动部件(压缩机，电机等)在事故中及事故后仍能运转且保持其可运行性。

1F：要求专用安全设施及其支持系统中的非能动设备(如冷凝器，蒸发器)，在受到SSE荷载作用时需保持功能。

因此，要求保证核安全级冷水机组在SSE后正常运行的所有部件是经过抗震鉴定。

核安全级冷水机组有较高的技术壁垒，其技术性能指标要求高，尤其对设备的可靠性、安全性有着极高的要求。因此，技术设计及工艺制造过程难度大，其中关键的性能指标需经大量的试验和技术攻关才能实现。为确保核电设备的设计、制造质量，必须建立一整套符合核电设备要求的完整而有效的质量保证体系，在这些方面，常规民用空调或工业用冷水机组是无法满足要求的。因此核安全级冷水机组的开发研制是一项开创性的工作。

此外，对于现有常规民用冷水机组，冷却水进水温度的要求一般在19-33摄氏度之间，否则容易引起机组高低压差过低或过高，对机组的可靠性运行产生极大的影响。同时冷却水充许运行温度范围的狭窄，难以面对核电厂异常运行工况时冷却水温过低或突发情况导致的冷却水温度升高所产生的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能经受核电厂安全停堆地震(SSE)的干扰，设备设计符合保持功能和运行性准则(1A，1F)，具有高可靠性、高安全性的核安全级冷水机组。为适应核电厂冷却水的各种工况，冷水机组的冷却水进水温度范围更广，满足冷负荷输出及机组其它各项指标的要求，确保在全年所有季节以及核电厂要求的所有工况下能正常运行。

为达到所述目的，本实用新型所采用的技术方案是：核安全级冷水机组，包括核级电机，核级电机与开启式压缩机相联，开启式压缩机的输出端通过冷媒管道依次连接油分离器、冷凝器、干燥过滤器、节流系统、蒸发器，所述蒸发器连接到开启式压缩机的输入端，形成冷媒循环，油分离器和开启式压缩机之间还连接有用于控制开启式压缩机的油路。

优选的，所述节流系统为电子膨胀阀。节流机构采用了电子膨胀阀，通过排气过热度或液位传感器来控制，可实现制冷剂流量及蒸发器液位的精确控制。

优选的，用于控制开启式压缩机的油路包括油过滤器，油过滤器的输出端上设有两条支路，一条支路通过油泵连接到开启式压缩机的容调阀块中，另一条在通过单向阀I连接到开启式压缩机的轴承中的同时还通过单向阀II连接到开启式压缩机的容调阀块，油分离器的输入端和油泵的输出端之间设有压差调节阀。所述系统配置了油泵，当压差调节阀检测到核安全级冷水机组启动或高低压差较小时将选择油路并自动启动油泵，以维持油路系统的正常供流量。

优选的，开启式压缩机和油分离器之间设有温度及压力传感器，温度及压力传感器连接有模拟量输入模块。温度及压力传感器用于监控核安全级冷水机组内冷媒温度和压力，并且当温度压力变化时通过计算排气过热度对核安全级冷水机组的电子膨胀阀进行控制。

优选的，所述蒸发器上还设有液位传感器。液位传感器用于控制蒸发器内冷媒的液位高低，对蒸发器液位进行精确控制。

优选的，所述冷凝器，蒸发器上均设有压力传感器。由于核级机组仪控设备和控制系统的抗震等级为1类，当设备在地震荷载作用时要保证机组可靠运行，因此必须对关键部件进行压力监测，以防不测。

优选的，所述开启式压缩机和油分离器之间设有压力和温度传感器。由于核级机组仪控设备和控制系统的抗震等级为1类，当设备在地震荷载作用时要保证机组可靠运行，因此必须对关键部件进行压力监测，以防不测。

优选的，油过滤器输出端连接有视液管。操作人员通过视液管能直观观测控制开启式压缩机的油路内液体流动状况。

优选的，所述开启式压缩机和油泵之间设有压力传感器。由于核级机组仪控设备和控制系统的抗震等级为1类，当设备在地震荷载作用时要保证机组可靠运行，因此必须对关键部件进行压力监测，以防不测。

