核電廠蒸汽供應(yīng)第2章一回路輔助01節(jié)-化學(xué)和容積控制系統(tǒng)

第一節(jié)化學(xué)和容積控制系統(tǒng)授課人：日期：中電投高級(jí)培訓(xùn)中心2主要內(nèi)容1.1系統(tǒng)功能1.2系統(tǒng)描述1.3主要設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理1.4系統(tǒng)運(yùn)行1.5主要技術(shù)參數(shù)3要求1)了解系統(tǒng)主要功能和工藝流程；2)熟悉主要設(shè)備結(jié)構(gòu)、作用和運(yùn)行方式；3)了解本系統(tǒng)和其它系統(tǒng)的相互關(guān)系；4)記住系統(tǒng)和設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)。41化學(xué)和容積控制系統(tǒng)功能系統(tǒng)概述（1）化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（CVS）是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）的一個(gè)主要的輔助系統(tǒng)。它在反應(yīng)堆的啟動(dòng)、停運(yùn)及正常運(yùn)行過(guò)程中都起著十分重要的作用，它為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的水容積控制、化學(xué)控制和反應(yīng)性控制提供了手段。5系統(tǒng)概述（2）與常規(guī)的壓水堆核電廠相比，AP1000的化學(xué)和容積控制系統(tǒng)有較大的簡(jiǎn)化，其主要特點(diǎn)如下：由于主泵采用無(wú)軸密封的全屏蔽式結(jié)構(gòu)，取消了主泵軸封水系統(tǒng)，因此化學(xué)和容積控制系統(tǒng)不需保持連續(xù)的上充流和下泄流；為補(bǔ)償一回路的正常泄漏，補(bǔ)水泵根據(jù)穩(wěn)壓器的液位信號(hào)間斷啟動(dòng)運(yùn)行；利用運(yùn)行主泵的壓頭作為凈化流的驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)高壓凈化；負(fù)荷跟蹤期間，一回路不調(diào)節(jié)硼濃度，取消了硼回收系統(tǒng)；采用高壓加氫技術(shù)，取消了化學(xué)和容積控制箱；將常規(guī)壓水堆的硼水補(bǔ)給系統(tǒng)合并入化學(xué)和容積控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。6系統(tǒng)主要功能主要實(shí)現(xiàn)三大基本功能：容積控制：通過(guò)上充和下泄功能維持穩(wěn)壓器水位，保持一回路水容積。反應(yīng)性控制：調(diào)節(jié)冷卻劑硼濃度，補(bǔ)償反應(yīng)堆緩慢的反應(yīng)性變化。化學(xué)控制：控制反應(yīng)堆冷卻劑的pH值、氧含量和其他氣體含量，防止腐蝕，裂變氣體積聚和爆炸；除去腐蝕和裂變產(chǎn)物，降低冷卻劑的放射性水平。718三月202382化學(xué)和容積控制系統(tǒng)描述中電投高培中心系統(tǒng)描述化容系統(tǒng)按功能劃分，可分為以下子系統(tǒng)：凈化子系統(tǒng)補(bǔ)水子系統(tǒng)下泄子系統(tǒng)樹脂充排子系統(tǒng)鋅/氫氣注入子系統(tǒng)輔助噴淋子系統(tǒng)9化學(xué)和容積控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖10凈化系統(tǒng)凈化單元的高壓設(shè)備布置在安全殼內(nèi)，利用主泵提供RCS的旁路凈化流的強(qiáng)制循環(huán)驅(qū)動(dòng)壓頭。