漳州能源二次侧非能动余热排出系统优化

费罗杰,靳 瑞

(中核国电漳州能源有限公司，福建 云霄 363300)

二次侧非能动余热排出系统(PRS)的安全功能是在发生蒸发器二次侧热阱功能丧失的设计扩展工况时，排出反应堆冷却剂系统的热量，在发生全厂断电事故且辅助给水系统汽动泵失效工况下，二次侧非能动余热排出系统(PRS)系统投入运行，在不超过冷却剂压力边界设计条件的前提下，通过蒸汽发生器导出反应堆冷却剂系统及反应堆冷却剂系统各设备的储热，在72 h内将反应堆维持在安全状态。在完全丧失给水的工况下，PRS系统投入运行,导出堆芯余热及反应堆冷却剂系统冷却剂和各设备的储能，降低一回路的温度和压力。

1 改进简介

1.1 改进背景

福清核电5、6号机组的PRS每个系列设置了2台应急补水箱，每台补水箱的容积为18 m3，但补水箱的设置造成了壳外水箱与隔间结构设计的难度增加，同时由于安装空间有限，补水箱及相应管线、阀门的布置较困难。在保证RPS系统安全功能前提下，为优化结构和布置设计，减少设备投资费用，提高经济性，简化运行控制，漳州能源决定取消PRS应急补水箱设计。

1.2 改进描述

福清核电5、6号机组PRS系统，原有设计详见图1，漳州能源改进实施后设计详见图2，原设计有两个应急补水箱，改进后取消了两个应急补水箱及相应管道阀门。

图1 原设计PRS系统流程简图Fig.1 Flow chart of the original design PRS system

图2 改进项实施后PRS系统流程简图Fig.2 Schematic of the PRS system flow after improvement

原设计当发出系统启动信号时，关闭主蒸汽隔离阀TSM001VV、主蒸汽系统向辅助给水系统气动泵提供动力蒸汽的阀门TFA091VV，以及TSM系统和TFA系统与其他系统相连通的阀门，以保证PRS系统能够形成封闭回路；打开凝水管道的隔离阀PRS102VL或PRS103VL，使PRS系统连通。系统投入后，应急余热排出冷却器管侧冷凝后的水注入蒸汽发生器二次侧，使一次侧反应堆冷却剂加热后变成蒸汽，经PRS系统蒸汽管道进入应急余热排出冷却器的管侧，将热量传递给换热水箱的水后再次冷凝为水，再返回蒸汽发生器二次侧，形成自然循环。PRS系统通过蒸汽发生器将反应堆冷却剂中的热量传递到应急余热排出冷却器，然后传递给换热水箱中的水，进而通过换热水箱中水的蒸发将热量终带出，维持反应堆的安全。在PRS系统启动信号发出60 s后，应急补水管线的隔离阀PRS106VD或107VD以及补水箱上游管线隔离阀PRS108VV自动关闭，以避免蒸汽旁通进入补水箱[1]。

改进后，系统的启动信号与原设计一样，启动信号示意图见图3。由于取消应急补水箱，应急补水及补水后的隔离动作取消，即PRS系统启动信号发出60 s后，应急补水管线的隔离阀PRS106VD或107D自动开启，补水结束后，PRS106VD、107VD和PRS108VV自动关闭的动作将取消，PRS系统的运行变得简单。

图3 PRS系统启动信号示意图Fig.3 Schematic of the startup signal of the PRS system

1.3 改进影响分析

(1)对工艺系统设计的影响

取消应急补水箱后，设置在应急补水箱上的辅助给水系统(TFA)充水接口取消，PRS系统的充水接口需要重新设计。取消应急补水箱后，PRS系统的充水接口设置与安全壳外的凝水返回管线上，原TFA系统上游接口维持原设计不变，应急补水箱及相关管线上的疏排水接口取消。