由于采用了所述技术方案，选择采用开启式压缩机，由外置的核电机来驱动压缩机运行，此外还相应配置了连接控制开启式压缩机的油路，当一种核安全级冷水机组启动或高低压差较小时将自动启动油泵及通过冷却水阀来调冷却水量从而来控制机组油路系统，以维持整个系统的正常供油量；且通过选择较大制冷裕量的节流阀，将冷却水进水的极限温度由现有技术中的19-33度扩展到15度至45度，并能保证在两个极限工况下稳定运行。另核级机组的仪控设备和控制系统的抗震等级为1类，当设备在地震荷载作用时仍能保证机组可靠运行。

主要控制部件的控制方案均有二种控制模式，即一种控制模式出现故障时，需立即切换成另一种控制模式，原控制模式失效，控制模式冗余设计。如电子膨胀阀的控制，优先模式采用排气过热度的大小来控制它的开度，第二种控制方式采用液位传感器来进行控制，当优先模式出现故障时采用第二种控制方式，以保证机组在规定的时间内可靠运行而不停运。以免发生核事故现象。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种核安全级冷水机组的示意图。

具体实施方式

如图1所示，核安全级冷水机组，包括核级电机16，核级电机16与开启式压缩机3相联，开启式压缩机3的输出端通过冷媒管道依次连接油分离器1、冷凝器15、干燥过滤器14、节流系统12、蒸发器11，所述蒸发器11连接到开启式压缩机3的输入端，，形成冷媒循环，油分离器1和开启式压缩机3之间还连接有用于控制开启式压缩机3的油路。所述节流系统12为电子膨胀阀。用于控制开启式压缩机3的油路包括油过滤器6，油过滤器6的输出端上设有两条支路，一条支路通过油泵9连接到开启式压缩机3的容调阀块中，另一条在通过单向阀I5连接到开启式压缩机3的轴承中的同时还通过单向阀II17连接到开启式压缩机3的容调阀块，油分离器6的输入端和油泵9的输出端之间设有压差调节阀7。

开启式压缩机3和油分离器1之间设有温度传感器2，温度传感器2连接有模拟量输入模块18。所述蒸发器11上还设有液位传感器10。干燥过滤器和节流系统12之间连接有视液管8。所述冷凝器15，蒸发器11上均设有压力传感器4。所述开启式压缩机3和油分离器1之间设有压力传感器4。油过滤器6输出端连接有视液管8。所述开启式压缩机3和油泵9之间设有压力传感器4。

开启式压缩机3采用压差供油，即通过压差调节阀7检测制冷系统的高低压差来驱动冷冻油润滑压缩机吸排气端轴承，同时对压缩室和转子进行冷却和密封，且推动容调滑阀进行加卸载动作.冷却水温过低时，冷凝压力和排气温度太低，此时的高低压差过小，难以维持开启式压缩机3正常运行所需的冷冻油流量；且由于排气温度较低，冷冻油粘度较大，流动阻力较高；同时此工况下节流系统12的制冷剂流量及性能将严重衰减，且蒸发器11液位及蒸发压力也会过低。针对以上问题，核安全级冷水机组在用于控制开启式压缩机3的油路中配置了油泵9，核级电机16启动或高低压差较小时将自动启动油泵9；冷却水侧增加了冷却水阀19以调节冷却水量，保持高压在最低限度以上，以维持油路系统的正常供流量；节流系统12采用了电子膨胀阀，可实现制冷剂流量及蒸发器11液位的精确控制，冷量选择上留了较大的裕量，保证在冷却水进水温度15度至45度两个极限工况下稳定运行。

以核级电机16为1E级为例，开启式压缩机3由1E级核级电机16来驱动运行，制冷剂在开启式压缩机3中被压缩排出后进入外置的油分离器1，通过采用改变气体流向、降低气体流速、机械分离相结合的方法将润滑油分离，分离出的润滑油经过油过滤器6、喷回开启式压缩机3的吸气侧，对开启式压缩机3吸排气端轴承、压缩室和转子进行冷却和密封和润滑，且推动容调滑阀对容量进行加卸载，而冷媒气体进入冷凝器15冷凝，冷凝成液体后经过干燥过滤器14过滤，从干燥过滤器14出来后制冷剂经过电子膨胀阀12节流降压后制冷剂变成气液两相进入蒸发器11，制冷剂在其中与冷冻水进行换热，吸收热量蒸发，制取所需的冷冻水，制冷剂吸热后变成气态进入压缩机3压缩，循环进行。

