核电站一回路主要辅助系统化学和容积控制系统RCV.docx
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核电站一回路主要辅助系统化学和容积控制系统RCV
1．2一回路主要辅助系统
§1.2.1化学和容积控制系统（RCV）
一、概述
化学和容积控制系统（RCV）是反应堆冷却剂系统（RCP）的一个主要的辅助系统。
它在反应堆的启动、停运及正常运行过程中都起着十分重要的作用，它保证了反应堆的冷却剂的水容积，化学特性的稳定和控制反应性的变化。
二、系统功能：
主要功能：
a）容积控制：
通过上充和下泄功能维持稳压器水位，保持一回路水容积；
b）反应性控制：
与反应堆硼和水的补给系统（REA）相配合，调节冷却剂硼浓度以跟踪反应堆的缓慢的反应性变化;
c）化学控制：
控制反应堆冷却剂的PH值，氧含量和其他容积气体含量，防止腐蚀，裂变气体积聚和爆炸，降低冷却剂放射性水平，净化冷却剂。
辅助功能：
（1）为主泵轴封提供经过过滤及冷却的水
（2）为稳压器提供辅助喷淋水
（3）一回路冷却剂过剩下泄
（4）需要时，上充泵可作为高压安注泵运行
三、系统功能描述：
1.容积控制
所谓容积控制就是通过RCV吸收稳压器不能全部吸收的那部分一回路水容积的变化的量，维持稳压器水位在一个整定的范围内。
一回路水容积变化的原因主要是温度的改变，如图
（1）所示：
从图可见当反应堆冷却剂系统RCP从冷态（60℃）增温到热态（291℃）时，其比容增加将近40%；正常运行时，冷却剂的平均温度随功率的变化而变化，从而比容也随之改变，也造成一回路中水的体积的改变。
另外，由于冷却剂系统处于155Bar的高压下，也会不可避免地发生泄漏，需要调节水容积。
容控原理见图
（2）
化学和容积控制系统RCV从RCP二环路过渡段引出下泄流，经容控箱再由上充泵把上充流打回RCP，反应堆稳定运行时，上充流量与下泄流量相等。
当温度变化引起一回路内水体积变化时，稳压器水位发生变化，当水位偏离设定值时，调节上充流量，使稳压器水位恢复到设定值。
但容控箱容量有限，在RCP系统升温、降温过程，或其它瞬态，水容积发生很大变化时，可与其它系统配合，容控箱水位高时，可排放到硼回收系统（TEP），容控箱水位低时，可由硼和水补给系统（REA）按需要进行补给。
2.化学控制
由于冷却剂在一回路内循环流动，其水化学特性会整个回路都相同：
即由于水的温度增高，水中含氧量增加，及一回路水PH值降低，都将导致一回路部件的腐蚀，而冷却剂通过堆芯时，由于中子的辐照，水中的腐蚀产物被活化，并且，也有可能带出元件包壳破裂处逸出的裂变产物。
因此，为了把一回路所有部件的腐蚀限制在最低程度，避免杂质沉积在燃料元件表面而导致包壳因传热恶化而破裂，以及限制一回路水中腐蚀产物成为辐射源，就需要通过化学控制，维持一回路水的化学性质在规定的限值内。
化学控制原理见图（3）
1.通过注入化学试剂，控制一回路水质而限制腐蚀，例如，在压水堆启动时，可在一回路冷却剂中注入联氨，以减少水中溶解氧的浓度。
在正常运行时，在冷却剂中添加控制剂氢氧化锂，以提高一回路冷却剂的PH值。
2.使一回路冷却剂水流过净化系统进行净化，包括，经过过滤以除去冷却剂水中的悬浮状颗粒物，以及通过离子交换树脂以除去离子杂质。
离子交换器中的树脂不能承受超过60℃的温度，所以下泄水必须先从292℃以上的温度降至45℃左右。
另外由于与化学和容积控制系统相关联的其它系统都处于比较低的压力状态，所以必须将下泄流的压力从155bar降至2－5bar。
为避免水汽化，降压必须在冷却后进行，共两次降温降压过程，如图（4）所示，每个冷却阶段之后进行一次降压，在运行过程中也应注意在任何时候工作点都应落在饱和曲线上方，即液态区。