凈化流從一臺(tái)主泵的出口引出，經(jīng)再生式熱交換器和下泄熱交換器冷卻，降溫至54.4℃后再經(jīng)一臺(tái)混床、一臺(tái)陽(yáng)床和過(guò)濾器；然后返回再生式熱交換器，被加熱后再進(jìn)入主泵的入口。如果反應(yīng)堆冷卻劑裂變產(chǎn)物的濃度較高，化容系統(tǒng)的下泄流可通過(guò)節(jié)流孔板降壓，然后排入放射性廢液處理系統(tǒng)的脫氣裝置，除去放射性裂變氣體。脫氣后的含硼水進(jìn)入暫存箱，由補(bǔ)水泵送回RCS，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)除氣。在正常余熱排出系統(tǒng)投運(yùn)后，與正常余熱排出系統(tǒng)配合，由余排泵提供強(qiáng)制循環(huán)壓頭對(duì)主回路的水進(jìn)行低壓凈化。11容積控制一回路平均溫度的改變或一回路的泄漏均會(huì)造成一回路冷卻劑的體積改變，從而引起穩(wěn)壓器水位的變化。AP1000通過(guò)反應(yīng)堆補(bǔ)水控制系統(tǒng)（RMCS）來(lái)控制穩(wěn)壓器水位。反應(yīng)堆補(bǔ)水控制系統(tǒng)通過(guò)控制補(bǔ)水子系統(tǒng)和下泄子系統(tǒng)將穩(wěn)壓器水位控制在一個(gè)正常范圍內(nèi)。當(dāng)穩(wěn)壓器水位低時(shí)，RMCS自動(dòng)控制三通控制閥V115，以向一回路提供一定濃度的含硼水。接著補(bǔ)水泵自動(dòng)啟動(dòng)，向RCS系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)穩(wěn)壓器水位高時(shí)，RMCS系統(tǒng)控制下泄隔離閥自動(dòng)開啟，將一回路冷卻劑經(jīng)下泄孔板降壓后排向核島液體廢物系統(tǒng)。12硼濃度調(diào)節(jié)（1）RCS的硼濃度調(diào)節(jié)是為了補(bǔ)償啟堆、停堆、換料和燃耗引起的長(zhǎng)周期、大量反應(yīng)性變化。RCS的硼化和稀釋分別采用2.5%的硼酸溶液和除鹽水，以上充和下泄配合的方式進(jìn)行。2.5%濃度的硼酸溶液由硼酸制備罐制備后儲(chǔ)存在硼酸儲(chǔ)存箱內(nèi)。13pH值控制控制RCSpH值的化學(xué)添加劑為氫氧化鋰（Li7OH）。功率運(yùn)行時(shí)，Li_7的濃度是變化的。壽期初由于硼的濃度較高，10B(n，)7Li輻照分解反應(yīng)產(chǎn)生較多的Li_7，需要連續(xù)投入陽(yáng)床，除去過(guò)多的鋰離子，控制pH值。壽期末RCS的硼濃度低，10B(n，)7Li反應(yīng)較弱，只需要間斷投運(yùn)陽(yáng)床除鋰離子。如果pH值變小，需要向一回路添加Li7OH，以提高pH值。14硼濃度調(diào)節(jié)（2）當(dāng)需要增加一回路硼濃度時(shí)，RMCS設(shè)置為硼化模式，自動(dòng)控制三通控制閥V115全開向硼酸儲(chǔ)存箱，然后啟動(dòng)補(bǔ)水泵，向RCS系統(tǒng)中注入濃硼酸。當(dāng)穩(wěn)壓器水位升高至設(shè)定值時(shí)，下泄子系統(tǒng)自動(dòng)投入，維持穩(wěn)壓器水位在正常范圍內(nèi)。當(dāng)需要降低一回路硼濃度時(shí)，RMCS設(shè)置為稀釋模式，自動(dòng)控制三通控制閥V115全開向除鹽水系統(tǒng)，然后啟動(dòng)補(bǔ)水泵，向RCS系統(tǒng)中注入除鹽水。當(dāng)穩(wěn)壓器水位升高至設(shè)定值時(shí)，下泄子系統(tǒng)自動(dòng)投入，維持穩(wěn)壓器水位在正常范圍內(nèi)。