CN203552714U - 核电厂设备冷却水系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种核电厂设备冷却水系统，其包括连接管线、设于连接管线上的RRI/SEC换热器和冷机冷凝器；RRI/SEC换热器的RRI侧出入口由旁通管线连接而形成与RRI/SEC换热器并联的旁通支路，旁通管线上设有控制管线开闭的阀门；冷机冷凝器的RRI侧出口和入口由回流管线连接而形成回流支路，回流管线上设有驱动设备冷却水由冷机冷凝器的RRI侧出口经回流管线流回冷机冷凝器入口的回流泵。本实用新型核电厂设备冷却水系统通过采用“旁通+回流”的组合实现设备冷却水的温度调节，使机组能在“极端低温+极低负荷”的小概率事件下正常运行，因此可在任何厂址条件下解决北方冰冻水域核电厂在冬季可能带来的冷却水温度过低不满足核岛用户低温要求的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及核电厂设备冷却水系统的设计，更具体地说，本实用新型涉及一种不受制于海水温度变化的普适性核电厂设备冷却水系统。
背景技术
现有核电厂的最终热阱系统如图1所示(仅A系列)：核电厂反应堆10及其一回路系统所产生的热量，一部分用于加热蒸汽发生器的二回路水产生蒸汽，并推动汽轮机12做功发电，汽轮机12无法利用的余热及其他核岛用户的热负荷都通过RRI系统14(Component Cooling Water System，设备冷却水系统)收集；RRI系统14为闭式系统，设备冷却水通过冷冻水系统冷机冷凝器(未图示)收集核岛用户的热量后，进入RRI/SEC换热器16而被SEC系统18(Essential WaterSystem，重要厂用水系统)冷却，再通过RRI泵140送回核岛对用户进行冷却；SEC系统18从海水前池180取海水，经由泵182送到贝类补集器184过滤后，再送至RRI/SEC换热器16，通过与RRI系统14之间的热量交换将RRI水温度降低；经过热交换的SEC水携带着核岛用户的余热经由溢流井186排入大海(最终热阱)。通过上述热量传递，保证核岛用户的余热能够源源不断的被排出，从而保证核电厂反应堆安全、可控和稳定地运行。
出于安全考虑，RRI/SEC传热系统通常采用冗余设计，即采用两个安全系列(A、B列)，当其中一个系列失效时，启动另外一列，从而保证反应堆的稳定安全运行。通常情况下，RRI系统14和SEC系统18的设计一旦确定，任何工况下除了隔离、换列、单双泵启动等操作外，将不对总流量进行调节。
由于现有的RRI/SEC换热器16是根据夏季T7温度设计的，而RRI系统14和SEC系统18均无流量调节手段，因此这样的系统配置用到北方厂址时，将会因冬季海水温度偏低(甚至出现冰点以下)而导致设备冷却水温度远低于15℃的限值(核电厂设备冷却水冷段温度T需满足以下要求：LOCA工况下，15℃≤T≤45℃；其他各种工况下，15℃≤T≤35℃)，无法保证核岛用户的最低温度要求。由此带来的过冷，将会使得部分设备无法执行其功能，尤其会给DEL系统(电气厂房冷冻水系统)和DEG系统(核岛冷冻水系统)冷机设备的长期稳定运行带来不利，影响机组的安全稳定运行，甚至导致机组在冬季非计划停堆，严重影响核电厂的经济性和安全性。因此，必须对现有的RRI系统14或SEC系统18进行改进，以使设备冷却水通过换热器16后，出口温度满足核岛用户的使用需求。
为此，一些已知机组对RRI/SEC换热器16的SEC侧进行了旁通调节，即在SEC管路上增加串联支路和并联支路，并安装调节阀组；海水低温条件下投运串联支路和并联支路，通过调节阀组状态的切换，改变通过换热器的流量或使设备冷却水回流，从而保证RRI侧出口温度维持在合适范围内。但是，这些改进方案都需要增加控制逻辑、仪表和控制设备，一是对DCS系统的改造较大，设计困难，二是需要在原核电厂有限的厂房空间内新增管道和设备，布置难度也很大，三是冬季运行换挡切换复杂，系统工艺的调试要求较高。