具体采用方式是（参见流程图），第一级为了回收部分热量使用再生式热交换器，在冷却下泄流时同时对上充回路净化后的水进行加热，然后下泄流经过下泄孔板降压；第二级再利用非再生式热交换器将下泄流冷却到45℃，非再生式热交换器的冷却水为设备冷却水系统（RRI）的水，此时下泄流再经过正常下泄调节阀第二次降压。
图（3）化学控制原理
化学控制净化一回路冷却剂还有其它附属功能：
通过向外扫气，定期排放积聚在容积控制箱内的裂变气体产物；在设备预加热操作时，用氮气清除水中排出的溶解氧，或在反应堆停闭期间，使用氮气降低一回路水中氢气浓度。
1.反应性控制
反应堆在长期功率运行期间，影响反应性变化的因素主要有以下几点：
（1）、燃料消耗，燃料温度变化引起多普勒效应
（2）、燃料元件中产生裂变产物，如氙－135，钐－149，它们是吸收中子的毒物，并且浓度随功率变化而改变。
（3）、一回路冷却剂由于温度变化的温度效应；功率亏损等。
反应性控制的目的是，用调节一回路水的硼浓度以保证在压水堆功率运行时，棒束型控制棒组件的调节棒组可位于正常使用的调节带范围内，并能保证压水堆获得足够的停堆负反应性。
在RCV中进行反应性控制，可采取如下措施：
（1）、加硼――在上充泵吸入口注入预先规定数量的硼，在正常功率运行时为了将调节棒组提升到正常使用范围，或为了增加停堆负反应性时，需进行加硼操作。
（2）、稀释――用等量除盐水代替一部分一回路冷却剂的水。
（3）、除硼――用离子交换树脂吸附一回路水中的硼。
（2）、（3）两种操作是为了将调节棒组降低到正常使用范围，或减少停堆负反应性。
表
（1）给出进行中子毒物控制时，化学和容积控制系统的调硼操作内容。
表
（1）化学和容积控制系统的调硼操作
操作
一回路硼浓度变化
对运行的影响
水量变化
操作选择
有
无
增加
降低
无变化
涉及容积功能
手动
自动
加硼
√
√（排放）
√
稀释
√
√（排放）
√
除硼
√
√
√
补给
√
√
<容积>功能
√
（补给）
大量加硼
√
√（排放）
√
五、流程及主要设备功能实现：
RCV系统流程简图见图（5）化学和容积控制系统RCV由下泄回路、净化回路、上充回路、轴封及过剩下泄回路四部分组成。
RCV正常运行时基本流程是：
从反应堆冷却剂系统二环路过渡段引出压力为155bar，温度292℃，流量为13.6Kg/h的下泄流体，经隔离阀RCV002VP，003VP进入再生热交换器RCV001EX壳侧，冷却到140℃，再由三组并联的降压孔板RCV001DI，002DI，003DI（正常时一组运行），把压力降到24bar；下泄热交换器RCV002RF及调节阀RCV013VP进行第二级降温降压，使温度降到到46℃，压力降到2-3个大气压左右（以达到下游除盐床能适应的温度和压力），由过滤器滤除冷却剂中直径大于5μm的固体腐蚀产物，进入除盐床除去冷却剂中的裂变产物及腐蚀产物，然后进入容控箱RCV002BA，经上充泵升压到177bar返回冷却剂系统一环路冷段和轴封水回路。
设备功能实现如下：
1）热交换器和孔板及调节阀RCV013VP
它们实现的是降温降压功能，热交换器分别设在孔板和调节阀之前，是防止先降温后降压会出现闪蒸现象。
热交换器的流量按最大下泄流设计（27060Kg/h），再生热交换器必须保持有最小上充流量率，以达到要求的出口温度（小于190OC）。
孔板正常下泄时是一个或最多两个投入运行，反应堆冷却剂系统降压时，三个都要投入。
孔板按正常下泄流设计（50%最大下泄流），正常下泄压降为13.1MPa。
