第十五章 标准工况.docx
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第十五章标准工况
第十五章标准工况
为了便于操作和管理，保证安全，而将核蒸汽供应系统（NSSS）正常运行和瞬态运行的某些范围归纳划分为五种标准运行方式，又称标准工况。
即冷停堆、中间停堆、热停堆、热备用和功率运行。
根据堆芯中控制棒的位置和可能的平均温度和压力范围，又可将冷停堆细分为三种不同的运行方式：
（1）换料冷停堆：
所有棒组都插入，T＜60℃压力为大气压；
（2）维修冷停堆：
所有棒组都插入，T＜70℃压力为大气压；
（3）正常冷停堆：
除了SA，SB、SC和R棒组提出外，所有棒组都插入，10℃＜T＜90℃ 0bar≤P≤29bar。
根据RCP温度范围和稳压器中是否存在汽腔，中间停堆方式细分为三种运行方式：
（1）单相中间停堆：
RRA投运、稳压器充满水（单相）；
（2）两相中间停堆：
RRA投运或准备投运/退出，稳压器汽腔已建立或准备建立/消失；
（3）正常中间停堆：
RRA退出运行，稳压器已建立汽腔；
这样就形成了九种标准运行方式。
15.1技术限制
把反应堆标准运行方式的温度、压力限制标注在P-T图上，则构成了RCP的标准工况（P—T）图（图15.1）上。
电站在从换料到功率运行各阶段，温度和压力都必须控制在所限制的范围内，设备安全才得以保障。
下面就RCP标准工况（P-T）图上的各限制线加以简要说明。
1.饱和曲线
RCP的标准工况（P-T）图上的饱和曲线就是水的饱和曲线，曲线上方为液态，下方为汽态。
一回路的冷却介质在任何情况下都应工作在饱和曲线上方并保持一定距离，只有一回路稳压器内的冷却剂工作在饱和曲线上。
一回路系统压力在任何情况下总是基本一致的。
蒸汽发生器二次侧冷却介质大多数情况下都工作在饱和曲线上，静态时其温度等于一回路冷却介质温度，压力为此温度下的饱和压力。
2.RCP系统运行温度上限线
从核安全角度上考虑，除稳压器外，一回路任何部位都不允许出现沸腾现象，尤其在燃料元件表面。
另外也要避免主泵运转时泵吸入口局部汽化，造成主泵叶片的汽蚀。
故限制一回路运行时平均温度应比运行压力所对应的饱和温度低50℃：
Tav＝Tsat－50℃
其中：
Tav——一回路平均温度
Tsat——一回路压力所对应的饱和温度
图15.1RCP的标准工况（P－T）图
3.RCP运行温度的下限线
RCP系统的稳压器作为压力控制设备工作时，其内的冷却剂温度大于系统其它部位。
稳压器和一回路管道之间连接波动管的热应力随着温差增大而增大。
为限制热应力给波动管造成的损害，规定一回路最低温度不得低于运行压力对应的饱和温度（即稳压器内冷却剂温度）110℃：
Tav＝Tsat－110℃
4.RCP系统额定运行压力线
RCP的额定运行压力为154bar，它的规定是受回路设计的机械强度的限制。
为了防止超压对设备造成破环，在稳压器上有三个安全阀，其动作压力分别定在166，170，172bar.a。
5.蒸汽发生器管板两侧最大压差的限制线
蒸汽发生器内U型管的管板是一开有许多小孔的平板，由于受机械强度和应力的限制，板两侧的的压差限制为110bar。
管板一回路侧的压力就是稳压器压力、二回路侧的压力就是一回路水温度所对应的饱和压力（在蒸汽发生器无功率输出的情况下），因此该限制线符合：
PRCP＝Psat＋110bar
6.主泵启动的最低压力限制线
为保护主泵1号轴封，主泵启动前必须使1号轴封二个端面分离，而当轴封二侧压差大于19bar时，1号轴封端面才能分离，且此时的泄漏量大于50l/h，才能满足对轴承的润滑和冷却。