(2)对布置的影响

三个系列的应急补水箱及相关的管线和阀门分别布置在反应堆厂房的R971/R973/R975房间，由于取消应急补水箱及相应管线和阀门，三个房间将会留出大量的空间，甚至可以取消，这可以给壳外换热水箱及隔间结构设计带来极大优化调整余地。本改进项的实施将更有利于布置设计工的实现。

(3)对仪控设计、设备的影响

由于取消补水箱，补水箱上的水位测量仪表将取消，数字化仪控系统将减少采集点，主控制室系统和远程停堆站系统上应急补水箱水位的显示画面将取消；由于取消补水管线上的电动隔离阀，DCS将减少采集点，IMC和IRS上阀位指示的显示画面将取消；IMC和IRS上执行补水功能及补水后隔离功能的操作也将取消，仪控将更简单。

(4)对电气设计、设备的影响

改进设计涉及电动隔离阀共有9台(每个机组)，将全部取消，相应可减少6个72 h直流电源系统(A列)和3个72 h直流电源系统(B列)的配电控制回路，以及相关的动力电缆和抗震I类电缆转换箱，有利于电气设计的实现，电气设备的配置也将简化。

(5)对建筑、结构设计的影响

取消的补水箱重量相对较小，其对楼层反应谱的影响仅限于局部区域的效益；对外层安全壳其他位置、其他核岛厂房的影响可以忽略不计。取消的补水箱对土建影响仅限于局部区域配筋，影响很小；对外层安全壳其他位置、其他核岛厂房的影响可以忽略不计。

(6)对安全分析的影响

对叠加辅助给水启动泵失效事故进行了计算分析，针对补水箱投运的工况和取消补水箱的工况进行比较，计算结果表明，补水箱投运和取消补水箱两种工况下PRS投运后，反应堆冷却剂平均温度和稳压器压力略高于工补水箱投运，5 000 s后主参数趋于一致，不同工况下的PRS系统的排热功率相当。补水箱的投入可以持续补充SG的水装量,SG水位稳定值超过13 m；没有补水箱SG水位将稳定在8.4 m。计算结果见图4～7。

图4 冷却剂平均温度Fig.4 The average temperature of coolant

图5 SG水位Fig.5 The SG water level

图6 SG二次侧压力Fig.6 The pressure at the secondary side of SG

图7 稳压器压力Fig.7 The pressure of the pressurizer

事故分析表明，有无补水箱情况下堆芯余热皆可通过PRS系统排出，反应堆冷却剂系统温度和压力持续下降，满足PRS系统在事故工况下的带热需求。

(7)对生产文件影响

电厂事故规程中将取消补水及补水后的隔离操作要求，由于取消了应急补水箱及相关的管线和阀门，相关的在役检查项目将取消，有利于减少在役检查时间。相关的定期试验项目将取消，有利于减少定期试验时间，总体对电厂有利。

(8)对设备采购、施工、进度影响

该改进项，将取消相应应急补水箱及相关的管线和阀门的采购，减少了设备采购的风险和费用，减少了现场施工的工作量，有利于现场施工的工作安排及缩短施工时间，减少了相关设备的采购、按照、检查及调试等活动，有利于项目进度的控制。

2 实施措施

本文在保证PRS系统安全功能前提下，为优化结构和布置设计，同时较少投资费用，提高经济性，提出了取消PRS系统应急补水箱的设计改进方案。通过修改系统配置来实现，取消应急补水箱及相关的管线和阀门，同时对改进项进行事故分析，验证取消应急补水箱后PRS系统是否仍能实现事故工况下的排热要求。

3 结论

福建漳州核电1、2号机组PRS系统取消应急补水箱，对核设计和热工水力、辐射防护、电厂总图等方面无影响，并将使系统、布置、仪控、电气等设计更简单，实现更方便。取消PRS应急补水箱的实施，还将减少相关设备的采购、安装、施工、在役检查及定期试验等，进而能减少投资费用及施工时间。同时事故分析结果表明，取消补水箱后，满足PRS系统在事故工况下的带热需求，总体评价可行。