通过油过滤器6后端控制开启式压缩机3的油路分为两支路，一路通过油泵9，即油路系统通过辅加外接管路来提升供油压力，与油泵9并联的为带压差调节阀7的管道，当油泵9出口压力过大时旁通回油泵进口。第二路通过单向阀15直接接油管至开启式压缩机3内轴承处。开启式压缩机3启动前，先驱动油泵9，即通过油泵9建立油压对开启式压缩机3吸排气端轴承、轴封以及压缩室进行供油润滑，且推动容调滑阀至最低负荷，以降低开启式压缩机3的启动电流，经过短时间延时后监测油泵9的供油压力与压缩排气侧压力，若压力超过一定的值后，则启动开启式压缩机3，等开启式压缩机3运行一定的时间后，再对供油压力与吸气压力之差进行运算，若此时压差未达到目标值则停机，达到目标值压缩机继续运行，之后油泵9工作状态是根据吸排气压差来控制的，若排气压力与吸气压力差小于限度值时，油泵9开启，反之则油泵9关闭。当油泵9关闭后，此时油不经过油泵9而直接由油分第二路出口流向开启式压缩机3，靠开启式压缩机3正常运行建立的压差来推动润滑油进行润滑，保证在核电站冷却水的各种工况下，能正常运行。

开启式压缩机3和油分离器1之间设有温度传感器2及压力传感器4。核安全级冷水机组可以通过循环系统内的温度及压力的变化计算出排气过热度，与目标排气过热度相比来控制电子膨胀阀12的开度大小。当温度传感器2或压力传感器4的控制模式出现故障时，需立即切换成采用液位传感器10的控制电子膨胀阀的模式，原控制模式失效，以保证机组在规定的时间内可靠运行而不停运。以免发生核事故现象。

由于核安全级冷水机组要经受核电厂安全停堆地震SSE的干扰，故核级电机16有1E级安全等级的要求，核级电机16除了进行常规的机械性能试验、电气性能试验外，还进行了辐照试验、抗震试验、老化试验等。在原材料的选择上严格按照核级设备的要求来选择，如电线采用1E，K3类电缆线，采用耐辐照要求的涂漆等。蒸发器11及冷凝器15两换热器严格按照核级规范来设计及制造。

此外在主要的部件上均设有压力传感器4，用于感应运行环境的压力变化，出现紧急情况时能及时反映。而设置在干燥过滤器和节流系统12之间的视液管8。操作人员通过视液管8能直观观测到核安全级冷水机组内液体流动状况。油过滤器6输出端连接有视液管8。操作人员通过视液管8能直观观测控制开启式压缩机的油路内液体流动状况。

Claims (9)

1.核安全级冷水机组，包括核级电机(16)，核级电机(16)与开启式压缩机(3)相联，开启式压缩机(3)的输出端通过冷媒管道依次连接油分离器(1)、冷凝器(15)、干燥过滤器(14)、节流系统(12)、蒸发器(11)，所述蒸发器(11)连接到开启式压缩机(3)的输入端，形成冷媒循环，其特征在于：油分离器(1)和开启式压缩机(3)之间还连接有用于控制开启式压缩机(3)的油路。

2.如权利要求1所述的核安全级冷水机组，其特征在于：所述节流系统(12)为电子膨胀阀。

3.如权利要求1或2所述的核安全级冷水机组，其特征在于：用于控制开启式压缩机(3)的油路包括油过滤器(6)，油过滤器(6)的输出端上设有两条支路，一条支路通过油泵(9)连接到开启式压缩机(3)的容调阀块中，另一条在通过单向阀I(5)连接到开启式压缩机(3)的轴承中的同时还通过单向阀II(17)连接到开启式压缩机(3)的容调阀块，油分离器(6)的输入端和油泵(9)的输出端之间设有压差调节阀(7)。

4.如权利要求1或2所述的核安全级冷水机组，其特征在于：开启式压缩机(3)和油分离器(1)之间设有温度传感器(2)，温度传感器(2)连接有模拟量输入模块(18)。

5.如权利要求1或2所述的核安全级冷水机组，其特征在于：所述蒸发器(11)上还设有液位传感器(10)。

6.如权利要求1或2所述的核安全级冷水机组，其特征在于：所述冷凝器(15)，蒸发器(11)上均设有压力传感器(4)。

7.如权利要求1或2所述的核安全级冷水机组，其特征在于：所述开启式压缩机(3)和油分离器(1)之间设有压力传感器(4)。

8.如权利要求3所述的核安全级冷水机组，其特征在于：油过滤器(6)输出端连接有视液管(8)。

9.如权利要求3所述的核安全级冷水机组，其特征在于：所述开启式压缩机(3)和油泵(9)之间设有压力传感器(4)。

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