CPR1000机组临停期间通过APG冷却一回路分析

高志勇++胡鹤飞

摘 要：文章应用传热学基本原理对CPR1000机组临停期间一二回路传热进行了分析，从理论上对APG冷却一回路的运行方式进行了模型建立及理论计算，证明了该种运行方式的可行性。由于定量计算选用的是CPR1000机组的通用参数，因此具备推广应用的可行性，为后续同类机组临停期间保持该种运行方式提供了参考。

关键词：CPR1000；临停；APG；冷却

中图分类号：TK21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0104-02

1 背景概述

根据电网的要求，CPR1000机组会面临长时间停运的实际情况。NS/SG模式（蒸汽发生器冷却正常停堆模式）是一种可供选择的模式，该模式下停运机组能够在需要时以最短时间达到冲转并网的条件；从技术规范角度分析，该模式相对安全，涉及的RPR试验均可执行，不存在超期无法执行的风险。

CPR1000机组后撤至NS/SG模式：一回路在标准热停平台下，硼浓度高于热停硼浓度，三台主泵运行。常规岛水侧正常投运，辅机系统正常投运，主蒸汽隔离阀开启，凝汽器真空不破坏。

为避免GCTa投运浪费水资源及防止GCTc阀门波动，一回路温度控制可采用特殊的冷却方式——通过APG冷却一回路。即三台蒸汽发生器（以下简称SG）由APD供水并通过ARE小阀自动控制，GCTa/GCTc保持关闭，APG正常投运，通过APG排污流量导出热量并调节一回路的温度。

2 临停期间机组通过APG冷却的传热分析

从能量传递过程的角度分析：一回路热量通过SG传递到二回路，一部分将给水加热成VVP新蒸汽，另一部分转化为APG高温排污水。VVP新蒸汽冷凝成疏水后排向冷凝器。APG排污水经APG002RF冷却，大部分热量被带入除氧器，少部分热量（排污水）排入冷凝器。在除氧器液位、压力稳定的状态下，多余的热量通过ADG005VL排入冷凝器，最后传递到海水。

从能量传递能力的角度分析：三台RCP主泵和PZR加热器的总功率约10 MW，堆芯衰变热的功率小于10 MW，因此一回路总的热功率小于20 MW。而APG002RF设计传热能力为20.5 MW，APG001RF设计传热能力为10.8 MW。因此，不考虑散热损失，通过APG002RF能够将一回路的热量导出。

3 临停期间机组通过APG冷却的传热模型

一二回路的热量建立平衡后，忽略散热损失，最终简化的传热模型，如图1所示。

简图中各项参数物理意义如下：

Q总：一回路传递到二回路的总功率；

q0、T0：给水流量、给水温度；

QVVP、q2、T1：VVP新蒸汽的功率、蒸汽流量、蒸汽温度；

QAPG、q1、T1：APG排污水的功率、排污水流量、排污水温度（近似等于蒸汽温度）；

T2：APG002RF冷却水侧的出水温度；

q3：APG002RF冷却水流量；

T3：冷器凝冷凝水温度。

通过某核电机组NS/SG模式临停并通过APG冷却一回路的实践运行，可以得知实际运行的一种稳定运行参数如下：

给水总流量：q0=59.83 t/h；

主给水温度：T0=113.67 ℃；

APG排污流量：q1=39.38 t/h；

VVP主蒸汽温度：T1=290.19 ℃；

VVP新蒸汽流量：q2=q0-q1=20.45 t/h；

APG冷却水流量：q3=79.76 t/h；

APG冷却水出水温度：T2=131.74 ℃；

冷凝器凝结水温度：T3=29.45 ℃；

凝结水泵出口压力：2.6 MPa.g；

主给水压力：9.3 MPa.g；

主蒸汽压力：7.2 MPa.g。

通过查询，得到以下数据：

压力：9.3 MPa.g；温度113.67 ℃给水焓值：h1=483.57 kJ/kg；

压力：7.2 MPa.g的饱和蒸汽焓值：h2=2 768.6 kJ/kg；

压力：7.2 MPa.g的饱和水焓值：h3=1 282.7 kJ/kg；

压力：2.6 MPa.g的定压比热容：Cp=4.2 kJ/（kg*℃）。

根据上述数据计算可得：

一回路传递到二回路的总功率：Q总=QVVP+QAPG=q2（h2-h1）+ q1（h3-h1）=21.72 MW；

通过APG排污水带走的功率：QAPG=q1（h3-h1）=8.74 MW；

通过APG002RF传递的功率：QAPG=q3Cp（T2-T3）=9.52 MW。

通过排污水焓值计算的QAPG与通过APG002RF计算的QAPG有一定的偏差，这是由于模型简化造成的偏差、各仪表测量的误差等共同引起的。

考虑更一般的运行工况，分别对VVP新蒸汽流量在10 t/h、15 t/h、20 t/h三种工况及APG流量在10 t/h、20 t/h、30 t/h、40 t/h、 50 t/h、60 t/h、70 t/h七种工况进行计算，得出以下的计算值：

不考虑APG排污时，不同流量的新蒸汽导出的一回路功率（QVVP=q2（h2-h1）），见表1。

不考虑新蒸汽时，不同流量的APG排污水导出的一回路功率（QAPG=q1（h3-h1）），见表2。

根据上述结果，得到不同新蒸汽流量、不同排污流量组合下可导出的对应一回路热功率，见表3。

根据表3结果可知：CPR1000机组稳定在NS/SG模式下，机组可通过VVP与APG导热的方式导出一回路的热功率。新蒸汽流量约在15～20 t/h（仪表无法测出准确流量），将APG排污水调至最大流量，能够导出的一回路热量约为25 MW。

需要说明的是：在不同的运行工况下，SG内部的饱和压力与饱和温度会有轻微的变化，并且排污水的温度略低于饱和温度，所以表3结果只是对传热功率的概算。

4 结论及建议

根据前面的分析可以得出结论：通过调节APG排污流量改变SG的给水流量，进而可以调节一回路的温度，因此NS/SG模式下CPR1000机组通过APG冷却一回路的冷却方式具有可行性。由于定量计算选用的是CPR1000机组的通用参数，因此具备推广应用的可行性，为后续同类机组临停期间保持该种运行方式提供了参考。

尽管通过APG冷却一回路的冷却方式具有可行性，但是此运行方式仍有三点需要加强关注：

①此种运行方式下二回路的热量主要是通过液相热传递实现的，在SG中沸腾汽化传热的比例减小很多，因此二回路整体热平衡相对比较脆弱，需要加强对二回路水侧重要参数的监视及调整。

②此种运行方式下一回路热量均需要通过VVP新蒸汽及APG002RF进行传递，因此一回路热功率降到约25 MW以下是投运此种运行方式的前提条件。

③此种运行方式下SG水位通过ARE小阀自动控制，但水位控制的前馈环节已切除，自动控制仅通过水位闭环控制来实现，响应时间较长，在水汽回路引入干扰时可能导致SG水位大幅波动。

参考文献：

[1] 沈维道，童均耕.工程热力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.