核电机组停备期间为防止钛管结冰的实践

王大鹏

摘要：冬季北方的核电机组可能存在停机备用的情况。此时，一回路余热较低，二回路凝汽器无热源，加之海水温度较低，此时循环水系统若在运行状态，会导致凝汽器钛管结冰。本文讨论了机组在冬季热备用期间防止凝汽器钛管结冰的方法和维持停备状态的缓解措施。

关键词：核电;停备;冬季;钛管结冰

1 前言

冬季由于北方部分火电机组有供暖需求，核电机组可能存在停机备用的情况。为了根据电网需求，提高发电能力，核电机组此时一般处于停机备用状态，反应堆回路一般保持在热停堆状态，二回路处于循环备用状态。然而，此时一回路余热较低，二回路凝汽器无热源，加之海水温度较低，此时凝汽器循环水系统若在运行状态，会导致凝汽器钛管结冰，堵塞凝汽器抽真空通道，钛管冷凝能力降低，导致冷凝器真空异常升高、凝结水系统水温异常升高等现象，甚至导致钛管的变形的破损，对核电机组的安全运行造成影响。

本文介绍了核电机组停机备用状态下的热量导出模式、冬季热备用的特点，同时对机组停备过程中，无循环水泵运行的提供了缓解措施。

2 核电机组停机备用的介绍

2.1正常停备介绍

机组在停机备用时，反应堆回路一般处于蒸汽发生器冷却的正常热停堆状态，反应堆未临界，反应堆回路此时的热源主要为：反应堆的衰变热、余热和反应堆冷却剂泵的热量。从CPR1000机组的数据来看，反应堆冷却剂系统主泵引入的热量大致为10MW，反应堆的衰变热（停堆1天后约为16.5MW，100天后约为2.05MW）和余热根据反应堆停运的时间而定。

反应堆的热量通过蒸汽发生器导出，此时二回路水循环，使用启动给水系统为蒸汽发生器供水。

冷却反应堆回路的热量，主要从两个方面：

第一，可以使用蒸汽发生器排污系统，经过设备冷却水系统，对二回路的水进行冷却，从而导出热量。第二，可以使用蒸汽旁路排放系统，此时若主蒸汽隔离阀开启，可使用旁路排放系统将蒸汽发生器产生的蒸汽排向冷凝器;若此时主蒸汽隔离阀关闭，则使用旁路排放系统将蒸汽发生器产生的蒸汽排向大气。

2.2冬季停备的特点

冬季，我国北方气温较低，海水温度可能低于0摄氏度。加之，机组在停机备用阶段，一回路产生的热量较低，传递至二回路的热量较少，此时凝汽器循环水系统若在运行状态，可能会导致凝汽器钛管结冰。

3 防止钛管结冰的措施及保持停备的缓解措施

根据凝汽器设备运行维修手册的要求，机组在长期停机（大于1周）时，需要关闭循环水泵、排空凝汽器内部循环水。机组短期停机，循环水泵不需要关闭;机组长期停机，需要关闭循环水泵，排空管束和水室，防止循环水滞留在管束中。

所以，停运循环水泵是我们必须采取的手段。然而，停运循环水泵会导致辅助冷却水丧失，从而导致常规岛冷却水和凝汽器抽真空系统丧失冷却水，也带来新的问题。

3.1停运循环水泵的影响和缓解手段

问题一：凝汽器不能正常工作

循环水泵的停运，导致凝汽器无海水冷却，加之，凝汽器抽真空系统失去冷却不可用，这将导致蒸汽旁排系统不能排至凝汽器。

问题二：常规岛设备冷却水失去冷却

此时，常规岛设备冷却水的主要用户为：凝结水泵、常規岛设备冷却水泵、润滑油泵、顶轴油泵、启动给水泵、除氧器在循环泵等等。此时，厂房环境平均温度约为20摄氏度左右，用自然空气循环无法达到冷却目的。

针对问题一，此时的缓解手段主要是更换冷却，使用前文提到的：蒸汽发生器排污系统冷却、蒸汽经旁路排放系统排向大气相结合的手段。以CPR1000机组为参考，此时，蒸汽发生器排污系统的冷却能力为10.9MW，不足以带出反应堆冷却剂泵和反应堆堆芯衰变热、余热的热量，所以，大气旁路排放阀门此时是有开度的。

此时，二回路的水，从蒸汽发生器经过排污管线，进入排污系统，经过排污系统的热交换器被核岛设备冷却水冷却后，回到凝汽器。与此同时，蒸汽发生器蒸汽经过旁排系统排放至大气，排出多余的热量。这个过程中，由于蒸汽排至大气将不断消耗二回路的水源，此时要注意凝汽器的补水。

针对问题二，此时的缓解手段是只投入一台常规岛设备冷却水热交换器，并在其海水侧接入生产用水系统的水源，并正常排水至海水侧，用这种方法，使用生产用水冷却常规岛闭式冷却水热交换器，从而带出二回路的用户的热量。

3.2启、停机阶段的措施

在冬季，机组下行在停堆前，应该考虑先停运一列循环水泵，同时应尽快将蒸汽旁排系统从排凝汽器切换至排大气，同时减少凝汽器喷淋水量，后续尽早停运另外一列循环水泵。

在机组启动阶段，应尽量保持单列循环水泵运行，在可接受范围内以最快速率将核功率升至9%左右，目的为了使一列钛管结冰消融，另外一列钛管结冰量减少。

4 结束语

北方核电机组在冬季临时停运备用期间，循环水泵的持续运行会导致凝汽器钛管的结冰，这给机组维持停备状态造成了困难。我们可以通过对循环水下游负荷冷却源的切换和调整机组启停的运行策略进行控制。但是，钛管结冰的根本原因是由于循环水系统设计不合理造成的，循环水设计最低温度与实际情况不符，这导致了机组停备期间的运行困难，核电站的业主在设计阶段应关注此类问题，从而在根源处解决该类问题，从而保证核电机组运行阶段的安全、稳定。

参考文献：

[1]《CPR1000高级运行》

[2]《CPR1000系统与设备》

[3]《循环水系统设备运行和维修手册》

[4]《热工水力学》

[5]《蒸汽发生器排污系统设备运行和维修手册》