第六章一回路辅助系统.docx

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第六章一回路辅助系统

第六章一回路辅助系统

一回路辅助系统是核辅助系统的一个重要组成部分。

除了一回路辅助系统之外，核辅助系统还包括有辅助冷却水系统、三废处理系统、核岛通风空调系统以及核燃料装卸贮存和工艺运输系统。

一回路辅助系统包括化学和容积控制系统（RCV）、反应堆硼和水补给系统（REA）、余热排出系统（RRA）和核取样系统（REN）。

RCV与核安全有关，REA的调硼和加硼部分与核安全有关，RRA与核安全密切相关，完全按专设安全设施的要求来设计。

REN在监督一回路水质、保证一回路系统正常运行、减少厂房内剂量及延长设备使用寿命等方面起着重要的作用。

本章只介绍前三个系统，即：

RCV、REA和RRA。

6.1化学和容积控制系统（RCV）

6.1.1系统功能

1.主要功能

化学和容积控制系统（以下简称化容系统）保证反应堆冷却剂系统（RCP）所必需的三种功能,即：

容积控制、化学控制和反应性控制。

（1）关于容积控制

——水容积变化的原因

当一回路水温变化时，回路中水的容积也随之变化（图6.1）。

从图中可以看出，一回路水温自冷态（60℃）变到热态（291.4℃），水容积将增加近40%。

正常运行时，一回路水的平均温度随着功率的增加而增加，功率的改变也将引起水容积的变化。

一回路水容积的变化必将导致稳压器水位的波动；

一回路是个高压（15.5MPa）水回路，压力容器一号密封、主泵2号轴封和一些大的阀门、阀杆等一回路边界将不可避免地产生泄漏，这些泄漏也会引起稳压器水位的波动。

——容积控制的目的

图6.1水容积随温度的变化曲线

就是要吸收一回路的水容积变化，将稳压器的液位维持在整定值上。

不同功率下稳压器液位的整定值是不同的，称为程序液位。

——容积控制原理

简单来说，就是通过化容系统的上充、下泄来吸收一回路的水容积变化，将稳压器的水位维持在程序液位（图6.2）。

图6.2容积控制原理

（2）关于化学控制

——一回路水化学变化的原因

物理腐蚀：

杂质沉积在燃料包壳上结垢，形成热点，导致燃料包壳破损；

化学腐蚀（侵蚀）：

一回路水中杂质多、温度高、氧含量增加以及pH值降低等原因都将会大大加速化学腐蚀。

大流量的水冲刷将这些腐蚀产物带入一回路水中。

由于中子辐照，这些腐蚀产物部分被活化，成为活化产物。

——化学控制的目的

就是要将一回路所有部件的腐蚀控制在最低限度，清除水内悬浮杂质，将一回路水的化学及放射性指标维持在规定的范围以内。

——化学控制原理（图6.3）

用如下方法对一回路水的化学及放射性指标进行控制：

图6.3化学控制原理

注入氢氧化锂（7Li）以中和硼酸，控制pH值，保持一回路冷却剂为偏碱性；

机组启动时向一回路注入联氨除氧

N2H4+O22H2O+N2

正常运行时，向容控箱充入氢气，抑制水辐照分解生成氧；

净化:

过滤以除去水中的悬浮物、除盐以除去离子态杂质。

——化学控制的温度和压力

图6.4RCV系统的冷却和降压

离子交换树脂不能承受60℃以上的温度，因此要求下泄流的温度降至45℃；

与化容系统相联系的一回路以外的其它系统都处于低压，所以必须将下泄流的压力降至0.2-0.5MPa（图6.4）；

为防止汽化，降温降压过程必须是先降温，后降压，再降温，再降压，如图6.4所示。

（3）关于反应性控制

这里讲的反应性控制是指硼浓度的控制。

化容系统调节一回路水的硼浓度，以补偿堆芯反应性的慢变化。

——反应性变化的原因

从冷停堆到热态零功率，燃料的多普勤效应和慢化剂的温度效应将导致反应性的变化；

带动率运行时，毒物（135Xe、149Sm等）的产生、裂变产物的积累和燃耗导致的反应性减少；

工况改变导致的过渡反应性变化。

——反应性控制的目的

就是通过调整一回路冷却剂的硼浓度来补偿由于燃耗和毒物（135Xe和149Sm）带来的负反应性变化、控制轴向功率偏差ΔI、控制R棒位在调节带内及保证停堆深度。

——反应性慢变化的控制措施

反应性慢变化的控制措施包括加硼、稀释和除硼。

2.辅助功能

（1）为主冷却剂泵提供轴封水

系统为主泵提供的经冷却和过滤的、压力高于一回路的轴封水，抑制了一回路水沿轴向外的泄漏，又润滑、冷却了轴封，防止轴封的损坏。

（2）为稳压器提供辅助喷淋水

当主泵出现故障或由于断电而不能运行时，辅助喷淋管线将代替主喷淋管线，调节和控制一回路的压力。

（3）上充泵作为高压安注泵

一回路发生失水事故时，上充泵作为高压安注泵将7000µg/g的硼水注入一回路的冷端或冷、热双端。

（4）一回路处于单相时的压力控制

稳压器单相（满水）时，一回路的压力将由RCV013VP来控制。

（5）对一回路进行充水、排气和水压试验

系统提供一回路的充水、参与一回路的排气和水压试验。

水压试验时，上充泵使一回路系统由常压升至17.2MPa.g。

6.1.2系统流程

如图6.5所示，化容系统由下泄回路、净化回路、上充回路和轴封水及过剩下泄回路四部分组成。

另外，还有一条低压下泄管线和一条除硼管线。

1.下泄回路

正常稳态运行工况下，下泄流自一回路的3环路（1号机）冷端引出，经RCV002VP和RCV003VP两个气动隔离阀进入RCV001EX壳侧,实施下泄流的一次降温。

再经RCV001、002和003DI中的一组，实施下泄流的一次降压。

下泄管线经贯穿件出反应堆厂房后进入核辅助厂房。

下泄流经隔离阀RCV010VP进入RCV002RF的管侧，壳侧由RRI将下泄流二次降温。

经RCV013VP二次降压后,进入RCV001FI,滤去悬浮颗粒后流入净化回路。

图6.5化容系统流程简图

2.净化回路

正常情况下,下泄流经三通阀RCV017VP进入混床离子交换器RCV001或002DE。

接着，下泄流进入间断运行的阳床除盐器RCV003DE。

再经RCV002FI后进入容积控制箱RCV002BA。

当下泄流温度高于570C时,RCV017VP便受控将下泄流导向旁路,经三通阀RCV030VP流入TEP系统。

3.上充回路

下泄流经RCV030VP进入RCV002BA。

当RCV002BA液位高时，RCV030VP则将下泄的一部分或全部导向TEP。

RCV002BA为上充泵提供水源，上充泵将下泄流的压力提高至17.7MPa,一路经RCV046VP进入2环路（1号机）的冷端，一路则经RCV061VP进入轴封水回路。