15含氧量控制在啟動(dòng)階段，RCS升溫升壓初期（82℃），向RCS添加化學(xué)除氧藥物。功率運(yùn)行時(shí)，向RCS加H2。溶解H2的濃度應(yīng)高于25cm3(STP)/kgH2O。利用放射性廢液處理系統(tǒng)的脫氣裝置進(jìn)行RCS的除氣操作。因此在計(jì)劃停堆前24小時(shí)內(nèi)，溶解H2的濃度可降至15cm3/kg左右。系統(tǒng)設(shè)有一臺(tái)加鋅（Zn）計(jì)量泵，連續(xù)向RCS添加醋酸鋅，維持冷卻劑中鋅的濃度（5-40ppb），以減少RCS內(nèi)表面氧化膜的溶解，從而降低電廠職業(yè)輻射劑量。16硼酸配制回路化容系統(tǒng)的硼酸制備罐可以為用戶制備不同濃度的硼酸溶液。硼酸溶液的用戶有：CVS系統(tǒng)硼酸儲(chǔ)存箱、非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的堆芯補(bǔ)水箱、安注箱和安全殼內(nèi)換料水箱（IRWST）以及乏燃料水池。2.5%濃度的硼酸溶液是在硼酸溶液制備罐中配制的。箱內(nèi)裝有電加熱器和攪拌器。配制的方法是將結(jié)晶狀的硼酸（H3BO3）同除鹽水系統(tǒng)的除鹽水相混合，用攪拌器攪拌，同時(shí)加熱使硼酸晶體溶解，得到相應(yīng)濃度的溶液。17化學(xué)添加劑制備回路CVS系統(tǒng)中有一個(gè)化學(xué)加藥罐。需添加化學(xué)藥物時(shí)，將化學(xué)藥物手動(dòng)倒入容器內(nèi)，然后用除鹽除氧水沖到補(bǔ)水泵的入口，由補(bǔ)水泵打入一回路系統(tǒng)。所加氫氧化鋰所含Li_7同位素的豐度必須超過(guò)99.9%。18容積控制原理所謂容積控制就是通過(guò)化容系統(tǒng)的下泄排放能力和廢液系統(tǒng)的暫存箱吸收部分一回路水容積變化量，維持穩(wěn)壓器水位在一個(gè)整定的范圍內(nèi)。穩(wěn)壓器不能全部吸收一回路水溶劑的變化。19水的比容隨溫度變化曲線圖20050100150200250300350T（℃）21.81.61.41.21.010-3(m3/kg)容積控制原理圖21化學(xué)控制原理冷卻劑在一回路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，其水化學(xué)特性在整個(gè)回路都相同。由于水的溫度增高，水中含氧量增加，一回路水PH值降低，都將導(dǎo)致一回路部件的腐蝕。冷卻劑通過(guò)堆芯時(shí)，由于中子的輻照，水中的腐蝕產(chǎn)物被活化；而且，冷卻劑也有可能帶出從元件包殼破裂處逸出的裂變產(chǎn)物。22化學(xué)控制原理圖23反應(yīng)性控制原理（1）反應(yīng)堆在長(zhǎng)期功率運(yùn)行期間，影響反應(yīng)性變化的因素主要有以下幾點(diǎn)：燃料燃耗；燃料溫度變化引起多普勒效應(yīng)；燃料元件中產(chǎn)生裂變產(chǎn)物，如氙-135，釤-149，它們是吸收中子的毒物，并且濃度隨功率變化而改變；一回路冷卻劑的溫度效應(yīng)。24反應(yīng)性控制原理（2）反應(yīng)性控制的目的是，調(diào)節(jié)一回路水的硼濃度以保證在壓水堆功率運(yùn)行時(shí)，控制棒組件的調(diào)節(jié)棒組可以位于正常的調(diào)節(jié)帶范圍，保證反應(yīng)堆獲得足夠的停堆裕度?？刹扇∪缦麓胧骸优穑谘a(bǔ)水泵吸入口注入預(yù)先規(guī)定數(shù)量的硼酸溶液。在正常功率運(yùn)行時(shí)，為了將調(diào)節(jié)棒組調(diào)整到正常使用范圍；或者，反應(yīng)堆停運(yùn)時(shí)，為了增加停堆深度，需進(jìn)行加硼操作?！♂?，用等量的除鹽水代替一部分一回路冷卻劑的硼水?！穑秒x子交換樹脂吸附一回路水中的硼酸。