有鉴于此，确有必要提供一种不受制于海水温度变化的普适性核电厂设备冷却水系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种不受制于海水温度变化的普适性核电厂设备冷却水系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种核电厂设备冷却水系统，其包括连接管线、设于连接管线上的RRI/SEC换热器和冷机冷凝器；所述RRI/SEC换热器的RRI侧出入口由旁通管线连接而形成与RRI/SEC换热器并联的旁通支路，旁通管线上设有控制管线开闭的阀门；冷机冷凝器的RRI侧出口和入口由回流管线连接而形成回流支路，回流管线上设有驱动设备冷却水由冷机冷凝器的RRI侧出口经回流管线流回冷机冷凝器入口的回流泵。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述冷机冷凝器包括DEL冷机冷凝器和DEG冷机冷凝器，两种冷机冷凝器分别设有回流管线。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述DEL冷机冷凝器包括处于不同安全系列的多个冷机冷凝器，每一DEL冷机冷凝器都对应设有一条回流支路。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述每一DEL冷机冷凝器的RRI侧出口下游连接管线上都设有自动调节RRI侧总流量的电动调节阀。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述DEG冷机冷凝器包括多个，这些DEG冷机冷凝器的RRI侧入口和出口分别由入口总管和出口总管连接而形成并联结构；DEG冷机冷凝器的回流管线包括彼此独立的两条，两条回流管线并联地连接在出口总管和入口总管之间。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述DEG冷机冷凝器的入口总管上设有调节RRI侧总流量的手动调节阀。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述每条回流管线上都设有手动隔离阀、回流泵、逆止阀和孔板。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述每条回流管线的进出口分别设有一个手动隔离阀，回流泵、逆止阀和孔板则沿水流方向依次设置在两个手动隔离阀之间。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述RRI/SEC换热器包括多个，每一RRI/SEC换热器都对应设有一条旁通支路。
作为本实用新型核电厂设备冷却水系统的一种改进，所述每一旁通支路的管线上都设置有电动隔离阀和电动调节阀。
与现有技术相比，本实用新型核电厂设备冷却水系统通过采用“旁通+回流”的组合实现设备冷却水的温度调节，使机组能在“极端低温+极低负荷”的小概率事件下正常运行，因此可在任何厂址条件下解决北方冰冻水域核电厂在冬季可能带来的冷却水温度过低不满足核岛用户低温要求的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型核电厂设备冷却水系统及其有益效果进行详细说明，其中：
图1为现有核电厂最终热阱系统的一个安全系列示意图。
图2为本实用新型核电厂设备冷却水系统在RRI/SEC换热器的RRI侧增设旁通支路的结构示意图。
图3为本实用新型核电厂设备冷却水系统在DEL冷机冷凝器的RRI侧增设回流支路的结构示意图。
图4为本实用新型核电厂设备冷却水系统在DEG冷机冷凝器的RRI侧增设回流支路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。
为了解决较低海水温度条件下设备冷却水温度过温不能满足设备温度限值的问题，本实用新型在原有核电厂布置条件受限情况下，对RRI系统进行最小的改动以使之满足要求。
请参阅图2，本实用新型核电厂设备冷却水系统在每个系列并联的RRI/SEC换热器20的RRI侧增设旁通管线22形成旁通支路，旁通支路与RRI/SEC换热器20并联，使得设备冷却水可不经RRI/SEC换热器20换热而直接流回核岛用户。每条旁通管线22上都设置有电动隔离阀24和电动调节阀26。其中，电动调节阀26实现旁通管线22的流量调节，电动隔离阀24实现事故工况下的可靠隔离，确保机组的安全性。
当海水温度高于15℃(本申请的温度数值都可以根据实际需要进行设置，此处及下文仅为按常规取值进行说明)时，旁通管线22上的电动隔离阀24关闭，旁通支路被隔断而不起作用；当海水温度等于或低于15℃时，旁通管线22的电动隔离阀24打开，电动调节阀26则根据海水温度和负荷变化，自动调节开关状态和程度，调整进入RRI/SEC换热器20的RRI侧的流量，使已通过RRI/SEC换热器20冷却的设备冷却水与旁通支路未被冷却的设备冷却水混合，从而提高RRI/SEC换热器20的RRI系统出口的设备冷却水温度，使其保持在18℃-32℃之间；此过程中，如果电动调节阀26已经自动调节至全开/全关，则保持全开/全关状态。