下泄流经过再生热交换器（RCV001EX）热量由返回冷却剂系统的上充水回收，达到加热上充流的目的；非再生热交换器也即下泄热交换器（RCV002RF）的冷却水来自设备冷却水系统RRI，下泄流的出口温度由一个调节冷却水流量的调节阀控制，使下泄流温度适宜离子交换器运行。
两热交换器的运行参数见表
（2）
表
（2）热交换器的运行参数
单位
正常下泄
最大下泄
管侧
壳侧
管侧
壳侧
运行压力
再生热交换器
bar.abs
167
166
167
166
下泄热交换器
28
8
28
8
流量
再生热交换器
Kg/h
10150
13530
23760
27060
下泄热交换器
13530
28000
27060
135000
入口温度
再生热交换器
℃
54
293.3
54
293.3
下泄热交换器
140
<35
145
<35
出口温度
再生热交换器
℃
268.4
140
235
145
下泄热交换器
46
78.5
46
55
压降
再生热交换器
bar
0.25
0.75
0.12
0.25
下泄热交换器
1
1.1
1
传热量
再生热交换器
KW
2636
5112
下泄热交换器
1490
3140
2）除盐床：
混床RCV001，002DE并联，互为备用，使用的交换树脂为锂型阳树脂和氢氧型阴树脂，能使大部分裂变产物浓度至少降低十倍，他们能处理一个换料周期1%燃料破损率的下泄冷却剂，以最大下泄流设计。
为避免稀释反应堆冷却剂，混床除盐装置在与RCV连接之前，应使树脂内所含硼酸饱和。
阳床RCV003DE为H型阳树脂，间断运行以控制7Li的浓度，7Li主要来自10B（n，）反映。
1%燃料破损率，也能有足够交换能力维持反应堆中铯的浓度小于3.7x104Bq/cm3。
以正常下泄流设计。
向除盐装置充填树脂必须采用SED水。
表（3）除盐床运行参数
混床
阳床
设计压力，bar
14.8
14.8
设计温度，℃
110
110
工作压力，bar
11.3
11.3
容器容积，m3
1.4
0.7
树脂容积，m3
0.93
0.46
树脂工作温度，℃
46~62.5
46~62.5
正常流量/最大流量，m3/h
13.6/27.2
13.6
3）容控箱：
RCV002BA；
作为一回路缓冲水箱，其在负荷瞬变时，可接收稳压器不能容纳的那部分冷却剂波动容积，当下泄流过多时可向硼回收系统TEP排放，不足时可由硼和水补给系统REA补充。
停堆期间，还用于冷却剂脱气，在打开主回路前，先用氮气吹扫，以清除溶解于一回路水中的气体；积聚在容控箱中的气体裂变产物均定期地向核岛废气和疏排水系统RPE排放；并作为上充泵的高位水箱能为上充泵提供足够的NPSH；也是冷却剂加氢除氧途径。
正常运行温度40OC，压力0.22MPa.a，箱体容积8.9m3。
4）充泵：
RCV001PO，002PO，003PO，见流程简图（5）。
功能：
正常运行时保证上充和轴封流量，发生LOCA事故时进行高压安注。
上充泵的上充流量：
最大上充流+正常密封水注入流+最小流量管线流量。
三台并联的上充泵是离心式多级卧式泵，把容控箱来的水升压到177bar，使经过净化的下泄流重新返回一回路系统。
每台上充泵装有一台齿轮增速器驱动油泵（007PO，008PO，009PO分别对应001PO，002PO，003PO）和一台电动辅助油泵（004PO，005PO，006PO分别对应001PO，002PO，003PO）。
正常运行时，用齿轮油泵润滑，在启动时用电动油泵提供顶轴油压。
用上充泵作高压安注泵使用时，要求上充泵立即启动。
设计上允许在这种情况下即使电动油泵不能用和齿轮油泵未给出有效油流量之前启动上充泵。
表（4）上充泵运行参数
设计压力，bar
212
设计温度，℃