而且主泵启动也要求泵的入口压力大于17.9bar才能避免叶轮的汽蚀，所以，主泵的最低启动压力规定大于23bar。
7.RRA系统运行参数限制线
RRA系统设计的最高运行温度为180℃，最高运行压力为29bar，但RRA退出运行的最低温度为160℃，也就是说，当RCP在低于160℃时，RRA必须投入运行，这是为了防止反应堆容器在整个寿期内发生脆性断裂的可能。
因为在RRA投运后，当RCP压力意外升高时，RRA有二个不同定值的安全阀进行保护（定值分别为39bar和44bar），否则，压力升高的保护只有依靠稳压器安全阀。
这在反应堆容器寿期末是危险的。
8.硼结晶温度限制线
硼酸在水中的溶解度随温度升高而增加，为防止低温时一回路水中硼酸结晶而析出，限制一回路水温不得低于10℃，在10℃时，硼酸在水中的溶解度为3.51％（相当于硼浓度6140ppm）
9.主泵启动温度线
当反应堆冷却剂温度达到或超过70℃时，至少应有一台主泵已在工作，以避免启动第一台主泵造成RCP系统超压的危险。
因为在主泵启动前，由RCV供给的主泵轴封水有一部分流进RCP系统，造成泵腔及部分主管道内温度较低，所以当反应堆冷却剂温度大于70℃再启动第一台主泵时，泵腔内的冷水被蒸汽发生器反向加热，有可能使冷却剂体积膨胀而超压，导致RRA安全阀的开启（此时稳压器是满水状态，对温度引起的体积膨胀极为敏感）。
15.2标准工况
1.换料冷停堆
换料冷停堆是指允许反应堆更换燃料操作的停堆状态，部分一回路承压边界的维修也在此时进行。
该工况必须具备以下条件：
（1）反应性控制
——次临界度大于5000pcm；
——反应堆冷却剂硼浓度不低于2100ppm;
——所有控制棒插入堆芯。
（2）一回路冷却剂压力和温度
——压力等于大气压；
——温度在10℃和60℃之间；
设置下限10℃是为避免硼酸结晶，上限60℃是为保证工作人员的正常操作条件（减少雾汽）。
（3）其它主要条件：
——反应堆压力容器顶盖已移开；
——RRA系统至少有一台泵和一台热交换器在工作，以排除反应堆余热和均匀一回路中的硼溶液，PTR系统作为RRA的备用；
——停堆高通量报警值为源量程测量的中子通量值的3倍，以便及早发现由于误稀释产生的反应性增加事故；
——换料水池的水位应高于19.3m（高于压力容器接合面8.5m），以保证操作人员有足够的生物防护层；
——防止稀释的行政隔离措施已实施，将可能引入硼浓度低于2100ppm水的联接管线都隔离，以防止产生不可控的稀释事故。
2.维修冷停堆
维修冷停堆是指允许对反应堆冷却剂系统设备进行维修的停堆状态。
除以下特别指出的运行条件外，其余条件与换料冷停堆相同：
——冷却剂系统与大气相通；
——冷却剂温度维持在10℃～70℃之间；
——根据设备的维修需要，部分冷却剂被排空，但一回路最低水位绝对不应下降到为保证RRA泵正常运行所必需的低水位以下。
在此情况下最高温度限制在60℃。
3.正常冷停堆
（1）反应性控制
——次临界度大于1000pcm；
——安全棒（S棒）和温度调节棒（R棒）在堆顶，功率调节棒（G棒）提到5步。
（2）一回路冷却剂压力和温度
——反应堆冷却剂系统是封团的，冷却剂系统压力在29bar以下；
——冷却剂温度在10℃～90℃之间
（3）其它主要条件
——当冷却剂温度在70℃时，至少启动一台主泵，这是为了防止在温度太高时启动主泵造成一回路超压。
启动主泵时，冷却剂系统压力至少应大于23bar但不得高于29bar。
——反应堆冷却剂的温度控制及硼浓度均匀化由RRA完成，蒸汽发生器可用；
