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0前言

核電廠熱試是指核電廠調(diào)試的熱態(tài)功能試驗階段,目的是從反應(yīng)堆壓力容器扣蓋到熱停堆狀態(tài)的整個壓力和溫度范圍,進(jìn)行各種實際工況的測試,驗證核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(NSSS)設(shè)備和系統(tǒng)的功能和響應(yīng)。在整個熱試過程中,由于給設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(RRI)提供冷源,重要廠用水系統(tǒng)的需求貫穿始終,需要源源不斷地導(dǎo)出核島相關(guān)設(shè)備的產(chǎn)熱,要保證RRI溫度穩(wěn)定,就要使運行狀態(tài)下SEC回路的溫度限定在設(shè)計值以內(nèi)[1],才能保證機組的安全運行。近年來福建、遼寧、山東等省受到海域使用權(quán)證影響,部分新建核電廠排水口施工延后,隨著工程項目進(jìn)展,熱試期間取水口防波堤將不具備取水條件,排水口也無法正常向外海排水,影響核島和常規(guī)島側(cè)終端冷源及相關(guān)系統(tǒng)的正常運行。鑒于此,為了盡可能降低這一問題對工程建設(shè)的影響,需要對上述情況進(jìn)行分析,給出可行的解決方案。

1影響分析

正常熱試的完整過程包括了機組上行、熱停平臺、機組下行等過程,其中熱停平臺包括不開主蒸汽隔離閥階段和開主蒸汽隔離閥階段,所有熱試相關(guān)試驗都在對應(yīng)平臺安排執(zhí)行。核電廠取排水工程的主要用戶是常規(guī)島循環(huán)水系統(tǒng)(CRF)和SEC用水系統(tǒng)供水和排水,其中CRF系統(tǒng)的取排水量占總水量超90%,SEC系統(tǒng)的取排水量占總水量不到10%。熱試期間CRF及其相關(guān)系統(tǒng)的需求相對比較集中,受影響主要集中在兩個環(huán)節(jié),反應(yīng)堆冷卻劑泵通過輔助供電啟動試驗和主蒸汽隔離閥開啟的相關(guān)試驗,由于CRF泵流量過大,考慮臨時設(shè)施施工難度和對熱試影響因此不考慮為CRF采取臨時措施。而熱試期間SEC系統(tǒng)貫穿始終,正常運行工況下通過熱交換器將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱側(cè)出口溫度降到35℃以下,保證機組運行安全。目前國內(nèi)CPR1000機組SEC系統(tǒng)設(shè)計流量為7000m3/h,其中A系列運行設(shè)計流量為4000m3/h,B系列運行設(shè)計流量為3000m3/h,只有在機組功率運行帶入冷停堆才會用到B列。從對系統(tǒng)進(jìn)行分析,熱試期間CRF不可用只是影響反應(yīng)堆冷卻劑泵通過輔助供電啟動試驗和主蒸汽隔離閥開啟的相關(guān)試驗,并不影響熱試關(guān)鍵路徑。而SEC不可用將導(dǎo)致熱試無法進(jìn)行,是熱試的重要路徑。考慮SEC取水流量占總水量小,工程實施難度小的特點,可以考慮引入外海水源到SEC進(jìn)行熱試,CRF涉及的兩個相關(guān)試驗待取排水工程可用后再進(jìn)行試驗。以某CPR1000機組為例,在剔除主蒸汽隔離閥開啟的相關(guān)試驗和反應(yīng)堆冷卻劑泵通過輔助供電啟動試驗后,機組正常升溫升壓,此過程中按照運行規(guī)程的要求進(jìn)行,熱試期間熱負(fù)荷隨試驗階段變化,對各階段熱負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行累加,各階段熱負(fù)荷估算結(jié)果見表1。從表1可以看出,SEC熱試期間導(dǎo)出熱負(fù)荷最大為35.53MW,這個量級的熱負(fù)荷可以通過采用臨時冷源的方式解決,引水工藝設(shè)計可采用兩用兩備的模式。

2解決方案

在得到SEC熱試期間導(dǎo)出熱負(fù)荷基礎(chǔ)上,考慮從外海引入冷源,對SEC取排水改造方案和補水量進(jìn)行研究,得到平均海水溫度與補水量之間的關(guān)系,分析出臨時方案可實施條件。

