CP650机组I2.1规程中建立自然循环的分析

倪明强

【摘要】本文主要针对CP650机组失去主厂外电源的事故工况，重点分析了事故中失去强迫循环后建立自然循环的原理、要点和建立之后的现象。指导操纵员更快的建立自然循环，导出堆芯余热，避免堆芯融化。

【关键词】厂外电源；主泵；自然循环；I2.1

1、前言

我厂厂外电源包括500KV主厂外电源和220KV辅助厂外电源，事故规程中针对失去厂外电源的规程为I2.1和I2.2，I2.1是失去主厂外电源，切换到辅助厂外电源；I2.2是同时失去主厂外电源和辅助厂外电源。主厂外电源失电的主要后果是厂用工作电源丧失，从而使6KV配电盘4条母线电源切换至厂外辅助电源供电，切换过程中，机组停机停堆，两台主泵停运，一回路失去强迫循环。

2、建立自然循环，导出余热

针对一回路失去强迫循环，第一要点就是第一时间建立一回路自然循环，此时主泵惰转有利于建立自然循环，而主泵完全停运后完全利用冷热端的密度差建立冷却流量在真实机组上是比较困难的。规程上要求用GCTa稳定TRIC当前值，而在实际操中，手动置GCTa大气释放阀固定小开度，更容易建立自然循环，在这种方式下，二回路操纵员一定要时刻关注TRIC值，以及稳压器水位，防止一回路降温过快。

自然循环是在闭合回路内依靠热段（向上流）和冷段（向下流）中的流体密度差所产生的驱动压头来实现的循环。对于反应堆系统来说，在丧失强迫循环的条件下，利用这种驱动压头推动冷却剂在一回路中循环，带出堆内产生的热量（裂变热或衰变热），对于保护堆芯有重大的意义。

对于一个封闭系统，流动的流体在热源吸收Q输入的热量，通过W质量流量的流体带到冷源，向外部释放出Q输出的热量，在建立平衡后，Q输入=Q输出。

对于这样一个系统

表示提升压降，表示沿程阻力压降，表示局部阻力压降，表示加速压降。对于一个封闭系统，所以上式表示为： 利用此公式可以计算出自然循环流量。通过在不同质量流量W下计算的，，驱动压头（）随质量流量的增加而减少，阻力压降随质量流量的增加而增加。它们相等时的W即为自然循环流量。在实际机组上，我们可以监视的参数为，一回路质量流量，冷热端温度，堆芯出口温度，GCTa排放流量（低流量状态下，测量不准），而对于上面的分析，驱动压头，阻力压降以及一回路的剩余热量均为不可测量，只能通过GCTa排出的热量来控制，排出的热量只能通过GCTa的开度以及ASG供水量估算，因此建立自然循环对于操纵员的经验十分重要。

首先分析一下强迫循环和自然循环导出堆芯余热与一回路温差的关系，估算如下：强迫循环的一个环路设计流量为24290m3/h（本机组设计有两个环路），假设此时一回路压力15.4MPa，温度290.8℃，查冷却剂的定压比热和密度：Cp=5.24kJ/kg.K，ρ=746kg/m3，要带走3%Pn（反应堆额定热功率Pn为1930MW）的堆芯余热，由公式Q载热=Cp*ΔT*Q*ρ（Q为体积流量），可以计算出ΔT=1.1℃

冷热段温度很接近，冷热段温度的变化可以及时反映一、二回路负荷之间的关系。温度上升，说明二回路负荷小于一回路负荷；温度下降，说明二回路负荷大于一回路负荷。但自然循环因主泵停运后，冷却剂流量大大减少，因此还要靠建立一定的温差才能导出堆芯余热。设Q1为堆芯内的衰变热（不包括燃料的热容），Q2为冷却剂的载热，Q3为二回路负荷。冷却剂的载热公式为Q2=WRCP×Cp×（Th-Tc）（WRCP为冷却剂的质量流量，Cp为冷却剂的定压比热）。主泵停运后，冷却剂流量大大减少，自然循环建立前，所以载热量Q2小于Q1，也小于Q3（二回路2×80m3/h的ASG供水量），所以最初表现为热段温度不断上升，冷段温度不断下降，冷热段温差逐渐增大。自然循环建立存在一个温差建立的过程（也就是密度差建立的过程），温差建立后冷热端的温度变化取决于一、二回路负荷变化。

根據调试报告的数据，要带走堆芯热量，在停堆后二十分钟内，至少要建立20℃左右的温差。如果建立的温差过大，而此时热段温度还在上升，说明二回路负荷过大，还在建立对应的温差过程，此时操纵员可以进行干预，减少二回路负荷。若二回路负荷过小，则在温差建立的过程中，由于冷热段温差逐渐加大，冷却剂载热量也逐渐加大，冷段温度下降的速率逐渐减少，当速率已小于控制目标值，可增大二回路负荷进行提前干预。因此建立自然循环关键在于二回路操纵员对二回路负荷的控制。实际机组中通过自然循环降温，若GCTa放自动状态，这时GCTa开度自动调节，GCTa排出的热量也会随之波动，对于建立自然循环是不利的，即使建立了也可能导致其中断，所以为建立自然循环，GCTa手动给定一小开度，密切监视一回路质量流量，冷热端温度，以及堆芯出口温度，建立自然循环后降温的现象是，一回路质量流量稳定，冷热端温度同时下降，维持一定的温度差，堆芯出口温度同时下降。建立之后仍应密切监视这些参数，及时调节GCTa开度，防止自然循环中断。当温度下降至要求值后（如小于294℃），则GCTa放回自动，稳定当前值。

3、结论

I2.1规程，一回路失去强迫循环，最重要一点就是第一时间建立一回路自然循环，建立自然循环的要点：

1）在SG水位达低低水位之前，每台SG保持80m3/h的供水很重要，这个负荷加上主泵惰转，容易地完成自然循环的建立温差过程。2）这个过程之后，冷热段温度开始下降，这是因为在温差建立过程中，一回路传递到SG的热量是逐渐增加的过程，而二回路一直以80m3/h的ASG水供给SG，所以在温差建立的过程中，二回路的累计负荷是大于一回路传递到二回路的总热量。3）当SG水位满足要求，减少ASG流量后，根据当前温度及温度的控制目标决定GCT-A放手动还是自动。如果当前TRIC已小于294℃，则将GCT-A放自动，整定值对应当前SG实际压力。如果当前TRIC大于294℃，则GCT-A放手动进行降温。4）在二回路负荷改变过程中注意冷段温度与热段温度的变化趋势，可以了解二回路负荷是增大了还是减少了，从而根据需要进行调整。5）注意温差的大小。6）使堆芯出口温度慢慢下降到292℃（留有2℃的裕度，防止GCT-A置自动过程中，GCT-A整定值与实际值的一点偏差），然后，将GCT-A的整定值与SG实际压力值对齐（这里可能存在偏差，一个是视觉上的偏差；一个是外部拨轮值与内部电信号对应值的偏差），将GCT-A放自动。

参考文献

[1]事故规程I2.1、I2.2.

[2]事故解释规程I2.1、I2.2.

[3]秦山二期，核电厂高级运行教材.

[4]运行事件报告.

[5]秦山二期，M4培训教材.