第三代核電站與二代核電站的化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的對(duì)比

李悅　李明

摘 要：化學(xué)與容積控制系統(tǒng)是反應(yīng)堆冷卻重要輔助系統(tǒng)，主要承擔(dān)水化學(xué)及容積控制。該文介紹了第三代壓水堆型化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）和二代壓水堆電站化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（RCV）的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及系統(tǒng)流程；分析了化學(xué)與容積控制系統(tǒng)在這兩種堆型中的主要差異。通過(guò)對(duì)這兩種堆型中化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的差異性比較，從理論上驗(yàn)證了第三代堆型化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化性和優(yōu)越性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)別降低及設(shè)備級(jí)別降低，不僅降低造價(jià)，而且有助于實(shí)現(xiàn)相關(guān)國(guó)產(chǎn)化自主化目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)與容積控制系統(tǒng) 壓水堆 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 對(duì)比

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（c）-0058-02

化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）的一個(gè)主要的輔助系統(tǒng)。對(duì)RCS進(jìn)行水化學(xué)控制、容積控制，同時(shí)也提供了反應(yīng)性控制手段，在反應(yīng)堆啟動(dòng)、停運(yùn)及正常運(yùn)行過(guò)程中起著十分重要的作用。就三代堆型CVS與傳統(tǒng)壓水堆型中的化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（RCV）作比較，分析兩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)差異。

1 三代核電CVS設(shè)計(jì)和流程

三代核電CVS提供安全隔離、終止RCS意外硼稀釋、保持RCS壓力邊界完整性、隔離超量補(bǔ)水、CVS下泄隔離的安全相關(guān)功能。同時(shí)提供補(bǔ)充RCS水裝量、RCS硼化、穩(wěn)壓器輔助噴淋的縱深防御功能。

CVS由下泄熱交換器、再生熱交換器、離子交換器、補(bǔ)水泵、過(guò)濾器、水箱及相關(guān)閥門、管道及儀表組成。系統(tǒng)由一個(gè)位于反應(yīng)堆安全殼廠房?jī)?nèi)的凈化回路和位于安全殼廠房外的補(bǔ)水下泄設(shè)備構(gòu)成（圖1）。

CVS包括以下功能子系統(tǒng)。

凈化環(huán)路子系統(tǒng)：凈化回路位于安全殼內(nèi)，運(yùn)行在RCS壓力下，由反應(yīng)堆冷卻劑泵（主泵）來(lái)提供凈化流量的驅(qū)動(dòng)壓頭。在功率運(yùn)行期間，冷卻劑通過(guò)整個(gè)凈化環(huán)路連續(xù)循環(huán)。從主泵出口開始，通過(guò)再生熱交換器，被上充流冷卻后，經(jīng)過(guò)下泄熱交換器進(jìn)一步被冷卻。下泄冷卻劑通過(guò)混床（必要時(shí)再通過(guò)陽(yáng)床）再通過(guò)后置過(guò)濾器，最后回流至再生式熱交換器內(nèi)加熱，回到主泵入口。由于凈化回路的驅(qū)動(dòng)力是由閉合的RCS回路主泵壓頭提供的，所以維持凈化不需要補(bǔ)水泵運(yùn)行。

補(bǔ)水子系統(tǒng)：包括高壓補(bǔ)水泵及相關(guān)的吸入排出管道。通過(guò)一根入口母管從硼酸儲(chǔ)存箱和/或除鹽水系統(tǒng)取水。兩臺(tái)補(bǔ)水泵的出口管道合并成補(bǔ)水總管，然后與反應(yīng)堆冷卻劑過(guò)濾器下游的凈化回路相連。補(bǔ)水泵用于向RCS提供補(bǔ)水、向RCS添加化學(xué)藥品、一回路充水和壓力試驗(yàn)，以及為穩(wěn)壓器輔助噴霧提供硼化補(bǔ)水。

下泄子系統(tǒng)：包括反應(yīng)堆冷卻劑過(guò)濾器下游的排水管線。流體通過(guò)一個(gè)下泄孔板和安全殼隔離閥，輸送到放射性液體廢物系統(tǒng)。下泄管線的功能是在正常電站運(yùn)行、功率變化、啟動(dòng)和停堆期間降低RCS裝量。

鋅/氫注入子系統(tǒng)：來(lái)自注鋅組件和氫添加管線的管道合并成一條母管，進(jìn)入安全殼內(nèi)，連接到凈化回路再生熱交換器殼側(cè)出口管的下游。氫氣由位于廠區(qū)的高壓氫氣瓶提供。注鋅組件位于汽輪機(jī)廠房以極小的流量和高于RCS運(yùn)行的壓力向RCS添加醋酸鋅溶液。

輔助噴淋子系統(tǒng)：是再生熱交換器下游凈化回流管線上的分支管線，需要時(shí)向穩(wěn)壓器供應(yīng)噴淋含硼水。

2 第二代電站RCV的設(shè)計(jì)和流程

RCV由4部分組成，還有一條低壓下泄管線和一條除硼管線（圖2）。

凈化回路：下泄流經(jīng)一個(gè)三通閥進(jìn)入混合離子床，進(jìn)入間斷運(yùn)行的除陽(yáng)離子床。再經(jīng)后過(guò)濾器進(jìn)入容積控制箱。當(dāng)下泄流溫度高于570 ℃時(shí)，混合離子床前的三通閥便受控將下泄流導(dǎo)向旁路，經(jīng)下游的三通閥流入硼回收系統(tǒng)。