——压力控制由RCV013VP调节，超压保护由RRA二个安全阀（39bar和44bar）执行。
4.单相中间停堆
单相中间停堆是指一回路充水排气后稳压器充满水（单相）的工况。
其反应性控制同正常冷停堆工况，所不同的是：
——冷却剂压力由RCV013VP自动控制在23bar至29bar之间，RRA系统安全阀提供超压保护；
——冷却剂的温度由RRA系统控制在90℃～180℃之间，蒸汽发生器可用。
5.两相中间停堆
两相中间停堆是指RCP系统的稳压器由单相向两相过渡，RCP冷却剂压力由RCV系统控制向RCP系统控制过渡的过渡运行方式（或者反之）。
此方式下的反应性控制同单相中间停堆。
（1）一回路冷却剂温度和压力
——冷却剂温度在120℃～180℃之间，120℃为在稳压器中建立汽腔的最低温度；
——冷却剂压力在24bar.a到30bar.a之间；
——稳压器汽腔形成是，由RCV系统控制冷却剂压力已经非常困难，因此当较稳定的汽腔一旦形成，应尽快转入由稳压器控制冷却剂压力。
（2）其它主要条件
——稳压器水位已可由水位调节系统控制；
——至少两台蒸汽发生器可用；
——运行的RRA系统准备退出运行（或者停运的RRA系统准备工作已完成，即将投入运行）。
6.正常中间停堆
当RRA系统与RCP系统完成隔离后，反应堆就由两相中间停堆进入到正常中间停堆工况。
其反应性控制同两相中间停堆。
（1）一回路冷却剂压力和温度
冷却剂温度在160℃～291.4℃之间，下限160℃是RRA退出运行的最低温度，上限291.4℃是为防止蒸发器排空阀打开；冷却剂系统压力由稳压器控制在24bar.a至155bar.a之间；
（2）其它主要条件
——稳压器水位保持在零负荷整定值；
——反应堆冷却剂温度至少由两台蒸汽发生器控制，由蒸汽旁路系统（GCT）排大气及辅助给水来调节；
——至少两台主泵运行；
——应急安全设施可用。
7.热停堆
热停堆是指反应堆冷却剂平均温度为291.4
℃，压力由稳压器控制在155bar.a，反应堆处于次临界的停堆状态。
除安全棒提出堆外，其余控制棒都在堆底5步处，这时，次临界度最小值在1000-1770pcm之间（视硼浓度而定）。
至少两台主泵运行，其中一台应在一环路上。
如果只有一台主泵运行，反应堆停堆裕度应大于3200pcm，否则24小时后，应转入冷停堆状态，如果三台主泵都不可用，则应立即使停堆裕度至少达到3200pcm，或者使反应堆达到冷停堆状态。
其余情况与中间停堆状态相同。
8.热备用
热备用是指冷却剂平均温度在291.4℃，压力在155bar.a，反应堆处于2％以下功率的临界状态。
这时S棒在堆顶，R棒在调节带，G棒在整定棒位上。
反应堆冷却剂系统的三台主泵应在运行，系统温度由GCT和辅助给水系统调节，GCT排汽可以是排大气，也可以是排向冷凝器（在冷凝器可用的情况下），其它特征与热停堆相同。
9.功率运行
反应堆处在临界，且功率大于2％时称为功率运行。
此时冷却剂压力保持在155bar.a，冷却剂温度在291.4～310。
C之间（视负荷而定）。
稳压器水位参考值由冷却剂平均温度通过函数发生器产生。
VVP、GCT系统可用。
蒸汽发生器水位由ARE系统调节在整定值上。
九种标准工况的特征汇总于表15.1。
其运行温度压力范围见图15.1。
表15.1标准工况
序号
运行方式
次临界度
控制棒位
堆功率
平均温度
一回路压力
温度控制
压力控制
1
换料冷停堆
≥5000pcm
所有棒在堆内
源量程
10℃≤Tav≤60℃
大气压
RRA/PTR备用
/
2
维修冷停堆
≥5000pcm
所有棒在堆内
源量程
10℃≤Tav≤70℃
大气压
RRA/PTR备用