120
扬程，m（H2O）
1830
额定流量，m3/h
34
额定压头，m
1767
除却正常下泄，一回路系统还有另一条下泄通道——过剩下泄通道。
当正常下泄通道不能运行时，即投入过剩下泄，使从主泵轴封注入的水得以疏出，维持主系统的总水量不变。
过剩下泄通道从冷却剂系统RCP的一环路过渡段引出一股下泄流，经过剩下泄热交换器RCV021RF冷却后和轴封回流汇合，一同返回上充泵入口。
参见RCV系统简图（5）。
轴封水回路经两台并联运行的过滤器RCV003FI，RCV004FI中的一台，除去尺寸大于5m的固体杂物后进入主泵一号轴封。
轴封水一部分顺泵轴朝下冷却主泵轴承后进入一回路；另一部分则朝上经过1号轴封配合面流出主泵作为轴封回流。
轴封回流由由轴封回流过滤器RCV005FI除去固体颗粒后进入轴封回流热交换器RCV003RF，冷却后返回上充泵入口。
4）过剩下泄热交换器：
RCV021RF；
设计流量等于额定密封水注入流量通过冷却剂热屏进入反应堆冷却剂系统的那部分流量（500Kg/h，出口温度550C）。
过剩下泄管路仅在RCV下泄管线与轴封注入管线一起运行时，发生故障或断裂的情况下使用。
5）轴封回流热交换器：
RCV003RF；
被冷却流体是冷却泵1号密封引漏水和021RF来的过剩下泄流及上充泵最小流量。
表（5）轴封回流及过剩下泄热交换器运行参数
轴封热交换器
过剩下泄热交换器
管侧
壳侧
管侧
壳侧
流量，kg/h
19030
24880
5000
75000
进口温度，℃
61.5
<35
293.3
<35
出口温度，℃
47
46
54
52
工作压力，bar.abs
8
8
160
8
6）器03FI，04FI在投运一个前，另一个的上下游阀门应关闭。
7）几个重要阀门：
RCV013VP：
正常下泄调节阀，控制下泄孔板下游压力，由一压力调节器控制，在RCP系统满水运行时，启动该阀压力信号从RRA泵上游冷却剂压力信号取得。
此阀可手动操作。
RCV017VP：
由于除盐床的离子交换树脂的工作温度为46-62.5℃，如果下泄流温度高于57℃时，为防止树脂因高温而失效，RCV017VP会自动切换，旁通除盐床而直接将下泄流导入容积控制箱RCV002BA。
RCV026VP：
三通阀，当需要减小一回路水中硼的含量时，用此阀把水导向硼回收系统TEP，用TEP的离子交换器除去其中的硼。
RCV030VP：
三通阀，由容控箱水位控制，容控箱高水位时将下泄流切换到TEP前贮槽。
RCV046VP：
上充流量调节阀，用以调整上充流量使之与稳压器程序水位相一致，有最大、最小流量两个限位开关：
最小上充流量，必须大于5.5m3/h，以充分冷却下泄流防止在下泄孔板下游汽化；最大上充流量，反应堆冷却剂系统瞬态时一台上充泵能输送的最大流量，也是为了保证有一定的密封水流量。
泄压阀：
RCV201VP：
保护下泄热交换器，排往稳压器泄压箱，容量等于三个下泄孔板的最大流量。
RCV203VP：
容量同201VP，防止013VP到002BA之间这部分系统被隔离时超压。
排往容控箱。
RCV114VP，214VP：
防止容控箱超压，排往TEP前贮槽。
RCV384VP：
防止由于止回阀383VP泄漏，RCV366VP关闭情况下RRA系统引起的超压。
整定压力等于返回管线设计压力：
1.1Mpa
RCV252VP：
保护密封水返回管线免受安全壳隔离阀关闭引起的超压，排往稳压器泄压箱，容量=过剩下泄流+冷却剂泵密封故障时最大泄漏流之和。
整定压力等于冷却剂泵密封可容许的最大背压：
1．03MPa绝对压力。
RCV224VP：
防止由于密封水热交换器RCV003RF被隔离而没有打开他旁路情况下，由于上充泵最小流量管线引起的超压。