25263化學(xué)和容積控制系統(tǒng)主要設(shè)備及工作原理設(shè)備描述化學(xué)和容積控制系統(tǒng)由再生式熱交換器、下泄熱交換器、離子交換器、過(guò)濾器、補(bǔ)水泵、硼酸制備罐、硼酸儲(chǔ)存箱、化學(xué)加藥罐、管道、閥門和儀表等組成。27離子交換床化容系統(tǒng)離子交換床的功能主要是除去放射性的腐蝕產(chǎn)物和離子狀的裂變產(chǎn)物?；齑彩褂玫慕粨Q樹脂為L(zhǎng)i型陽(yáng)樹脂和HO型陰樹脂。在燃料破損率達(dá)到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的工況下，除鹽床能在一個(gè)換料周期內(nèi)采用全流量的方式處理下泄冷卻劑。為避免稀釋反應(yīng)堆冷卻劑，混床在與主回路連接之前，應(yīng)使樹脂內(nèi)所含硼酸飽和，也叫“除鹽床硼飽和”操作。兩臺(tái)混床并聯(lián)，正常運(yùn)行中一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)備用。陽(yáng)床為H型陽(yáng)樹脂，間斷運(yùn)行，主要用來(lái)控制Li_7的濃度，Li_7主要來(lái)自于10B(n，)7Li反應(yīng)。陽(yáng)床也能夠確保反應(yīng)堆冷卻劑中銫136的濃度應(yīng)低于1μCi/cm3。正常運(yùn)行時(shí)，陽(yáng)床間斷運(yùn)行，當(dāng)燃料元件破損或需要降低RCS的pH值時(shí)投入陽(yáng)床。28過(guò)濾器三臺(tái)過(guò)濾器是折疊紙制濾網(wǎng)過(guò)濾器，前后壓差為0.069MPa，可以過(guò)濾掉直徑大于0.1μm的顆粒，過(guò)濾效率可達(dá)98%。過(guò)濾器分別用來(lái)過(guò)濾除鹽床后的雜質(zhì)、樹脂碎片和上充水中的雜質(zhì)。2930

起吊螺栓主螺栓法蘭蓋定位板主法蘭固定組件含O型密封圈吊耳支撐方管殼體底蓋出口(N2)濾芯濾芯管板進(jìn)口（N1)放空口（N3）網(wǎng)孔管過(guò)濾器結(jié)構(gòu)圖補(bǔ)水泵補(bǔ)水泵是臥式、多級(jí)離心泵，通過(guò)聯(lián)軸器和交流電動(dòng)機(jī)連接。補(bǔ)水泵的電機(jī)和潤(rùn)滑油冷卻器均采用房間內(nèi)的空氣進(jìn)行冷卻。每臺(tái)補(bǔ)水泵設(shè)置有一條小流量管線，每條管線上有一臺(tái)小流量熱交換器，由設(shè)冷水為小流量熱交換器提供冷卻。泵的出口母管上有一只流量調(diào)節(jié)閥，控制補(bǔ)水流量。每臺(tái)補(bǔ)水泵能補(bǔ)償一回路內(nèi)徑為Ф9.5mm的破口或蒸汽發(fā)生器一根傳熱管破裂后的泄漏量。31再生熱交換器再生熱交換器將從高溫流體導(dǎo)出的熱量用于加熱即將進(jìn)入一回路的凈化流體，從而降低由于上充子系統(tǒng)補(bǔ)入的冷水進(jìn)入高溫的一回路系統(tǒng)而對(duì)一回路管道造成的熱沖擊。未凈化的流體經(jīng)過(guò)再生熱交換器的管側(cè)，而凈化后的流體經(jīng)過(guò)再生熱交換器的殼側(cè)。再生熱交換器的管側(cè)和殼側(cè)均采用不銹鋼制造。32再生熱交換器外觀圖33下泄熱交換器下泄熱交換器是U形管式熱交換器，冷卻水來(lái)自設(shè)備冷卻水系統(tǒng)。下泄流體的出口溫度由一個(gè)調(diào)節(jié)冷卻水流量的設(shè)備冷卻水流量調(diào)節(jié)閥控制，使下泄流體溫度適宜離子交換床的運(yùn)行要求。高溫凈化流體經(jīng)過(guò)下泄熱交換器的管側(cè)，冷卻水經(jīng)過(guò)殼側(cè)。管側(cè)材料是不銹鋼制造，殼側(cè)材料為碳鋼。34下泄熱交換器外觀圖35下泄孔板下泄孔板實(shí)現(xiàn)的是降壓功能，使用奧氏體不銹鋼制造?？