RELAP5应用于PRS系统蒸汽管道隔离阀常关对自然循环建立时间的影响分析

曹思民　张玉龙　赖建永　任云　黄伟　李海颖

【摘 要】田湾核电厂5&6号机组作为M310改进机型，新增了蒸汽发生器二次侧非能动冷却系统（PRS）作为严重事故预防与缓解措施。蒸汽发生器二次侧非能动冷却系统的蒸汽管道与主蒸汽管道相连，凝水管道与辅助给水系统管道相连。在开展布置工作时发现，发现蒸汽管线非常长，若PRS系统蒸汽管线与主蒸汽管线之间的隔离阀常开，会对PRS系统的正常运行造成影响，因此考虑将PRS系统蒸汽隔离阀的状态由常开变换为常关。本文使用RELAP5热工水力计算程序对PRS系统蒸汽隔离阀常关状态下PRS系统压力平衡时间开展工作，并分析了蒸汽隔离阀常关对自然循环的影响。

【关键词】田湾核电厂5、6号机组；二次侧非能动冷却系统（PRS）；Relap5

0 前言

蒸汽發生器二次侧非能动冷却系统（PRS）为压水堆核电厂严重事故预防与缓解措施，在发生全厂断电事故叠加辅助给水系统汽动泵系列失效事故，和全部丧失给水事故工况下，在不超过冷却剂压力边界设计条件的前提下，通过蒸汽发生器以非能动的方式导出堆芯衰变热及反应堆冷却剂系统各设备的显热至环境最终热阱，实现事故后的缓解作用。

每个环路的蒸汽发生器二次侧都设置一个非能动冷却系列。每个系列包括一台应急余热排出冷却器以及必要的阀门、管道和仪表。三个系列共用一台冷凝水箱。对于每个PRS系列（以1号系列为例，流程示意图见图1），蒸汽管线在安全壳外与主蒸汽管道相连，蒸汽管线上设置一台常开的隔离阀（PRS101VV）。蒸汽管线的另一端在经过一个U形水封后连接应急余热排出冷却器入口封头的接管嘴，应急余热排出冷却器布置在冷凝水箱底部，要求在整个机组运行期间（包括PRS投入运行期间），该冷却器都浸泡在水中，不允许裸露。冷凝水管道连接应急余热排出冷却器下封头接管嘴，并在管道上设置两台并联的隔离阀。冷凝水管线的另一端贯穿安全壳后接入辅助给水管道止回阀，通过辅助给水管道返回蒸汽发生器二次侧。

1 问题简述

由于布置原因，PRS蒸汽管道较长，在已有的PRS设计方案中，将PRS蒸汽管道隔离阀设置为常开状态，此时蒸汽管道隔离阀后的管道压力约与主蒸汽管道压力相同，PRS启动信号发出后下游阀门开启，便能建立自然循环，PRS流程示意图见图1。为避免PRS系统对二回路的正常运行造成影响，争取正常运行时关闭蒸汽隔离阀，现考虑将PRS蒸汽管道隔离阀设置为常关状态。若考虑将PRS蒸汽管道隔离阀设置为常关，则蒸汽管道隔离阀后的管道初始压力较低。

PRS启动信号发出以后，开启蒸汽隔离阀，待管道内压力达到与主蒸汽管道压力大概相同时，才能开启下游阀门使PRS建立自然循环。为了评估蒸汽管道隔离阀设置为常关状态对PRS系统自然循环建立时间的影响，需要对PRS蒸汽管道隔离阀打开后阀后管道压力随时间的变化进行计算分析。

2 计算

2.1 计算软件

本次采用热工流体计算软件RELAP5对上述问题进行模拟计算。RELAP5是美国爱德华国家工程实验室开发的一款大型系统分析程序，可求解多相流动的质量、动量及能量方程，经过多年的验证及完善，广泛应用于压水堆核电厂的系统运行以及事故工况分析。

2.2 计算假设

假设管壁通过保温处于绝热状态，蒸汽管道不会通过散热引起压力下降。假设蒸汽管道隔离阀开口面积随开启时间呈线性变化。

2.3 计算输入

蒸汽管道面积为0.15m2，隔离闸阀全开面积为0.15m2，初始状态为关闭，隔离阀前蒸汽压力为6.89MPa，湿度为0.03。阀后蒸汽管道长度为135m，初始压力为0.102MPa。根据阀门开启时间以及阀后湿度的不同，进行了四种模型的计算，各模型的开启时间与湿度如表1所示：

3 结论

若考虑PRS蒸汽管道隔离阀常关，则采用最保守的假设（模型1）得到，PRS蒸汽管道隔离阀在开启7s后使阀后管道压力与阀前管道压力相同，因此PRS蒸汽管道隔离阀常关的方案对PRS自然循环建立时间的影响非常小。

【参考文献】

[1]张玉龙，赖建永，任云，曹思民，刘文静.蒸汽发生器二次侧非能动冷却系统蒸汽管道凝水影响分析[J].科技视界，2016（13）：143.

[责任编辑：田吉捷]