三门核电一期工程CCS系统波动水箱补水设计改进

2020-11-26张其宗

商品与质量 2020年9期

张其宗

三门核电有限公司浙江三门 317112

CCS系统是一个非安全相关的、闭合回路的冷却系统，该系统能带走电站运行所必须的各种设备的热量、堆芯衰变热和反应堆正常停堆和冷却时的显热。在电站运行的各个阶段，保证CCS系统的连续可靠运行，和保证运行人员能够对CCS系统的操作进行快速的响应都是支持电站稳定运行的前提，同时也能避免安全相关系统动作[1]。

1 系统介绍

系统组成：

设备冷却水系统（CCS）设计用来在各种运行工况下对核岛各类设备运行发热进行冷却，并将热量传递给厂用水系统（SWS），通过SWS系统将热量带到最终热阱——大海。CCS系统为闭式循环冷却水系统，设置两条机械序列[1]。每列包括1个CCS泵和1个CCS板式热交换器，两个序列的设备从同一回水母管吸水。一个波动箱连接在设备冷却水回水母管上，为CCS泵提供足够的净正吸入压头，能够容纳由于温度变化引起的膨胀和收缩，并且可以补偿30分钟泄漏率为11．4m³/hr的泄露。每台CCS泵将冷却水直接排向与之对应的热交换器，两台泵出口设有桥管连接，可用于泵和热交换器之间运行方式的切换。CCS系统设置一条供水母管，供给各类设备的冷却水管线采用“母管——分支”的布置，每个用户有一条分支冷却水管线，所有用户的供水和回水管线最终连接至CCS系统供水和回水母管上[2]。

2 波动水箱补水的设计对可靠运行的影响分析

2.1 波动水箱补水设计可靠性分析

CCS系统通过设计减少运行期间由于单一故障而引起的电站停堆事故。正常运行工况下，仅需一台CCS泵运行，如果该设备冷却水泵意外停运，备用设备冷却水泵将在接收到供水母管流量低（1136m³/hr）信号时自动启动，以保证反应堆冷却剂泵及其他用户的继续正常运行。两台设备冷却水泵均设有波动箱L-3（5%）液位信号触发的停泵保护，波动箱液位设置两路冗余通道以防止单通道失效而引起的设备冷却水泵停泵。

CCS系统两台设备冷却水泵设置了波动箱液位L-3跳泵信号，为了防止单一故障导致的误跳泵，在设计上采用了两个冗余的波动箱液位计，只有当两个波动箱液位计同时触发L-3液位信号时才会联锁跳闸两台CCS泵。

波动箱容积为20．4m³，正常运行时水位保持在波动箱中平面处，当液位低（45%）时通过自动打开波动箱液位补水阀（V130）为波动箱补充除盐水，当波动箱液位高（55%）时自动关闭波动箱液位补水阀。

在电厂正常运行期间，波动箱补水阀（V130）保持关闭状态，当波动液位降低时自动打开V130为波动箱补水[3]。但在设计上波动箱补水管线上只设置一个气动阀，并且该阀门被设计成失效关闭的阀门，若该阀门由于丧失供气气源或电源，阀门将自动关闭，导致失去对波动箱液位的控制功能，进而对CCS泵的正常运行造成影响，使CCS泵的运行可靠性降低。一旦同时发生CCS系统的外漏而导致波动箱液位持续下降，当两个液位计同时达到液位L-3信号时，两台CCS泵全部跳闸，丧失正常设备冷却水，将会导致电厂进入事故工况。

2.2 补水阀门失效和热交换器泄漏案例

CCS-V130阀门在大修期间接连发生过3次因阀门限位开关问题而无法开启的问题，都通过紧急维修工作进行了消缺；

一期工程1/2号机组CCS系统因阀门缺陷和热交换器缺陷造成的系统泄漏共计10余次。

2.3 CCS补水管线改进方式

波动箱的补水功能对于CCS系统的可靠运行非常重要。在补水管线上仅设置一个气动补水阀显然不能满足单一故障准则，并且在失效时将对CCS系统的运行造成重大影响。为保证可靠的补水，可在补水管线上进行设计改造，在气动阀前后各增设一个手动隔离阀，在正常运行时通过行政手段对其上锁，并保持常开状态。同时在前隔离阀的上游引出一条旁路管线连接到后隔离阀的下游，并增设一个上锁常关的手动阀，这条旁路管线只在气动补水阀故障或是失效的情况用于为波动箱提供手动的补水能力[4]。

这样设计的优点：

（1）在现有管线的基础上增加手动隔离阀和旁路阀，可以保证在气动阀失效关闭的情况下提供可靠的补水手段；

（2）仅仅增加手动隔离阀和旁路阀管线，不需要更改主控室的运行控制画面；

（3）在电厂正常运行期间，可以实现气动补水阀的在预防性维护和故障维修；

（4）在电厂失去压空的事故时，CCS系统仍然可以可靠的为RNS等重要负荷提供可靠冷却，为事故缓解提供更多支持。

（5）在气动阀发生内漏时，可以可靠隔离内漏，防止波动箱满水。