下泄回路：經(jīng)兩個(gè)隔離閥進(jìn)入再生熱交換器殼側(cè)，實(shí)施下泄流的一次降溫。再經(jīng)一組減壓孔板，實(shí)施一次降壓。下泄流經(jīng)隔離閥進(jìn)入下泄熱交換器的管側(cè)，殼側(cè)由設(shè)冷水將下泄流二次降溫。經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥二次降壓后，進(jìn)入過(guò)濾器濾去懸浮顆粒。

上充回路：下泄流經(jīng)三通閥進(jìn)入容積控制箱。當(dāng)容積控制箱液位高時(shí)，三通閥則將下泄的部分或全部導(dǎo)向硼回收系統(tǒng)。容積控制箱為上充泵提供水源，上充泵將下泄流的壓力提高。

軸封水及過(guò)剩下泄回路：軸封水流經(jīng)過(guò)濾器除去固體雜質(zhì)后進(jìn)入主泵1號(hào)軸封。軸封水大部分順軸而下冷卻軸承后進(jìn)入RCP，剩余部分則經(jīng)1號(hào)軸封的結(jié)合面作為軸封水回流被回收。軸封水回流經(jīng)過(guò)濾器除去固體顆粒并經(jīng)軸封回流熱交換器冷卻后返回上充泵入口。

低壓下泄管線：當(dāng)RCP壓力較低時(shí)，從三組降壓孔板下泄的流量很小。此時(shí)將從余熱排出熱交換器出口引出下泄流經(jīng)氣動(dòng)閥，從降低孔板下游進(jìn)入下泄回路，此管線稱為低壓下泄管線。在反應(yīng)堆處于換料或維修冷停堆時(shí)，下泄流經(jīng)凈化回路處理后，不經(jīng)過(guò)容積控制箱和上充泵，直接返回余熱排出系統(tǒng)。

除硼管線：如果RCP硼濃度太高，則要進(jìn)行除硼操作。此時(shí)，由一個(gè)三通閥把下泄流引向除硼單元，經(jīng)處理后，再經(jīng)返回容積控制箱。

3 CVS和RCV的對(duì)比

3.1 安全級(jí)別方面

當(dāng)一回路發(fā)生失水事故時(shí)，RCV上充泵還將作為高壓安注泵將硼水注入一回路的冷端或冷、熱雙端。三代技術(shù)非能動(dòng)安全設(shè)施以及不調(diào)硼負(fù)荷跟蹤技術(shù)的應(yīng)用，CVS不再執(zhí)行相關(guān)安全功能，上充泵只用作上充，不兼顧高壓安注功能，也不參與負(fù)荷跟蹤，取消了硼回收系統(tǒng)。CVS由主泵提供驅(qū)動(dòng)壓頭，其他部分位于安全殼以外，不構(gòu)成冷卻劑的承壓邊界。因此降低為非安全級(jí)，除少量隔離設(shè)施外，系統(tǒng)中其他設(shè)施均為非安全相關(guān)設(shè)施。

3.2 凈化方面

RCV利用上沖泵提供凈化流量的驅(qū)動(dòng)壓頭，完成一回路水質(zhì)凈化；CVS凈化回路位于安全殼內(nèi)，由主泵來(lái)提供凈化流量的驅(qū)動(dòng)壓頭，取消了容積控制箱，實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)高壓凈化，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。

3.3 加氫方面

當(dāng)一回路含氧量增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致加大化學(xué)腐蝕，所以正常運(yùn)行時(shí)，化學(xué)與容積控制系統(tǒng)要向一回路加入一定量的氫氣來(lái)抑制水輻照分解產(chǎn)生氧。RCV向容控箱內(nèi)充入氫氣，通過(guò)上充泵進(jìn)入一回路，而CVS取消了容積控制箱，氫是通過(guò)直接向RCS注入高壓氫氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.4 主泵的改動(dòng)引起CVS不同

二代電站中的主泵采用的是軸密封冷卻劑泵，需要RCV保持連續(xù)的上充流和下泄流，來(lái)提供主泵的軸封水，第三代核電的主泵采用無(wú)軸密封的全屏蔽式結(jié)構(gòu)，取消了主泵軸封水系統(tǒng)，因此化學(xué)與容積控制系統(tǒng)不需保持連續(xù)的上充流和下泄流，并杜絕了軸封注水管線破裂事故，不僅降低了系統(tǒng)的要求、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，還提升了安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)兩種堆型化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的對(duì)比，差異主要體現(xiàn)CVS有較大的簡(jiǎn)化，其主要特點(diǎn)如下：取消了硼回收系統(tǒng)和容積控制箱，采用高壓加氫技術(shù)；CVS凈化回路利用運(yùn)行主泵的壓頭作為凈化流的驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)高壓凈化；第三代核電的主泵采用了無(wú)泄漏且不需要軸封注入的屏蔽式泵，取消了主泵軸封水系統(tǒng)，因此CVS不需保持連續(xù)的上充流和下泄流；棒控系統(tǒng)可以在不調(diào)硼的條件下進(jìn)行負(fù)荷跟蹤，故正常運(yùn)行時(shí)位于安全殼外的CVS子系統(tǒng)不需要連續(xù)運(yùn)行。

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