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      某三代核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)改進(jìn)分析

      2019-04-02 02:27:44滕浩楊清中國(guó)核電工程有限公司北京100084
      中國(guó)房地產(chǎn)業(yè) 2019年5期
      關(guān)鍵詞:熱交換器核電站冷卻水

      文/滕浩、楊清 中國(guó)核電工程有限公司 北京 100084

      1、某核電站設(shè)備冷卻水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

      設(shè)備冷卻水系統(tǒng)是為核島相關(guān)工藝系統(tǒng)提供設(shè)備冷卻水,在電站運(yùn)行期間,以及在停堆換料期間將各設(shè)備和設(shè)施產(chǎn)生的熱量通過(guò)廠用水系統(tǒng)傳遞到環(huán)境。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩個(gè)機(jī)械系列,每個(gè)系列包括一臺(tái)設(shè)備冷卻水泵和一臺(tái)冷卻水熱交換器,在公共母管上設(shè)一個(gè)波動(dòng)箱和化學(xué)添加箱。系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如下圖1:

      圖1

      設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的安全相關(guān)功能是,對(duì)貫穿安全殼屏障的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)管線進(jìn)行安全殼隔離。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的縱深防御功能對(duì)防止非能動(dòng)安全系統(tǒng)的動(dòng)作有重要作用,包括:正常停堆冷卻、換料工況熱量導(dǎo)出、補(bǔ)水泵保護(hù)、乏燃料的冷卻。

      2、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)存在的問題

      設(shè)備冷卻水系統(tǒng)需要在電站整個(gè)壽期內(nèi)連續(xù)運(yùn)行,采用了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),設(shè)備冷卻水系統(tǒng)成為非安全相關(guān)系統(tǒng),系統(tǒng)僅有1列母管和2臺(tái)泵。設(shè)冷水系統(tǒng)喪失時(shí)用非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)來(lái)冷卻堆芯,可能會(huì)導(dǎo)致非能動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步動(dòng)作,進(jìn)而對(duì)電站造成一定程度的損傷和破壞。用消防水對(duì)正常余熱排除系統(tǒng)進(jìn)行冷卻,僅能持續(xù)幾個(gè)小時(shí),消防水質(zhì)差將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響,系統(tǒng)恢復(fù)困難。從電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和投資保護(hù)角度考慮,希望非能動(dòng)專設(shè)安全設(shè)施在整個(gè)壽期之內(nèi)不需要?jiǎng)幼?,這就要求設(shè)備冷卻水系統(tǒng)有非常高的可靠性。

      2.1 部分閥門檢修困難

      設(shè)備冷卻水系統(tǒng)部分閥門,只有在系統(tǒng)停運(yùn)的情況下才可以對(duì)其進(jìn)行檢修。經(jīng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)難以隔離檢修的閥門有20英寸閥門5個(gè)、12英寸閥門2個(gè)、10英寸閥門1個(gè)、8英寸閥門1個(gè)、6英寸閥門3個(gè)、4英寸閥門1個(gè)、3英寸閥門1個(gè)。

      波動(dòng)箱材料為碳鋼,應(yīng)安排一定間隔周期的檢查,期間將排空,進(jìn)行內(nèi)部除銹、測(cè)壁厚。系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行要求波動(dòng)箱始終保持正常液位,使得位于波動(dòng)箱到母管之間的連接管道上的閥門無(wú)法隔離,該閥門沒有檢修窗口。

      2.2 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)泵備用不足

      設(shè)備冷卻水系統(tǒng)在電站所有運(yùn)行模式下都需要持續(xù)運(yùn)行,對(duì)設(shè)冷水泵和設(shè)冷熱交換器的維修工作安排在電站正常運(yùn)行模式下進(jìn)行。在一列泵和熱交換器檢修的過(guò)程中,運(yùn)行泵和熱交換器出現(xiàn)故障,設(shè)備冷卻水系統(tǒng)喪失,導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆并且無(wú)法正常停堆冷卻,較長(zhǎng)時(shí)間設(shè)備冷卻水系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)將導(dǎo)致非能動(dòng)安全系統(tǒng)動(dòng)作,可能會(huì)對(duì)電站造成一定程度的破壞。