六、正常运行：
稳态运行时，过剩下泄、低压下泄和辅助喷淋管线被隔离，由正常下泄管线引出一股下泄流经再生式热交换器、一组降压孔板、下泄热交换器和除盐器进入容控箱，再由上充泵把水注入一回路系统。
化容系统至余热排除系统的返回管线保持开启使余热系统满水。
化容系统完成反应堆容积控制、化学控制和轴封水供应。
负荷变化时，引起的水量变化大部分由稳压器来吸收，容控箱提供小部分补偿能力。
容控箱水位高时，RCV030VP按水位控制要求分流一部分去硼回收系统TEP前贮槽，高液位时全去硼回收系统。
容控箱水位下降到低液位时自动启动硼和水补给系统，使容控箱水位恢复正常。
若反应堆在一个新的功率水平下运行较长时间，则必须对反应堆硼浓度作相应的调整，补偿由于温度、氙毒变化而引起的反应性变化。
注意：
下泄流量应<28.6m3/h，超过就会引起对再生热交换器不利的振动。
再生热交换器下泄流出口温度不得超过1950C，以防止孔板下游发生闪蒸。
使下泄流温度小于1950C的最小上充流量为8.8m3/h，为了使向泵热屏注入流量维持在可接收值，最大上充流量为25.6m3/h。
上充泵最小流量是13.6m3/h，下限是4m3/h，此时至多可维持一小时，上充泵吸入口温度小于250C情况下，上充流量6m3/h，则可维持10小时。
泵的总压头必须500mLC。
1）冷停堆和热停堆：
正常冷停堆时，通过低压下泄通道使一回路水得以净化，正常下泄管线仍开启以免一回路系统超压。
只要一回路水超过主管道中心线，就应保证轴封水的供应。
换料或维修冷停堆时，净化后的水从RCV――RRA连接管线返回一回路系统而不通过容控箱和上充泵，净化流量约为20m3/h，当一回路系统完全泄压时，轴封水由容控箱靠重力提供，轴封回流管线隔离。
热停堆时，化容系统的运行和反应堆正常运行时相同，应根据停堆的时间长短来调整硼的浓度。
2）启动：
上充泵由硼和水补给系统供水，通过正常上充线将水注入一回路系统，对一回路系统进行重力充水排气（如果一回路系统完全泄压），结束后关闭所有排气阀。
用下泄控制阀控制一回路系统压力并逐步调整两条轴封水的流量。
当一回路系统压力上升到23bar左右时，间歇地开动各主泵，把蒸汽发生器U型管上段的气体赶到一回路系统各排气口，一回路系统泄压，然后打开排气阀进行动力排气。
一回路系统水排气结束后，压力重新升高到主泵的最小工作压力，启动主泵，投入稳压器的电加热器使一回路系统升温，升温速率由余热排出系统控制在≤28℃/h。
一回路系统温度在90℃～120℃时，根据需要添加LiOH和联氨以调整PH值和除去水中的溶解氧。
水质合格后，在容控箱内充上氢气以保证水中有一定浓度的氢。
冷却剂净化由一台混床来处理，轴封水流量维持在正常值。
当稳压器内的温度达到相应压力下的饱和温度时，稳压器内开始产生汽泡，此时下泄控制阀投“自动”，压力控制从“一回路系统模式”转换至“化容系统模式”，上充流量调节阀达到“手动”，逐步减少上充流。
当稳压器达到零功率液位时，稳压器操作开关投自动。
一回路系统温度升高到180℃时，逐步减少低压下泄线的流量，增大正常下泄线的流量直至关闭低压下泄阀RCV310VP，然后使余热排出系统和主系统隔离。
手动调节稳压器压力使之升高，当主系统压力达到85bar时隔离一组降压孔板。
在此期间，冷却剂由混床除盐器连续净化，调节RCV061VP使轴封水流量在正常范围内，每台主泵的轴封水流量通过就地调节RCV067VP，068VP来进行分配。
一回路系统达到热停堆状态（155bar，292℃）时，隔离另一条降压孔板使下泄流量达到正常值。
升功率之前，必须对冷却剂进行稀释，以补偿氙毒的积累。