由于现有核电厂管路布置的旁通能力有限，本实用新型核电厂设备冷却水系统还在冷冻水系统冷机冷凝器RRI侧管线上增设回流支路，使设备冷却水通过局部回流提高温度，达到最终满足冷机运行要求的目的。回流支路主要设置在DEL系统和DEG系统冷机冷凝器的RRI侧。
请参阅图3，本实用新型核电厂设备冷却水系统在每个系列的DEL冷机冷凝器30的RRI侧出口处增设一条连接至DEL冷机冷凝器30入口处的回流管线32，形成回流支路。每条回流管线32沿水流方向依次设置有手动隔离阀320、回流泵322、逆止阀324、孔板326和手动隔离阀328。其中，手动隔离阀320、328用于控制回流管线32的开闭；回流泵322将DEL冷机冷凝器30的RRI侧出口的水抽入回流管线32并送至DEL冷机冷凝器30的RRI侧入口处；逆止阀328保证回流管线32上的水不会倒流。当DEL冷机冷凝器30的RRI侧入口水温低于15℃时，回流管线32可通过使冷机冷凝器30出口处的水进行局部回流，来满足冷机启动、稳定运行对温度的要求。回流支路启动时，设置于DEL冷机冷凝器30的RRI侧出口下游管线上的电动调节阀34将自动调节RRI侧总流量，使之与回流流量相匹配来满足DEL冷机冷凝器30的运行要求。
请参阅图4，本实用新型核电厂设备冷却水系统包括三个并联的DEG冷机冷凝器40，三个DEG冷机冷凝器40的RRI侧入口和出口分别由入口总管410和出口总管412连接。为了满足冷机启动、稳定运行对温度的要求，本实用新型在DEG冷机冷凝器40的RRI侧出口总管412上增设两条连接至入口总管410的回流管线42，形成两条并联的回流支路。每条回流管线42沿水流方向依次设置有手动隔离阀420、回流泵422、逆止阀424、孔板426和手动隔离阀428。其中，手动隔离阀420、428用于控制回流管线42的开闭；回流泵422将DEG冷机冷凝器40的RRI侧出口处的水抽入回流管线42并送至DEG冷机冷凝器40的RRI侧入口处；逆止阀428保证回流管线42上的水不会倒流。当DEG冷机冷凝器40的RRI侧入口水温低于15℃时，回流管线42可通过使冷机冷凝器40出口处水的局部回流，满足冷机启动、稳定运行的要求。回流支路启动时，可通过设置于入口总管410上、位于回流支路接入点上游的手动调节阀44调节RRI侧总流量，使之与回流流量相匹配来满足DEG冷机冷凝器40的运行要求。
设置两条并联回流管线42是出于安全考虑的冗余设计，二者一用一备，当其中一条失效时，启动另一条。
在本实用新型核电厂设备冷却水系统中，新增的电动隔离阀24、电动调节阀26、回流泵322均为需应急柴油机供电的安全3级、抗震1A设备；新增的回流泵422为需要应急柴油机供电的非抗震设备；新增的设备和管道材料均为碳钢。
本实用新型核电厂设备冷却水系统的运行过程如下：
1)当海水温度高于15℃时，RRI/SEC换热器20的RRI侧旁通管线22上的电动隔离阀24关闭，旁通支路被隔断而不起作用；DEL冷机冷凝器30、DEG冷机冷凝器40的RRI侧回流管线32、42上的回流泵322、422停运，回流支路同样不起作用；
2)当SEC系统中的海水温度等于或低于15℃时，触发温度黄色报警，提醒运行人员将RRI/SEC换热器20的RRI侧旁通管线22上的电动隔离阀24远程手动打开，此时电动调节阀26处于关闭状态；当RRI/SEC换热器20的RRI侧出口温度低于18℃时，触发RRI系统温度白色报警，自动开大RRI/SEC换热器20旁通支路上的电动调节阀26的开度；当RRI/SEC换热器20的RRI侧出口温度高于32℃时，触发RRI系统温度白色报警，自动关小RRI/SEC换热器20旁通支路上的电动调节阀26的开度；电动调节阀26的开度每次调整10度，调整间隔时间为120s，其保证使RRI/SEC换热器20的RRI侧出口温度维持在18-32℃之间；若电动调节阀26全开时仍不能将RRI/SEC换热器20的RRI侧出口温度控制在大于等于18℃，则维持阀门全开状态，不再有后续动作；
3)当RRI系统旁通管线22的电动调节阀26全开、RRI/SEC换热器20的RRI侧出口温度仍低于15℃时，则主控室会根据温度白色报警自动启动DEL冷机冷凝器30、DEG冷机冷凝器40的RRI侧回流管线32、42上的回流泵322、422(回流管线32、42上的手动隔离阀320、328、420、428的初始状态均为打开状态)；同时，DEL系统回路通过电动调节阀34自动调节RRI侧总流量，使之与回流流量匹配来满足DEL冷机冷凝器30的运行要求；对DEG来说，可以通过RRI系统手动调节阀44调节RRI侧总流量，使之与回流流量匹配来满足DEG冷机冷凝器40的运行要求，如果手动调节阀44没有启动或发生故障，则可以远程手动启动备用回流管线42上的回流泵422；当RRI出口温度高于16℃时，则通过报警自动停运DEG冷机冷凝器40的RRI侧回流管线32、42上的回流泵322、422；
