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）的一個主要的輔助系統(tǒng)。它在反應(yīng)堆的啟動、停運(yùn)及正常運(yùn)行過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)有較大的簡化，其主要特點如下：由于主泵采用無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)壓器的液位信號間斷啟動運(yùn)行；利用運(yùn)行主泵的壓頭作為凈化流的驅(qū)動力，實現(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)，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。6系統(tǒng)主要功能主要實現(xiàn)三大基本功能：容積控制：通過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?；瘜W(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)動壓頭。凈化流從一臺主泵的出口引出，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)一臺混床、一臺陽床和過濾器；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通過反應(yīng)堆補(bǔ)水控制系統(tǒng)（RMCS）來控制穩(wěn)壓器水位。反應(yīng)堆補(bǔ)水控制系統(tǒng)通過控制補(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正常范圍內(nèi)。當(dāng)穩(wěn)壓器水位低時，RMCS自動控制三通控制閥V115，以向一回路提供一定濃度的含硼水。接著補(bǔ)水泵自動啟動，向RCS系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)穩(wěn)壓器水位高時，RMCS系統(tǒng)控制下泄隔離閥自動開啟，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存在硼酸儲存箱內(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，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)投入陽床，除去過多的鋰離子，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，RMCS設(shè)置為硼化模式，自動控制三通控制閥V115全開向硼酸儲存箱，然后啟動補(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，下泄子系統(tǒng)自動投入，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，RMCS設(shè)置為稀釋模式，自動控制三通控制閥V115全開向除鹽水系統(tǒng)，然后啟動補(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，下泄子系統(tǒng)自動投入，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，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。因此在計劃停堆前24小時內(nèi)，溶解H2的濃度可降至15cm3/kg左右。系統(tǒng)設(shè)有一臺加鋅（Zn）計量泵，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)硼酸儲存箱、非能動堆芯冷卻系統(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)中有一個化學(xué)加藥罐。需添加化學(xué)藥物時，將化學(xué)藥物手動倒入容器內(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99.9%。18容積控制原理所謂容積控制就是通過化容系統(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，其水化學(xué)特性在整個回路都相同。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。冷卻劑通過堆芯時，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：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，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?，在補(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，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，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?！?，用離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、過濾器、補(bǔ)水泵、硼酸制備罐、硼酸儲存箱、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Li型陽樹脂和HO型陰樹脂。在燃料破損率達(dá)到設(shè)計基準(zhǔn)事故的工況下，除鹽床能在一個換料周期內(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。兩臺混床并聯(lián)，正常運(yùn)行中一臺運(yùn)行，另一臺備用。陽床為H型陽樹脂，間斷運(yùn)行，主要用來控制Li_7的濃度，Li_7主要來自于10B(n，)7Li反應(yīng)。陽床也能夠確保反應(yīng)堆冷卻劑中銫136的濃度應(yīng)低于1μCi/cm3。正常運(yùn)行時，陽床間斷運(yùn)行，當(dāng)燃料元件破損或需要降低RCS的pH值時投入陽床。28過濾器三臺過濾器是折疊紙制濾網(wǎng)過濾器，前后壓差為0.069MPa，可以過濾掉直徑大于0.1μm的顆粒，過濾效率可達(dá)98%。過濾器分別用來過濾除鹽床后的雜質(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)孔管過濾器結(jié)構(gòu)圖補(bǔ)水泵補(bǔ)水泵是臥式、多級離心泵，通過聯(lián)軸器和交流電動機(jī)連接。補(bǔ)水泵的電機(jī)和潤滑油冷卻器均采用房間內(nèi)的空氣進(jìn)行冷卻。每臺補(bǔ)水泵設(shè)置有一條小流量管線，每條管線上有一臺小流量熱交換器，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)而對一回路管道造成的熱沖擊。未凈化的流體經(jīng)過再生熱交換器的管側(cè)，而凈化后的流體經(jīng)過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，冷卻水來自設(shè)備冷卻水系統(tǒng)。下泄流體的出口溫度由一個調(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)過下泄熱交換器的管側(cè)，冷卻水經(jīng)過殼側(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，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硼酸儲存箱硼酸儲存箱位于廠房外面的空地，是一個立式、圓柱形的不銹鋼罐。因為正常運(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一回路的含氧量影響有限。所以，硼酸儲存箱直接與大氣連同。硼酸儲存箱內(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柱塞閥，主要用來分配硼酸和除鹽水配比，實現(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、源量程計數(shù)加倍、安全驅(qū)動信號時自動導(dǎo)向硼酸儲存箱。39404化學(xué)和容積控制系統(tǒng)運(yùn)行電廠啟動電廠啟動前，化學(xué)和容積控制系統(tǒng)為RCS初始充水。在RCS水實體工況下，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，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，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)行自動補(bǔ)水。若“穩(wěn)壓器出現(xiàn)液位高”信號，則自動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的溫度，停堆后約9小時，氙毒的積累效應(yīng)使停堆余量增至3%△k/k。。在計劃的冷停堆過程中，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