海南核電硼回收系統(tǒng)管道伴熱改造分析

□胡永強(qiáng) 黃渝祝 韓攬月

一、概述

海南核電硼回收系統(tǒng)為1#&2#機(jī)組的公用系統(tǒng)(9TEP系統(tǒng))，其主要功能為：第一，通過化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)下泄流管線收集來自于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和核島疏水排氣系統(tǒng)(RPE系統(tǒng))的含氫冷卻劑；第二，處理含氫的冷卻劑，以得到反應(yīng)堆的補(bǔ)給水和重量百分比為4%的硼酸溶液。

在9TEP運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)KIC上經(jīng)常觸發(fā)9TEP705KA和9TEP706KA低溫報警，經(jīng)分析后認(rèn)為濃硼傳輸管道上沒有設(shè)計硼伴熱造成，且當(dāng)濃硼流經(jīng)未伴熱的管線時還存在結(jié)晶堵塞管道的可能，其結(jié)晶分析分析如下：除氣后的冷卻劑進(jìn)入中間槽暫存，待滿后通過自然循環(huán)蒸發(fā)器處理，分離成濃硼溶液和反應(yīng)堆使用的補(bǔ)給水(即蒸餾液)；濃硼溶液經(jīng)9TEP系統(tǒng)的蒸發(fā)器001/002EV排放管線的冷卻器005/006RF后，經(jīng)管道9TEP0030、9TEP0031、9TEP1125-1、9TEP1125-2排放至濃縮液槽007/016BA儲存；目前此低溫報警消除的方法只有一種：重新啟動蒸發(fā)器進(jìn)行硼水分離時，通過高溫濃縮液排放讓管道升溫，使管道溫度升至低報值以上；但蒸發(fā)器只在需要時啟動，大部分時間處于停運(yùn)狀態(tài)，特別是海南核電雙機(jī)組大修時兩臺硼伴熱蒸發(fā)器都要停運(yùn)，因此這兩個報警頻繁觸發(fā)。

因此需要對原設(shè)計進(jìn)行完善，在管道9TEP0030、9TEP0031、9TEP1125-1、9TEP1125-2敷設(shè)伴熱絲及熱電偶，以解決9TEP705KA和9TEP706KA低溫報警及結(jié)晶風(fēng)險問題。

二、計算分析遵循的準(zhǔn)則及適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

伴熱改造一是根據(jù)需要伴熱的管道進(jìn)行重新設(shè)計新的配電盤、伴熱電路盤及熱電偶接線箱，這一改造思路，技改工作內(nèi)容較多，實(shí)施較復(fù)雜；二是分析現(xiàn)有配電盤、伴熱電路盤的剩余能力(設(shè)計裕量)是否滿足新增伴熱絲的功率要求，若滿足要求，則技改實(shí)施就相對容易且費(fèi)用較少。本文即是針對利用現(xiàn)有配電盤、伴熱電路盤的剩余能力進(jìn)行的伴熱管道的計算分析。

由于是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造，其計算分析須遵循以下準(zhǔn)則：第一，經(jīng)過分析后新增加的伴熱絲的設(shè)計需要遵循原設(shè)計要求，即新增的伴熱也需要具有正常和備用兩個冗余的系統(tǒng)，正?；芈愤B續(xù)運(yùn)行，備用回路僅在正?；芈烦霈F(xiàn)故障時自動投入；第二，被伴熱回路的控制的介質(zhì)結(jié)晶溫度至少需加上4℃的安全裕量來選定溫度定值，且還需考慮濃縮液經(jīng)過NX廠房時的環(huán)境溫度；第三，按原設(shè)計要求，計算分析需要假定失去全部電源后15分鐘內(nèi)防止結(jié)晶的原則來確定保溫層，但原設(shè)計已制作保溫層，因此需要根據(jù)已制作的保溫層的熱損失來選取伴熱電源等級；第四，伴熱元件的伴熱功率還需與被伴熱管道、保溫層、環(huán)境最低溫度、濃縮液最高溫度之差匹配。

三、9TEP管道伴熱熱損計算及電壓功率的確定

(一)9TEP管道熱損失計算。為明確加熱電纜的功率及整個硼伴熱系統(tǒng)的功率分配，要對硼酸溶液流過的管道和設(shè)備的熱損失進(jìn)行詳細(xì)計算。根據(jù)硼伴熱系統(tǒng)及EOMM手冊中提供的計算簡要說明，根據(jù)9TEP管道9TEP0030、9TEP0031、9TEP1125-1、9TEP1125-2的布置、保溫等情況。