3）停堆：
一回路系统降温降压之前必须使一回路水达到所需的冷停堆硼浓度。
在硼化期间，开启两组降压孔板使下泄流量达到最大值。
如果反应堆准备进入换料或维修冷停堆，则必须除去冷却剂中的氧。
第一阶段由定期排放容控箱中的气体来进行；第二阶段余热排出系统投入运行，由RCV030VP把水引向硼回收系统进行除氧，除氧时应使下泄流达到最大值。
一回路的冷却最初是通过二回路的旁路排放系统进行。
由于温度下降，一回路水收缩，必须靠增大上充流来维持稳压器水位，水的补充由硼和水补给系统根据容控箱水位自动补给，此时下泄流量和轴封水流量保持在正常值。
手动操作稳压器压力控制，使一回路系统压力降至2.8bar。
当一回路温度下降到180℃，压力28bar时，开启余热排出系统隔离阀，通过低压下泄管线对一回路系统进行第二阶段降温降压。
虽然低压下泄管线已投入运行，但稳压器的汽腔有可能消失，为避免一回路系统超压，三组降压孔板仍然保持开启。
当稳压器内汽腔完全消失时一回路系统压力由下泄控制阀控制。
一回路系统温度达到90℃时，属冷停堆状态，如果需要对设备进行维修或换料，一回路系统还须进一步冷却到70℃或60℃，即维修冷停堆或换料冷停堆。
一回路系统温度达到70℃时，停止最后一台主泵，继续由RCV013VP降低一回路系统压力，当压力降低到3bar时，停止上充泵，依靠容控箱的气压和位差保证轴封水的供应。
故障运行：
a）密封水返回管线破裂
现象：
有自动补给，容控箱水位仍继续下降。
引发动作：
上充泵吸入口切换到换料水贮存箱，密封水返回管线和上充泵最小流量管线被隔离，防止任何放射性释放到安全壳外，转入冷停堆。
b）密封水注入管线破裂
报警：
密封水注入流量不足；密封水注入过滤器高压差。
动作：
管线立即被隔离，冷却剂沿轴封向上流动（为防止泵轴磨损），热屏保证充分冷却这股流体（RRI水温度<350C的话），关闭RCV076，077VP，防止放射性外泄。
反应堆转入冷停堆。
c）稳压器辅助喷淋误动作：
必须避免这种状态，因为它会产生严重瞬态。
若出现则尽快关闭RCV227VP，若不能关闭，则隔离下泄和上充，启动过剩下泄。
d）设备失去RRI冷却水：
RCV002RF：
出口温度增高，RRI冷却水必须尽快恢复。
RCV003RF：
密封水注入温度足够低的话，失去RRI水可以接受，上充泵取水接到PTR001BA。
RCV021RF：
会立即在RCV258VP下游发生闪蒸，RRI冷却水必须尽快恢复或隔离过剩下泄。
e）LOCA：
安注系统RIS自启动。
一台泵将始终保持运行，安注信号将启动第二台上充泵，容控箱、上充管线和最小流量管线被自动隔离。
i）下泄管破裂：
若是降压孔板上游管道破裂，泄漏流量非常大，稳压器水位会迅速下降而导致自动隔离下泄。
若是降压孔板下游管道破裂，由于有降压孔板的节流，流量没有在孔板上游破裂大，需要手动隔离下泄管线。
上两种情况都会使厂房内放射性剂量水平大大提高。
如果上充泵继续运行，容控箱水位会不断降低而导致连续补水。
隔离下泄管线后，马上隔离上充管线，开通过剩下泄管线，上充泵继续运行给主泵提供轴封水。
根据技术要求，系统破管后反应堆进入热停堆。
如果泄漏量太大而引起上充泵汽蚀或影响主泵轴封水供应，则反应堆进入冷停堆。
ii）上充管破裂：
根据下列情况判断上充管线是否破裂：
●上充泵出口压力低，下泄管线自动隔离。
●上充流量不正常；
●容控箱液位低引起连续补水。
如果上充管线破裂，应隔离管线破坏部分，投入过剩下泄，维持轴封水的供应，根据情况决定反应堆是否进入冷停堆状态。
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