      主系統(tǒng)半管運(yùn)行是為了對(duì)蒸發(fā)器等設(shè)備進(jìn)行檢修,此過(guò)程中需要2臺(tái)泵和熱交換器都運(yùn)行,此過(guò)程中同樣沒有備用的設(shè)備冷卻水泵,若1臺(tái)泵故障,應(yīng)盡快恢復(fù)故障泵保持2列運(yùn)行,或退出半管運(yùn)行狀態(tài)。

      3、改進(jìn)分析

      以往核電項(xiàng)目在“先工程,后商務(wù)”的指導(dǎo)思想下,建安發(fā)包方采取粗放型的管理模式,使建安合同結(jié)算工作舉步維艱;三代核電項(xiàng)目對(duì)建安合同執(zhí)行階段管理工作的準(zhǔn)確性和時(shí)效性都提出了更高的要求。應(yīng)加強(qiáng)施工圖預(yù)算的及時(shí)編制,做好扎實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算與核對(duì)工作,嚴(yán)格過(guò)程管控,及時(shí)負(fù)責(zé)的處理商務(wù)問題,促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)的順利進(jìn)行。

      某三代核電站設(shè)備冷卻水系統(tǒng)目前為2臺(tái)泵、2臺(tái)熱交換器和1列母管;M310設(shè)備冷卻水系統(tǒng)為4臺(tái)泵、4臺(tái)熱交換器和2列母管。M310喪失設(shè)備冷卻水將影響電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性,某三代核電站喪失設(shè)備冷卻水將影響電站的經(jīng)濟(jì)性,僅從設(shè)備冗余性角度考慮,若設(shè)備可靠性相當(dāng),則可認(rèn)為某三代核電站喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可能性要高于M310堆型。為提高設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可靠性,建議對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行修改,增加系統(tǒng)的冗余配置,降低電站喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

      從閥門檢修角度考慮,要想滿足包括母管閥門在內(nèi)的系統(tǒng)所有閥門的檢修要求,需要增加一列母管,同時(shí)也應(yīng)該增加1臺(tái)波動(dòng)箱,這樣系統(tǒng)內(nèi)所有閥門均可以在系統(tǒng)不停運(yùn)的情況下進(jìn)行檢修。

      從系統(tǒng)可靠性角度考慮,有必要通過(guò)增加1臺(tái)備用泵和熱交換器,來(lái)降低設(shè)備冷卻水系統(tǒng)喪失的風(fēng)險(xiǎn)。

      改進(jìn)后的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下圖2:

      圖2

      將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)供水/回水母管改成兩列,將2臺(tái)冷凍機(jī)、4臺(tái)空壓機(jī)、2臺(tái)正常余熱排出泵和熱交換器、2臺(tái)乏池冷卻熱交換器、2臺(tái)補(bǔ)水泵小流量熱交換器對(duì)稱布置,分別接入設(shè)冷水A/B列。4臺(tái)主泵等安全殼內(nèi)用戶和主泵變頻器可以由兩列母管提供冷卻。安全殼內(nèi)用戶和主泵變頻器可以在換料期間對(duì)其閥門進(jìn)行檢修,其他用戶隔離閥在電站正常運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)停運(yùn)列疏水進(jìn)行集中檢修,這樣不會(huì)影響設(shè)備冷卻水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

      增設(shè)第3臺(tái)泵,作為運(yùn)行泵的優(yōu)先備用,若第3臺(tái)泵無(wú)法啟動(dòng),則啟動(dòng)備用列。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)切換運(yùn)行序列后,切換第3臺(tái)泵和熱交換器的在線狀態(tài),以保證系統(tǒng)有足夠的冗余和備用??梢员WC在電站啟動(dòng)、停堆冷卻、半管運(yùn)行和換料過(guò)程中設(shè)備冷卻水系統(tǒng)能夠有一臺(tái)備用泵,可以在一定程度上降低設(shè)備冷卻水系統(tǒng)喪失的概率,保證電站的經(jīng)濟(jì)性。

      結(jié)語(yǔ):

      為減小非能動(dòng)安全設(shè)備的動(dòng)作概率,應(yīng)該盡量提升具有縱深防御功能系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的備用不足,部分閥門檢修困難,影響核電站的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。增加備用序列和設(shè)備可以降低核電站喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的概率,更好的承擔(dān)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的縱深防御功能,避免專設(shè)安全設(shè)施的不必要?jiǎng)幼鳎U虾穗娬具\(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,因此建議后續(xù)項(xiàng)目對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行必要的改進(jìn)。

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