2.1SEC取排水改造方案

SEC原設(shè)計由獨立的AB列構(gòu)成,每列由兩臺SEC泵從海水過濾系統(tǒng)(CFI)吸入海水,通過SEC管道、兩臺并聯(lián)的RRI/SEC熱交換器,將冷卻RRI后的海水排入SEC積水坑[2-4],再由排水管將其排往排水渠入海。熱試期間取水口防波堤將不具備取水條件,排水口也無法正常向外海排水,而SEC系統(tǒng)其他功能已具備可用條件,僅需要對循環(huán)回路取水和出水改進(jìn)。從外海取水作冷源補充至SEC,為了保證系統(tǒng)足夠安全,假設(shè)RRI/SEC熱交換器出口水溫不超過該CPR1000核電廠SEC系統(tǒng)設(shè)計入口溫度,該CPR1000設(shè)計入口溫度為27.2℃。從保守設(shè)計的角度來考慮,如果熱交換器出口水溫不超過27.2℃,那么整個水循環(huán)回路也不可能超過系統(tǒng)設(shè)計溫度,這樣不用考慮入口水溫超設(shè)計溫度帶來的風(fēng)險。循環(huán)回路改造方案如下:外海海水經(jīng)臨時泵動力輸入排水口井(CC井),另一部分經(jīng)重要廠用水排水管廊(GS)廊道重力流到排水口井,再經(jīng)循環(huán)水進(jìn)出水管溝(GD)和熱水回流溝(GH)重力回流至前池;排水由部分經(jīng)過重要廠用水排水管廊排水連接渠溢流至雨水-污水系統(tǒng)和地下管道(GE)管網(wǎng),再流向大海,部分經(jīng)GS管廊重力排至CC井。改造方案流程見圖1。

2.2海水平均溫度

該CPR1000核電廠廠址某年海水平均溫度如表2所示,可以看出海水最高單月平均溫度出現(xiàn)在8月為24.4℃,比SEC系統(tǒng)設(shè)計入口溫度(27.2℃)低2.8℃。除7、8、9月外,海水平均溫度低于20℃,可看出夏季海水溫度升幅較大。

2.3補水量計算

為了保證改造后SEC系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行,避免熱交換器冷側(cè)出水口水溫高于27.2℃,需要對外海補水量進(jìn)行計算,以滿足溫升要求,補水量與外海海水平均溫度關(guān)系如式(1)所示:保守輸入如下數(shù)據(jù):熱試期間最大熱負(fù)荷W=35.53MW,SEC系統(tǒng)設(shè)計入口溫度,T=27.2℃,海水平均密度ρ=1020kg/m3。可以計算出外海海水平均溫度對應(yīng)的海水表補水量見表3。從表3可以看出從22.2℃增加到24.4℃需水量將增加4902m3/h,而8.4℃增加到16.4℃需水量僅增加1229m3/h。得以得出海水溫度低時,補水量隨溫度變化不大,海水溫度高時,補水量隨溫度變化大。

2.4平均海水溫度與補水量之間的關(guān)系

補水流量與海水溫度的關(guān)系見圖2,查閱FSAR可知該CPR1000機組SEC系統(tǒng)運行模式中,兩個系列運行設(shè)計流量為7000m3/h,一個系列運行設(shè)計流量為4000m3/h。從圖2可以看出:1月至6月,10月至12月低于一個系列運行設(shè)計流量4000m3/h,執(zhí)行方案無風(fēng)險;7月和9月高于一個系列運行設(shè)計流量4000m3/h并低于兩個系列運行設(shè)計流量7000m3/h,但是由于海水溫度升幅較大,存在超過設(shè)計流量的風(fēng)險,需加強風(fēng)險管理嚴(yán)控臨時海水溫度不得超過22.74℃;8月由于海水溫度整體偏高,平均水溫超過22.74℃,圖2中尖峰補水流量將會超系統(tǒng)設(shè)計流量7000m3/h,執(zhí)行方案會有風(fēng)險。

3結(jié)語

隨著核電建設(shè)陸續(xù)受到海域使用權(quán)證影響,SEC系統(tǒng)又是熱試?yán)@不開的系統(tǒng),給核電廠整體聯(lián)調(diào)帶來了挑戰(zhàn)。針對某CPR1000工程項目,從系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境溫度等方面入手,通過計算可以肯定采用臨時冷源補充SEC系統(tǒng)的方案是完全可行的,執(zhí)行方案需要滿足下面的條件:(1)春、秋、冬三季海水溫度較低,從外海引入冷源完成熱試基本無風(fēng)險;特別是1、2、3、4、11、12月補水流量遠(yuǎn)小于2000m3/h,采用2用2備的模式,只需要4臺額定流量1000m3/h的潛水泵。氚排放;廠址內(nèi)增加氚的富集濃縮技術(shù),能夠滿足四臺機組氚排放,但是目前尚未研發(fā)出適合三代壓水堆含氚廢液除氚的技術(shù)方案。(2)內(nèi)陸弱環(huán)境流速水域廠址通過異地排放技術(shù)方案,包括管道輸送和交通運輸,可以滿足4臺機組氚排放,但是面臨審管部門、泄漏后處置以及環(huán)境評價的諸多問題。(3)內(nèi)陸弱環(huán)境流速水域廠址通過液轉(zhuǎn)氣排放方案,除兩臺機組氚逐月受控調(diào)節(jié)排放外,還能夠滿足1臺機組氚排放,但是國內(nèi)尚缺少工程實踐和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)支撐。

作者:朱偉 侯秦脈 蔡寧 單位:生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心