/
3
正常冷停堆
≥1000pcm
G棒在堆内S、R棒在堆外
源量程
10℃≤Tav≤90℃
≤29
RRA/S.G备用
RCV13VP
4
单相中间停堆
≥1000pcm
G棒在堆内S、R棒在堆外
源量程
90℃≤Tav≤180℃
24≤P≤29
RRA/SG备用
RCV13VP
5
两相中间停堆
≥1000pcm
G棒在堆内S、R棒在堆外
源量程
120℃≤Tav≤180℃
24≤P≤29
RRA/S.G备用
稳压器或RCV13VP
6
正常中间停堆
≥1000pcm
G棒在堆内S、R棒在堆外
源量程
160℃≤Tav≤291.4℃
24≤P≤29
S.G/GCT/ASG或ARE
稳压器
7
热停堆
≥1000pcm
R、G棒在堆内S棒在堆外
源量程
291.4℃
154
S.G/GCT/ASG或ARE
稳压器
8
热备用
0
S棒在堆外
R棒在调节带
G棒在整定棒位
中间量程～10-5
291.4℃
154
SS.G/GCT/ASG或ARE
稳压器
9
功率运行
0
同上
2%291.4℃≤Tav≤310℃
154
S.G/GCT/汽机/ARE
稳压器
15.3机组的启动和停运
在大多数时间里，机组处于正常功率运行状态。
在燃料寿期末，机组需过渡到换料停堆状态，对部分燃料组件进行更换。
在燃料寿期中，有时为了检修某个设备需要使机组处于热停堆、中间停堆、正常冷停堆甚至维修及换料停堆状态。
在正常运行中，会由于设备故障或人因引起反应堆及汽机跳闸，机组状态因而发生变化。
图15.2示出了机组启动和停运所使用的基本规程。
G和E规程为核岛系统启停用的规程，GS规程为常规岛启停用的规程。
对每年的换料大修，采用从D21到D34等大修文件。
根据机组所要达到的状态及机组实际情况，选用合适的规程。
本节将对机组所应遵守的运行技术规定及启动、停运过程中的主要操作给以简要叙述。
图15.2标准运行方式之间的转换规程
15.3.1运行技术规定
1.一般规定
——在起动期间，反应堆冷却剂系统的平均温度和压力，应在如图15－1中经允许的运行区之内；
——反应堆冷却剂系统的升温和降温速率，对于反应堆冷却剂系统，决不能超过56℃/h，对于稳压器，决不能超过112℃/h；
——如果喷淋水及稳压器之间的温差大于177℃，就决不能使用稳压器辅助喷淋子系统；
——如果蒸汽发生器中水温低于33℃，则蒸汽发生器中二次侧的压力就一定不能大于15bar.a;
——反应堆冷却剂系统中任何硼浓度的改变，必须在至少一台反应堆冷却剂泵和正常喷淋管线投运的情况下进行，或者在余热排出系统（RRA）与反应堆冷却剂系统联通时，就必须在RRA系统泵投运的情况下进行；
——在稀释操作期间，必须对硼浓度连续不断地监测，并且，反应堆冷却剂系统和稳压器间的硼浓度之差，必须保持低于50ppm。
2.反应堆冷却剂的温度
——从冷停堆状态向热停堆状态过渡时，冷却剂加热的热源是三台主泵的运转和稳压器电加热器，每台主泵的水力功率在冷态时约8MW，热态时约6MW，电加热器功率约为1440KW；
——冷却剂升降温速率必须≤28℃/h，稳压器允许升降温速率≤56℃/h；
——冷却剂升降温速率在RRA投入的情况下通过RRA热交换器的流量的大小来控制，在RRA退出运行后（温度大于180℃），用GCT排大气阀来控制；稳压器升降温速率的控制由电加热器和喷淋来实现。
3.反应堆冷却剂系统的压力
——只要RRA在运行中，反应堆冷却剂的压力就不能超过30bar.a，当平均温度低于160℃时，RRA的安全阀必须可用，以防止RCP低温超压。
——在RRA投运期间，压力由RRA－RCV接管上的RCV013VP控制，在稳压器建立了汽腔后，压力控制由稳压器进行。
