RELAP5應(yīng)用于PRS系統(tǒng)蒸汽管道隔離閥常關(guān)對(duì)自然循環(huán)建立時(shí)間的影響分析

曹思民　張玉龍　賴建永　任云　黃偉　李海穎

【摘 要】田灣核電廠5&6號(hào)機(jī)組作為M310改進(jìn)機(jī)型，新增了蒸汽發(fā)生器二次側(cè)非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)（PRS）作為嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措施。蒸汽發(fā)生器二次側(cè)非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)的蒸汽管道與主蒸汽管道相連，凝水管道與輔助給水系統(tǒng)管道相連。在開展布置工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)蒸汽管線非常長(zhǎng)，若PRS系統(tǒng)蒸汽管線與主蒸汽管線之間的隔離閥常開，會(huì)對(duì)PRS系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，因此考慮將PRS系統(tǒng)蒸汽隔離閥的狀態(tài)由常開變換為常關(guān)。本文使用RELAP5熱工水力計(jì)算程序?qū)RS系統(tǒng)蒸汽隔離閥常關(guān)狀態(tài)下PRS系統(tǒng)壓力平衡時(shí)間開展工作，并分析了蒸汽隔離閥常關(guān)對(duì)自然循環(huán)的影響。

【關(guān)鍵詞】田灣核電廠5、6號(hào)機(jī)組；二次側(cè)非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)（PRS）；Relap5

0 前言

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)（PRS）為壓水堆核電廠嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措施，在發(fā)生全廠斷電事故疊加輔助給水系統(tǒng)汽動(dòng)泵系列失效事故，和全部喪失給水事故工況下，在不超過冷卻劑壓力邊界設(shè)計(jì)條件的前提下，通過蒸汽發(fā)生器以非能動(dòng)的方式導(dǎo)出堆芯衰變熱及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)各設(shè)備的顯熱至環(huán)境最終熱阱，實(shí)現(xiàn)事故后的緩解作用。

每個(gè)環(huán)路的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)都設(shè)置一個(gè)非能動(dòng)冷卻系列。每個(gè)系列包括一臺(tái)應(yīng)急余熱排出冷卻器以及必要的閥門、管道和儀表。三個(gè)系列共用一臺(tái)冷凝水箱。對(duì)于每個(gè)PRS系列（以1號(hào)系列為例，流程示意圖見圖1），蒸汽管線在安全殼外與主蒸汽管道相連，蒸汽管線上設(shè)置一臺(tái)常開的隔離閥（PRS101VV）。蒸汽管線的另一端在經(jīng)過一個(gè)U形水封后連接應(yīng)急余熱排出冷卻器入口封頭的接管嘴，應(yīng)急余熱排出冷卻器布置在冷凝水箱底部，要求在整個(gè)機(jī)組運(yùn)行期間（包括PRS投入運(yùn)行期間），該冷卻器都浸泡在水中，不允許裸露。冷凝水管道連接應(yīng)急余熱排出冷卻器下封頭接管嘴，并在管道上設(shè)置兩臺(tái)并聯(lián)的隔離閥。冷凝水管線的另一端貫穿安全殼后接入輔助給水管道止回閥，通過輔助給水管道返回蒸汽發(fā)生器二次側(cè)。

1 問題簡(jiǎn)述

由于布置原因，PRS蒸汽管道較長(zhǎng)，在已有的PRS設(shè)計(jì)方案中，將PRS蒸汽管道隔離閥設(shè)置為常開狀態(tài)，此時(shí)蒸汽管道隔離閥后的管道壓力約與主蒸汽管道壓力相同，PRS啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后下游閥門開啟，便能建立自然循環(huán)，PRS流程示意圖見圖1。為避免PRS系統(tǒng)對(duì)二回路的正常運(yùn)行造成影響，爭(zhēng)取正常運(yùn)行時(shí)關(guān)閉蒸汽隔離閥，現(xiàn)考慮將PRS蒸汽管道隔離閥設(shè)置為常關(guān)狀態(tài)。若考慮將PRS蒸汽管道隔離閥設(shè)置為常關(guān)，則蒸汽管道隔離閥后的管道初始?jí)毫^低。

PRS啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出以后，開啟蒸汽隔離閥，待管道內(nèi)壓力達(dá)到與主蒸汽管道壓力大概相同時(shí)，才能開啟下游閥門使PRS建立自然循環(huán)。為了評(píng)估蒸汽管道隔離閥設(shè)置為常關(guān)狀態(tài)對(duì)PRS系統(tǒng)自然循環(huán)建立時(shí)間的影響，需要對(duì)PRS蒸汽管道隔離閥打開后閥后管道壓力隨時(shí)間的變化進(jìn)行計(jì)算分析。

2 計(jì)算

2.1 計(jì)算軟件

本次采用熱工流體計(jì)算軟件RELAP5對(duì)上述問題進(jìn)行模擬計(jì)算。RELAP5是美國(guó)愛德華國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一款大型系統(tǒng)分析程序，可求解多相流動(dòng)的質(zhì)量、動(dòng)量及能量方程，經(jīng)過多年的驗(yàn)證及完善，廣泛應(yīng)用于壓水堆核電廠的系統(tǒng)運(yùn)行以及事故工況分析。

2.2 計(jì)算假設(shè)

假設(shè)管壁通過保溫處于絕熱狀態(tài)，蒸汽管道不會(huì)通過散熱引起壓力下降。假設(shè)蒸汽管道隔離閥開口面積隨開啟時(shí)間呈線性變化。

2.3 計(jì)算輸入

蒸汽管道面積為0.15m2，隔離閘閥全開面積為0.15m2，初始狀態(tài)為關(guān)閉，隔離閥前蒸汽壓力為6.89MPa，濕度為0.03。閥后蒸汽管道長(zhǎng)度為135m，初始?jí)毫?.102MPa。根據(jù)閥門開啟時(shí)間以及閥后濕度的不同，進(jìn)行了四種模型的計(jì)算，各模型的開啟時(shí)間與濕度如表1所示：

3 結(jié)論

若考慮PRS蒸汽管道隔離閥常關(guān)，則采用最保守的假設(shè)（模型1）得到，PRS蒸汽管道隔離閥在開啟7s后使閥后管道壓力與閥前管道壓力相同，因此PRS蒸汽管道隔離閥常關(guān)的方案對(duì)PRS自然循環(huán)建立時(shí)間的影響非常小。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張玉龍，賴建永，任云，曹思民，劉文靜.蒸汽發(fā)生器二次側(cè)非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)蒸汽管道凝水影響分析[J].科技視界，2016（13）：143.

[責(zé)任編輯：田吉捷]