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(jié)冰。本文討論了機組在冬季熱備用期間防止凝汽器鈦管結(jié)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(jié)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(wǎng)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(jié)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(jié)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)冰。

3 防止鈦管結(jié)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(nèi)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(jié)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(jīng)旁路排放系統(tǒng)排向大氣相結(jié)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(jīng)過排污管線，進入排污系統(tǒng)，經(jīng)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(jīng)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(cè)接入生產(chǎn)用水系統(tǒng)的水源，并正常排水至海水側(cè)，用這種方法，使用生產(chǎn)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(nèi)以最快速率將核功率升至9%左右，目的為了使一列鈦管結(jié)冰消融，另外一列鈦管結(jié)冰量減少。

4 結(jié)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(jié)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(diào)整機組啟停的運行策略進行控制。但是，鈦管結(jié)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》