4.稳压器状态
——必须保持每条喷淋管线中的连续流量，以避免管道中的热冲击，并使反应堆冷却环路和稳压器中水的性能均匀化。
——稳压器和RCP热管段之间的温差应大于50℃而小于110℃。
——汽腔应在温差不大于110℃的情况下尽快的形成，因为在稳压器充满水时不希望有异常的压力变化。
5.反应堆冷却剂化学和硼浓度控制
——冷却剂温度在90℃～120℃之间，通过化学容积控制系统向冷却剂加入联氨除氧，只要含氧量没有降到0.1ppm以下，冷却剂温度就不能超过120℃，否则联氨要分解，除氧效果就降低。
——只要反应堆冷却剂中氢浓度低于15cm3/kg，反应堆功率就必须保持低于1MW。
——反应堆冷却剂硼浓度有任何变化时，至少有一台主泵或一台RRA泵投运，以便适当搅混。
——每次硼浓度变化20ppm时，应通过使用通—断稳压器加热器来引入最大喷淋，以便使稳压器和反应堆冷却剂回路间的硼浓度均匀化。
——冷却剂的PH值是用氢氧化锂来控制的，所注入的量取决于硼浓度。
为了防止稀释中浪费氢氧化锂，可以在稀释后再注入。
6.蒸汽发生器和二回路系统
——只要反应堆冷却剂平均温度低于120℃，蒸汽发生器就应保持在保养状态以避免空气侵入。
——当反应堆冷却剂平均温度在120℃和200℃之间时，只允许提供为主蒸汽隔离阀VVP001/002/003VV上游管道暧管时要求的蒸汽。
禁止连续向大气排放蒸汽或向汽动辅助给水泵供应蒸汽。
——在反应堆冷却剂升温期间，任何抽汽都必须慢慢进行以保持反应堆冷却剂温度。
总抽汽量应限制于20t/h。
——当蒸汽发生器充水时，以及在温度开始上升期间，只要二回路压力保持在低压（低于10巴左右），就必须通过控制阀ASG012/014/016VD节流给水，以避免泵的流量高。
蒸汽发生器充水，应一台一台地进行。
——如果蒸汽发生器温度和给水温度之差大于60℃，必须附加下列预防措施：
（1）为了避免管板的热冲击，应在重新充水的第一小时内将给水流量限制为9m3/h；
（2）如果一回路水和给水的温差大于100℃，禁止向空的蒸汽发生器重新充水。
15.3.2机组启动（从正常冷停堆到功率运行）
1.升温到120℃（P＝28bar）
蒸汽发生器二次侧由ASG系统充水。
启动三台主泵（每台泵功率5932～8042KW）并投入全部稳压器的电加热器（1440KW），使一回路升温。
应注意：
主泵的启动条件；升温速度应＜28℃/h；为使稳压器中的水参加一回路循环，在投入电加热器之前应打开喷淋阀。
一回路升温到120℃的主要任务是使水质达到要求。
（1）加联氨除氧：
N2H4·H2O＋O→N2＋3H2O＋149kCal
到120℃使水质达到含氧量＜0.1ppm。
（2）加氢氧化锂控制PH值，使PH＝9.5～10.5。
2.升温到177℃（P＝28bar）
一回路平均温度大于120℃时，就可以开始建立稳压器汽腔；
建立汽腔的方法是：
关闭喷淋阀，用稳压器的电加热器控制稳压器升温速度＜56℃/h，使稳压器内的水变为饱和状态并部分蒸发形成汽腔。
适当关小上充阀RCV046VP，使下泄阀RCV013VP有一合适开度（30%），以便在形成汽腔时顺利地排出RCP的水，并维持RCP的压力基本不变。
当下泄流量突然增大，与上充流量不匹配，接着稳压器冷态标定水位计RCP012MN指示值开始下降，表明汽腔已经形成。
之后将一回路压力由RCV013VP控制转为由稳压器控制。
从120℃起可以将安全棒组提到顶部，开始稀释硼浓度。
3.从177℃开始升压升温到热备用状态
建立汽腔后，当RCP温度在180。