装灏凑Ｏ滦沽髟O(shè)計(jì)，正常下泄壓降一般為13.1Mpa?？装逶O(shè)置旁路管線，在一回路卸壓后旁通下泄孔板，維持低壓下泄流量。36硼酸儲(chǔ)存箱硼酸儲(chǔ)存箱位于廠房外面的空地，是一個(gè)立式、圓柱形的不銹鋼罐。因?yàn)檎＿\(yùn)行期間，一回路基本不使用調(diào)硼的方式調(diào)節(jié)功率，故此硼酸使用量很少，硼酸附帶引入的氧氣體積對(duì)一回路的含氧量影響有限。所以，硼酸儲(chǔ)存箱直接與大氣連同。硼酸儲(chǔ)存箱內(nèi)部和硼酸輸送管道上裝有電加熱器，防止4350PPm濃度的硼酸溶液結(jié)晶。37硼酸制備箱硼酸制備箱是一個(gè)奧氏體不銹鋼圓柱形箱體，用于制備2.5%濃度的硼酸溶液。在硼酸溶液制備之后，將硼酸溶液傳輸至硼酸儲(chǔ)存箱。硼酸制備箱上部設(shè)有添加硼酸晶體的接管，側(cè)面設(shè)有與除鹽水系統(tǒng)的接口及溢流管線，下部設(shè)有疏水及取樣管線。硼酸制備箱設(shè)有攪拌器，以加速硼酸晶體的溶解。箱內(nèi)還設(shè)有電加熱器，以防止硼酸溶液結(jié)晶。38補(bǔ)水泵入口三通閥補(bǔ)水泵入口三通閥是氣動(dòng)柱塞閥，主要用來(lái)分配硼酸和除鹽水配比，實(shí)現(xiàn)主回路不同濃度硼酸溶液的補(bǔ)給需要。三通閥失效安全位置為關(guān)閉除鹽水入口而全開向硼酸儲(chǔ)存箱。這樣可以防止一回路的誤稀釋。在失氣、失UPS電源、停堆、源量程計(jì)數(shù)加倍、安全驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)自動(dòng)導(dǎo)向硼酸儲(chǔ)存箱。39404化學(xué)和容積控制系統(tǒng)運(yùn)行電廠啟動(dòng)電廠啟動(dòng)前，化學(xué)和容積控制系統(tǒng)為RCS初始充水。在RCS水實(shí)體工況下，利用下泄背壓控制閥和上充流量調(diào)節(jié)閥，建立和保持主泵啟動(dòng)所需要的壓力。在加熱的初始階段，向RCS添加化學(xué)除氧藥物，隨后再加H2，使H2濃度達(dá)到30cm3/kg的正常值。穩(wěn)壓器建立汽腔后，補(bǔ)水泵自動(dòng)根據(jù)穩(wěn)壓器的液位間斷運(yùn)行。在反應(yīng)堆臨界前，為降低RCS的硼濃度，化容系統(tǒng)進(jìn)行硼稀釋操作。接著提升控制棒達(dá)臨界。反應(yīng)堆達(dá)到臨界后，再次調(diào)節(jié)硼濃度，使控制棒組棒位處于最佳的位置。41功率運(yùn)行反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行時(shí)，化學(xué)和容積控制系統(tǒng)保持正常的凈化流量（22.7m3/h），補(bǔ)水泵和下泄通道停止運(yùn)行。根據(jù)“穩(wěn)壓器液位低”信號(hào)，補(bǔ)水泵參照一回路硼濃度設(shè)定硼酸溶液和除鹽水的流量配比進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水。若“穩(wěn)壓器出現(xiàn)液位高”信號(hào)，則自動(dòng)打開下泄閥管道閥門，向廢液處理系統(tǒng)排水。42電廠停閉在熱停堆期間，RCS溫度維持在零功率時(shí)的溫度，停堆后約9小時(shí)，氙毒的積累效應(yīng)使停堆余量增至3%△k/k。。在計(jì)劃的冷停堆過(guò)程中，化容系統(tǒng)的凈化回路連續(xù)運(yùn)行。此外，停堆開始前，RCS進(jìn)行除氣操作，下泄流體經(jīng)過(guò)廢液處理系統(tǒng)的脫氣裝置除氣，然后返回補(bǔ)水泵的吸入口。停堆約48小時(shí)后反應(yīng)堆的放射性水平和氫氣的濃度才能達(dá)到人員進(jìn)入廠房的要求。在RCS降