Ho為空氣總傳熱系數(shù)，W/m2.℃;Hi為空間層傳熱系數(shù)，W/m2.℃；Kin為保溫層熱導(dǎo)率，W/m2.℃；Tp為管道外表面溫度，℃；Tin為保溫層外表面溫度，℃；Tc為金屬防護(hù)層壁溫，℃；Tamb為環(huán)境溫度；Dp為管道外徑，m；Dc為保溫層外金屬外徑，m。

根據(jù)熱硼伴熱系統(tǒng)手冊及傳熱學(xué)原理，管道熱損失標(biāo)準(zhǔn)計算公式[1]如下：

q=(Tp-Tamb)/(Rin+Ri+Ro)

其中Rin為保溫層熱阻，Ri為空間層熱阻，Ro為金屬防護(hù)層外的空氣熱阻；保溫層熱阻Rin=Ln(Dc/Dp)/2×π×Kin,Kin=0.031+0.000085(Tin+TP)；空間層熱阻Ri=Ri=1/(π×Dc×hi),hi=hri+hci；金屬防護(hù)層外的空氣熱阻Ro=1/(π×Dc×ho),ho=hro+hco。

保溫層，空氣層，金屬防護(hù)層外空氣的熱流都等于q，進(jìn)而可求出管道熱損q。為確保核電廠運(yùn)行安全，在伴熱設(shè)計時，選取安全系數(shù)1.3，即可得管道熱損Q=1.3q。

管道的附件(法蘭閥，止回閥，支架)的計算采用等效長度法，即該等效管道長度的熱損值相當(dāng)于此管道附件整體的熱損值。通過查管道附件等效長度表，折算成管道長度后計算熱損值。

因現(xiàn)場已設(shè)計有保溫層，根據(jù)現(xiàn)場測量參數(shù)，管道直徑Dp=1.5inch，保溫層厚度=40mm，按照硼伴熱系統(tǒng)手冊中TEP系統(tǒng)7,000～7,700PPM硼濃度的管道溫度設(shè)計值Tp=42℃，環(huán)境溫度Tamb=7℃。

(二)伴熱絲電壓等級及功率的計算分析。根據(jù)回路和設(shè)計的需求選用電加熱元件進(jìn)行校核計算。第一，計算相應(yīng)的理論配電電壓，按照理論電壓等于或約等于最小配電電壓U×85%的原則，確定正常配電電壓U。第二，按照配電電壓(85%～110%)U范圍內(nèi)波動的原則，分別計算相應(yīng)最大功率、最小功率、單位熱元件長度的最大功率。熱元件單位長度的最大功率要小于100W/m。第三，根據(jù)硼伴熱系統(tǒng)手冊設(shè)定，TEP 7,000～7,700PPM濃硼溶液管道設(shè)定管道溫度為42℃，參考硼回收系統(tǒng)其余管道設(shè)計值，從保守決策考慮，設(shè)定管道主伴熱回路啟停溫度為45℃，50℃，備用伴熱回路啟停溫度為40℃，45℃，低溫報警溫度選擇為35℃，高溫報警溫度選定為65℃。

軟件部分需在PLC軟件中增加對應(yīng)的測量點(diǎn)、報警信號點(diǎn)及控制邏輯。上位機(jī)上需要增加4條管道的熱電偶溫度信號顯示，高低溫報警信號。

四、結(jié)語

本文通過對硼回收系統(tǒng)硼濃縮液管道9TEP0030、9TEP0031、9TEP1125-1、9TEP1125-2的伴熱計算，得出伴熱絲電壓等級及伴熱功率需求，根據(jù)已有伴熱電路盤的設(shè)計電源功率，得出了僅利用已有伴熱電路盤的功率就可以滿足本次技改要求，從而節(jié)省大量技改經(jīng)費(fèi)；另外，對伴熱的測量部分，也可充分利用現(xiàn)有測量與控制部分即可解決新增熱電偶的測量與控制，節(jié)省了測量及控制卡件，PLC軟件中僅需增加溫度測點(diǎn)及控制信號和對應(yīng)的控制邏輯，不需對軟件做大的改動，從而保證了目前軟件的完整性與有效性。通過該技改可消除9TEP705KA和9TEP706KA低溫報警現(xiàn)象，同時解決了這4段管道硼結(jié)晶的風(fēng)險,。