C以下，并且可以用GCT大气排放阀控制RCP温度时，停运RRA系统。
压力升到70bar时，打开安注箱电动隔离阀RIS01/02/03VP。
压力升到85bar时，将RCV三个下泄孔板中的一个关闭。
回路升温升压到T＝291.4℃、P＝155bar时，将R棒插到5步，反应堆达到热停堆状态。
提升控制棒调节组，调整硼浓度，使反应堆达到临界，在此过程中保持冷却剂温度291.4℃，冷却剂压力155bar不变。
临界后反应堆功率≤2％Pn，即进入热备用状态。
4.提升功率，冲转、并网、升负荷
在热备用状态下，启动APA或APP，将蒸汽发生器供水由ASG切换至ARE，并将GCT排大气方式切换到排冷凝器方式。
在此期间严密关注蒸汽发生器水位，防止水位波动过大而造成紧急停堆。
手动提升功率到10%Pn以上后，将R棒，G棒转为自动控制。
启动第二台APP泵，并进行GSS暖管。
汽机冲转条件满足后，升速速率为5～600r/min2（受汽机应力限制并由操纵员设定）。
同步条件满足后，自动或手动并网。
并网后汽机负荷自动升到50MW，之后操纵员设定目标负荷和升负荷速率，自动提升负荷（升荷速率最大限值为50MW/min）.
负荷升到18%Pn后，检查主给水大流量调节阀开始参与水位调节。
负荷升到25%Pn后，将GCT由温度模式切换到压力模式（当GCT阀门全关时）。
提升负荷至100%Pn。
在此过程中，注意保持R棒在调节带内，控制ΔI在允许的区域中。
15.3.3机组停运（从功率运行到冷停堆）
1.降负荷至热停堆
设定目标负荷（200MW）和降荷速率，自动降负荷（速率最大可设为50MW/min）。
负荷降至350MW时，停运一台汽动给水泵。
负荷降低到200MW时，通知电网调度，机组将要解列。
之后按下正常停机按钮，汽机继续降负荷。
降负荷过程中注意R棒及ΔI控制，不应违反技术规范。
反应堆功率降到20%Pn时，将GCT由温度模式切换到压力模式。
反应堆功率降到18%Pn时，确认主给水大流量调节阀处于关闭状态。
功率低于10%Pn时，将R棒与G棒转为手动控制。
继续降负荷至约5MW时汽机自动跳闸，发电机解列。
检查汽机转速自然下降。
在250r/min时，注意电动盘车马达及顶轴油泵自动启动。
最后汽机由盘车装置带动稳定在37r/min。
汽机停运后，进行二回路辅助系统的停运操作。
一回路硼化或插入G棒，降低核功率到2%Pn以下，机组即达到热备用状态。
后手动将R棒、G棒插入到5步，将一回路硼化至热停堆硼浓度值，使机组处于热停堆状态。
2.从热停堆到正常冷停堆
继续对一回路进行硼化，使之具有足够的负反应性保证停堆深度。
开始一回路降温降压，由GCT控制降温速率在28。
C之内。
一回路压力降至85bar时，打开第二个下泄孔板，使下泄流量保持在正常值。
压力降至70bar时关闭中压安注箱隔离阀RIS001/002/003VP。
降温、降压过程中注意始终保持温度、压力在标准工况限制线内。
RRA投运：
当一回路平均温度低于180。
C，压力低于27bar时开始投入RRA。
RRA投运后，由之完成对RCP的冷却，但必须保持两台蒸汽发生器可用。
稳压器汽腔淹没：
减小下泄，手动控制RCV046VP增加上充，使稳压器水位上升；当稳压器冷态标定的水位计RCP012MN指示满刻度时将RCV013VP切换到RCP压力控制，以防RCP超压。
下泄流量突然增加时，表明稳压器汽腔已淹没，此时逐渐开大喷淋阀，以使稳压器内温度均匀。
继续冷却一回路到正常冷停堆状态。
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