核電機組停備期間為防止鈦管結冰的實踐

王大鵬

摘要：冬季北方的核電機組可能存在停機備用的情況。此時，一回路余熱較低，二回路凝汽器無熱源，加之海水溫度較低，此時循環(huán)水系統(tǒng)若在運行狀態(tài)，會導致凝汽器鈦管結冰。本文討論了機組在冬季熱備用期間防止凝汽器鈦管結冰的方法和維持停備狀態(tài)的緩解措施。

關鍵詞：核電;停備;冬季;鈦管結冰

1 前言

冬季由于北方部分火電機組有供暖需求，核電機組可能存在停機備用的情況。為了根據(jù)電網需求，提高發(fā)電能力，核電機組此時一般處于停機備用狀態(tài)，反應堆回路一般保持在熱停堆狀態(tài)，二回路處于循環(huán)備用狀態(tài)。然而，此時一回路余熱較低，二回路凝汽器無熱源，加之海水溫度較低，此時凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)若在運行狀態(tài)，會導致凝汽器鈦管結冰，堵塞凝汽器抽真空通道，鈦管冷凝能力降低，導致冷凝器真空異常升高、凝結水系統(tǒng)水溫異常升高等現(xiàn)象，甚至導致鈦管的變形的破損，對核電機組的安全運行造成影響。

本文介紹了核電機組停機備用狀態(tài)下的熱量導出模式、冬季熱備用的特點，同時對機組停備過程中，無循環(huán)水泵運行的提供了緩解措施。

2 核電機組停機備用的介紹

2.1正常停備介紹

機組在停機備用時，反應堆回路一般處于蒸汽發(fā)生器冷卻的正常熱停堆狀態(tài)，反應堆未臨界，反應堆回路此時的熱源主要為：反應堆的衰變熱、余熱和反應堆冷卻劑泵的熱量。從CPR1000機組的數(shù)據(jù)來看，反應堆冷卻劑系統(tǒng)主泵引入的熱量大致為10MW，反應堆的衰變熱（停堆1天后約為16.5MW，100天后約為2.05MW）和余熱根據(jù)反應堆停運的時間而定。

反應堆的熱量通過蒸汽發(fā)生器導出，此時二回路水循環(huán)，使用啟動給水系統(tǒng)為蒸汽發(fā)生器供水。

冷卻反應堆回路的熱量，主要從兩個方面：

第一，可以使用蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)，經過設備冷卻水系統(tǒng)，對二回路的水進行冷卻，從而導出熱量。第二，可以使用蒸汽旁路排放系統(tǒng)，此時若主蒸汽隔離閥開啟，可使用旁路排放系統(tǒng)將蒸汽發(fā)生器產生的蒸汽排向冷凝器;若此時主蒸汽隔離閥關閉，則使用旁路排放系統(tǒng)將蒸汽發(fā)生器產生的蒸汽排向大氣。

2.2冬季停備的特點

冬季，我國北方氣溫較低，海水溫度可能低于0攝氏度。加之，機組在停機備用階段，一回路產生的熱量較低，傳遞至二回路的熱量較少，此時凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)若在運行狀態(tài)，可能會導致凝汽器鈦管結冰。

3 防止鈦管結冰的措施及保持停備的緩解措施

根據(jù)凝汽器設備運行維修手冊的要求，機組在長期停機（大于1周）時，需要關閉循環(huán)水泵、排空凝汽器內部循環(huán)水。機組短期停機，循環(huán)水泵不需要關閉;機組長期停機，需要關閉循環(huán)水泵，排空管束和水室，防止循環(huán)水滯留在管束中。

所以，停運循環(huán)水泵是我們必須采取的手段。然而，停運循環(huán)水泵會導致輔助冷卻水喪失，從而導致常規(guī)島冷卻水和凝汽器抽真空系統(tǒng)喪失冷卻水，也帶來新的問題。

3.1停運循環(huán)水泵的影響和緩解手段

問題一：凝汽器不能正常工作

循環(huán)水泵的停運，導致凝汽器無海水冷卻，加之，凝汽器抽真空系統(tǒng)失去冷卻不可用，這將導致蒸汽旁排系統(tǒng)不能排至凝汽器。

問題二：常規(guī)島設備冷卻水失去冷卻

此時，常規(guī)島設備冷卻水的主要用戶為：凝結水泵、常規(guī)島設備冷卻水泵、潤滑油泵、頂軸油泵、啟動給水泵、除氧器在循環(huán)泵等等。此時，廠房環(huán)境平均溫度約為20攝氏度左右，用自然空氣循環(huán)無法達到冷卻目的。

針對問題一，此時的緩解手段主要是更換冷卻，使用前文提到的：蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)冷卻、蒸汽經旁路排放系統(tǒng)排向大氣相結合的手段。以CPR1000機組為參考，此時，蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)的冷卻能力為10.9MW，不足以帶出反應堆冷卻劑泵和反應堆堆芯衰變熱、余熱的熱量，所以，大氣旁路排放閥門此時是有開度的。

此時，二回路的水，從蒸汽發(fā)生器經過排污管線，進入排污系統(tǒng)，經過排污系統(tǒng)的熱交換器被核島設備冷卻水冷卻后，回到凝汽器。與此同時，蒸汽發(fā)生器蒸汽經過旁排系統(tǒng)排放至大氣，排出多余的熱量。這個過程中，由于蒸汽排至大氣將不斷消耗二回路的水源，此時要注意凝汽器的補水。

針對問題二，此時的緩解手段是只投入一臺常規(guī)島設備冷卻水熱交換器，并在其海水側接入生產用水系統(tǒng)的水源，并正常排水至海水側，用這種方法，使用生產用水冷卻常規(guī)島閉式冷卻水熱交換器，從而帶出二回路的用戶的熱量。

3.2啟、停機階段的措施

在冬季，機組下行在停堆前，應該考慮先停運一列循環(huán)水泵，同時應盡快將蒸汽旁排系統(tǒng)從排凝汽器切換至排大氣，同時減少凝汽器噴淋水量，后續(xù)盡早停運另外一列循環(huán)水泵。

在機組啟動階段，應盡量保持單列循環(huán)水泵運行，在可接受范圍內以最快速率將核功率升至9%左右，目的為了使一列鈦管結冰消融，另外一列鈦管結冰量減少。

4 結束語

北方核電機組在冬季臨時停運備用期間，循環(huán)水泵的持續(xù)運行會導致凝汽器鈦管的結冰，這給機組維持停備狀態(tài)造成了困難。我們可以通過對循環(huán)水下游負荷冷卻源的切換和調整機組啟停的運行策略進行控制。但是，鈦管結冰的根本原因是由于循環(huán)水系統(tǒng)設計不合理造成的，循環(huán)水設計最低溫度與實際情況不符，這導致了機組停備期間的運行困難，核電站的業(yè)主在設計階段應關注此類問題，從而在根源處解決該類問題，從而保證核電機組運行階段的安全、穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]《CPR1000高級運行》

[2]《CPR1000系統(tǒng)與設備》

[3]《循環(huán)水系統(tǒng)設備運行和維修手冊》

[4]《熱工水力學》

[5]《蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)設備運行和維修手冊》