快堆一回路主冷却系统调试研究

2020-07-29龙江

商品与质量 2020年16期

龙江

中核霞浦核电有限公司福建霞浦 355100

快堆有两个不完全独立的并联环路，由栅板联箱、堆芯、热冷钠池、钠循环泵、中间热交换器等设备组成。本系统调试工作主要包括仪表及通道试验、钠循环泵试验、中间热交换器性能试验、换料机调试等；本文通过对一回路主冷却系统的调试准备、存在的风险、可能碰到的困难及问题等进行分析研究，指导调试工作的开展，以实现安全质量进度受控。

1 一回路主冷却系统调试分析研究

1.1 调试目的

检验系统的设计、设备制造、建造和安装的质量；验证系统及设备性能是否达到设计要求，证明系统能够安全运行，其技术指标符合设计要求；对系统及设备进行运行考验，暴露并消除缺陷，以提高系统运行的安全可靠性；调整运行参数，制定合理的运行方式；收集试验数据，提供运行资料及事故分析资料；

1.2 调试项目确定

示范快堆冷却剂是液态金属钠，钠循环泵是进口设备，目前在国内还没有成熟的调试运行经验，需对系统设备的调试准备。通过对快堆关键系统试验项目进行梳理，该系统在调试期间，需要实施6项试验，即电气传动控制试验、仪表和测量通道试验、一回路钠循环泵性能试验、系统特性试验、一回路热平衡试验、堆芯流量分配试验，编制试验逻辑图[1]。

1.3 调试思路

四个重要节点的控制：①设备及管道清洁度控制介入。难点：安装阶段防异物控制、清洁度控制。②系统抽真空、氩气置换及气体加热。难点：真空度目标、氦检漏、耗气量、温度控制。③堆容器进钠。难点：液态金属钠中杂质控制、钠的纯度、钠泄漏处理。④钠循环泵试验。难点：首次启动、参数偏离限值、问题处理。

1.4 一回路总压降计算

钠冷池式快堆的一回路系统都在堆容器内，是一个开式的回路，但冷却剂的循环是封闭的；钠冷快堆的开放式回路，都是由若干个设备和连接它们的管道组合而成，以完成热量传递的作用[2]。

钠循环泵是主要的强迫循环驱动力，当冷却剂流经每个设备或每段管道时都会产生压降，在进行反应堆热工水力分析时，需求出冷却剂在一回路系统内循环流动的总压降ΔPt=f（W，T，P）

W：循环流量

T：冷却剂的平均温度

P：热功率

示范快堆钠循环泵的设计功率4000KW，钠的密度0.93g/cm3，质量流量3502Kg/S。

钠循环泵消耗的热功率计算如下：

40 00= 1.43＊3502/930ΔPt

ΔPt≈742KPa

式中：

Δpt-整个回路的总压降；

k-总压降系数；

A-泵出口的流通面积；

W-流体的质量流量；

ρ-流体的密度；

η-泵的总效率，一般取η≈0.7。

泵的功率近似与流速的三次方成正比，大的流速会使泵耗功增大；高流速可能会使所流经的设备或管道发生振动而造成损伤，并增大侵蚀。

对于钠冷快堆，在堆芯中流速一般为4-5m/s；在回路的管道中一般为2m/s左右。

2 一回路主冷却系统调试问题分析

（1）冷却剂钠中杂质控制。为了使钠满足纯度要求，必须投运净化系统，通过沉降、过滤和冷阱的方法除去钠中的钙和氧等杂质，有效控制钠品质；

过滤：钠通过过滤器的流动当作流体通过颗粒床的流动，计算钠通过过滤器的压力降与流动速度之间的关系可以采用流体在固定床中的压力降与流动速度之间的关系，根据泊谡叶方程：

冷阱：钠在冷阱内的停留时间一般为5min，冷阱的有效体积通常为总钠量的（0.5-3）%，快堆一回路钠中氧或氢的除去速度随时间而指数地下降；冷阱效率对于不同的冷阱结构和不同的杂质是不一样的。快堆一回路钠中氧或氢的除去速度随时间而指数地下降。

（2）钠泄漏。钠的化学性质很活泼，它在自然界里不能以游离态存在，只能以化合态存在，主要以氯化钠的形式存在。钠泄漏发生钠火。钠燃烧的火焰温度1350℃ ；钠燃烧会产生大量的白色钠气溶胶，眼睛和肺感到不适，能见度严重失常。钠气溶胶对人体呼吸系统和皮肤有严重的伤害，对农作物、仪器和设备也有伤害。液态钠，都要用氩气覆盖；在调试过程中，需确保不会发生钠泄漏，如果发生钠泄漏，容易产生钠火，引起火灾。发生钠火，可用惰性材料、干沙子和膨胀石墨灭火剂覆盖以隔绝氧气从而达到灭火的效果[3]。

（3）钠泵润滑油泄漏。润滑油是用于钠循环泵主轴的工作密封建立液封，起到密封、冷却、润滑的作用。如果润滑油漏入泵腔内，钠中杂质含量将会增加，在高温下与钠发生反应，生成元素碳，甲烷和其它碳氢化合物，由于燃料元件表面温度在反应堆运行时较高，漏油易粘在它们的表面，其反应产物较多时会堵塞流道，进而还会烧毁元件；此外，由于该类杂质难以除去，该堆的正常运行带来麻烦。

（4）电加热问题。快堆采用液态金属钠作为冷却剂，电加热显得极其重要，电加热出现问题，将使得系统的调试及运行不能正常开展，电加热可能存在的问题如下：电加热丝布置不合理、与管道及设备贴合不紧密；电加热器本身没有保护，或保护设置不足，加热棒过热损坏；电气接线不牢固、不对应造成接触不良而烧毁接线端子，电加热区实际控制与DCS指示不对应；电加热器功率设置不合适、电加热器控制存在不足；电加热器功率过大造成电加热器烧坏或电加热丝功率设置不足，加热系统温度指示正常，但实际管道温度已下降、出现了冷点的情况；保温设置不足等。