4)在事故工况下，当接到安全壳喷淋“CS”再循环信号时，延时60s后(时间可修改)自动关闭RRI/SEC换热器20旁通管线22上的电动隔离阀24，以保证机组的安全运行；此时，DEL冷机冷凝器30、DEG冷机冷凝器40的RRI侧回流管线32、42上的回流泵322、422根据温度报警信号自动启停，如果主控室没有启动，可以通过现场和电气间手动启动和停运。
通过以上描述可知，本实用新型核电厂设备冷却水系统通过在RRI/SEC换热器20的RRI侧设置旁通支路，有效提高了冷却水出口水温，满足大多数冬季海水温度条件下核岛用户的水温要求，为保证这些用户稳定运行提供了保障。同时，在DEL冷机冷凝器30、DEG冷机冷凝器40的RRI侧设置回流支路，当RRI/SEC换热器20的RRI侧设置旁通支路全开仍不能满足温度要求时，通过回流泵322、422使DEL冷机冷凝器30、DEG冷机冷凝器40出口的热水回流，以有效应对“极端低温+极低负荷”的小概率事件，确保冬季工况下DEL、DEG系统不跳机，避免因核电机组因此停堆而产生经济损失。
可见，本实用新型核电厂设备冷却水系统采用“旁通+回流”的组合实现了设备冷却水的温度调节，使机组能在“极端低温+极低负荷”的小概率事件下正常运行。作为较优的选择，本实用新型RRI/SEC换热器20的RRI侧设置旁通支路采用电动调节阀26自动控制，不会由于手动操作带来的人因失误；电动调节阀26和电动隔离阀24安装在同一根旁通管线22上，最大可能的节省布置空间，而且做到了最大的旁通能力。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (10)
1.一种核电厂设备冷却水系统，其包括连接管线、设于连接管线上的RRI/SEC换热器和冷机冷凝器，其特征在于：所述RRI/SEC换热器的RRI侧出入口由旁通管线连接而形成与RRI/SEC换热器并联的旁通支路，旁通管线上设有控制管线开闭的阀门；冷机冷凝器的RRI侧出口和入口由回流管线连接而形成回流支路，回流管线上设有驱动设备冷却水由冷机冷凝器的RRI侧出口经回流管线流回冷机冷凝器入口的回流泵。
2.根据权利要求1所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述冷机冷凝器包括DEL冷机冷凝器和DEG冷机冷凝器，两种冷机冷凝器分别设有回流管线。
3.根据权利要求2所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述DEL冷机冷凝器包括处于不同安全系列的多个冷机冷凝器，每一DEL冷机冷凝器都对应设有一条回流支路。
4.根据权利要求3所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述每一DEL冷机冷凝器的RRI侧出口下游连接管线上都设有自动调节RRI侧总流量的电动调节阀。
5.根据权利要求2所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述DEG冷机冷凝器包括多个，这些DEG冷机冷凝器的RRI侧入口和出口分别由入口总管和出口总管连接而形成并联结构；DEG冷机冷凝器的回流管线包括彼此独立的两条，两条回流管线并联地连接在出口总管和入口总管之间。
6.根据权利要求5所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述DEG冷机冷凝器的入口总管上设有调节RRI侧总流量的手动调节阀。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述每条回流管线上都设有手动隔离阀、回流泵、逆止阀和孔板。
8.根据权利要求7所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述每条回流管线的进出口分别设有一个手动隔离阀，回流泵、逆止阀和孔板则沿水流方向依次设置在两个手动隔离阀之间。
9.根据权利要求1所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述RRI/SEC换热器包括多个，每一RRI/SEC换热器都对应设有一条旁通支路。
10.根据权利要求9所述的核电厂设备冷却水系统，其特征在于：所述每一旁通支路的管线上都设置有电动隔离阀和电动调节阀。
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