当主泵断电或故障，稳压器失去主喷淋功能时，上充管线将经手动隔离阀RCV227VP提供辅助喷淋水，此时要关闭RCV050VP。

4.轴封水及过剩下泄回路

轴封水流经RCV003或004FI除去大于5μm的固体杂质后进入主泵1号轴封。

轴封水的流量为1.8m3/h,其中1.1m3/h顺轴而下冷却轴承后进入RCP，剩余的0.7m3/h则经1号轴封的结合面作为轴封水回流被回收。

轴封水回流经过滤器RCV005FI除去固体颗粒并经RCV003RF冷却后返回上充泵入口。

当正常下泄不可用时，下泄流将从2环路过渡端引出，从而使注入的主泵轴封水得以流出，以维持主系统的总水量不变，这就是过剩下泄。

过剩下泄流经RCV021RF冷却、RCV258VP降压后由三通阀RCV259VP控制，或与轴封水回流汇合，或流入RPE系统。

5.低压下泄管线

当RCP压力较低时，从三组降压孔板下泄的流量很小。

此时，将从RRA热交换器出口引出一股下泄流经RCV310VP及RCV082VP从降低孔板下游进入下泄回路，此管线称为低压下泄管线。

RCV310VP是气动调节阀，调节低压下泄的流量。

在反应堆处于换料或维修冷停堆时，下泄流经净化回路处理后，不经过容控箱和上充泵，而通过RCV366VP及RCV367VP直接返回余热排出系统。

6.除硼管线

如果RCP硼浓度太高，则要进行除硼操作。

此时，由三通阀RCV026VP把下泄流引向TEP的除硼单元，经处理后，再经RCV027及028VP返回002BA。

6.1.3主要设备特性

1.再生式热交换器RCV001EX

该热交换器以上充流为冷源进行热量回收，完成下泄流一次降压前的一次降温，以防汽化。

正常运行时，管侧的上充流可将壳侧的下泄流的温度从292.4℃降至140℃，与此同时，上充流的温度从540C升至2660C。

2.降压孔板RCV001—003DI

降压孔板使下泄流的压力15.5MPa降至下泄热交换器的工作压力2.4MPa。

三个并联的孔板通常只需一个投运，正常流量为13.6m3/h。

3.下泄热交换器RCV002RF

下泄热交换器完成下泄流的二次降温。

下泄流进入RCV002RF的管侧，壳侧RRI的水将下泄流二次降温至460C，使其低于净化系统的工作温度并防止二次降压的汽化。

RCV002RF的冷源是设备却水，出口温度由设备冷却水流量调节阀RRI55VN调节。

4.下泄控制阀RCV013VP

下泄控制阀实现下泄流的二次降压至0.2—0.5MPa，使其低于净化系统的工作压力。

稳压器为双相时，RCV013VP调节孔板下游的压力，稳压器为水实体时，RCV013VP用来控制一回路系统的压力。

5.除盐器前过滤器RCV001FI

该过滤器用来吸附尺寸大于5µm的固体颗粒，以保护离子交换树脂不受污染和堵塞。

6.三通阀RCV017VP

离子交换树指的工作温度是46-62.50C。

当下泄流温度高于570C时,该阀将自动切换,使下泄流走旁路，不经除盐器，直接流入容控箱。

7.混床除盐器RCV001和002DE

混床除盐器按比例混合装入阳离子、阴离子两种交换树脂，除去一回路冷却剂中大多数离子态裂变产物（除铯、钼、钇外）和腐蚀产物。

下泄流只流经两台并联混床除盐器中的一台，正常流量为13.6m3/h

8.阳床除盐器RCV003DE

它被安装在混床除盐器之后，主要用来除去铯和锂，净化一回路水质并调节一回路的pH值。

9.三通阀RCV026VP

当需要减少一回路水中硼的含量时，用此阀将水导向硼回收系统，用它的阴床除盐器除去水中的硼。

10.除盐器后过滤器RCV002FI

它被安装在除盐器之后，用来除去树脂碎粒。

11.容积控制箱RCV002BA

容积控制箱的容积为8.9m3，水容积为3.6m3，正常压力为0.22MPa，正常温度为460C。

容积控制箱的作用，一是用来吸收稳压器不能吸收的一回路水容积的变化；二是作为除气塔，使一回路放射性气体从这里释放出来，定期排往废气处理系统；三是作为上充泵的高位给水箱，为上充泵提供水源。

12.上充泵RCV001—003PO

三台并联的上充泵是多级卧式离心泵，由两列安全电源供电，电源电压为6.6kV，A列供RCV001PO，B列只能供RCV002和003PO中的一台。

每台上充泵的额定流量为34m3/h，可将容控箱的来水升压到17.7MPa送入一回路。

每台上充泵装有一台齿轮增速器驱动油泵RCV007—009PO和一台电动辅助油泵RCV004—006PO。

正常运行时，用齿轮油泵润滑，启动时则用电动油泵提供顶轴油压。

正常运行时只投一台上充泵，事故情况作高压安注泵时，要求立即启动两台泵。

设计上允许在这种情况下，即使电动油泵不可用和在齿轮油泵给出有效油流量之前也能启动上充泵。

13.上充流量调节阀RCV046VP

此阀调节上充流量，使稳压器水位处于程控液位。

其最小流量为6m3/h，以保证下泄流得到充分冷却；其最大流量为25m3/h,以保证轴封水的供给。

14.过剩下泄热交换器RCV021RF

它被用来冷却过剩下泄流，.冷源为设备冷却水。

15.轴封回流热交换器RCV003RF

它被用来冷却轴封回流水和上充泵的最小流量管线，冷源为设备冷却水。

6.2反应堆硼和水补给系统（REA）

6.2.1系统功能

1.主要功能

REA为RCV贮存并供给其容积控制、化学控制和反应性控制所需的各种流体。

即：

（1）提供除盐除氧硼水，以保证RCV的容积控制功能；

（2）注入联氨和氢氧化锂等化学药品，以保证RCV的化学控制功能：

（3）提供硼酸溶液和除盐除氧水，以保证RCV的反应性控制功能。

2.辅助功能

（1）向RCP002BA提供喷淋水。

（2）为RCP011、021、031BA供水，以冲洗3号轴封。

（3）向PTR001BA提供硼浓度为2200士100µg/g的硼酸溶液，为其初始充水及补水。

（4）向RIS021BA提供7000µg/g的硼酸溶液，为其初始充水和补水。

（5）向RCV002BA提供与RCP当前硼浓度一致的硼酸溶液，为其进行排气操作。

（6）为PZR和RRA先导式卸压阀充水。

6.2.2系统的组成

系统由水部分和硼酸部分组成，只有硼酸部分与核安全相关，系统流程如图6.6所示。

图6.6反应堆硼和水补给系统流程简图

1.水部分包括：

（1）9REA001和002BA，为两个机组共用。

（2）1—2REA001和002PO，每个机组两台。

（3）1—2REA006BA，每个机组一个。

9REA001和002BA的水源主要是TEP回收的经过净化和除气的一回路水。

当水箱初次充水或TEP供水不足时，可由SED经ASG除氧器除氧后供给。

REA001和002PO将水箱中的水送入混合流道（正常补给）、上充泵入口（旁路补水）、REA006BA、RCP（主泵轴封水立管、002BA及卸压阀）和RRA卸压阀。

2.硼酸部分包括：

（1）9REA005BA，供两个机组共用。

（2）1—2REA004BA，9REA003BA为两个机组共用。

（3）1—2REA003和040PO，每个机组两台

9REA003BA和1—2REA004BA所贮7000µg/g的硼酸溶液也主要来源于TEP，不足时可由REA005BA制备的硼酸溶液来补充。

REA005BA制备的7000µg/g的硼酸溶液还供给RIS021BA。

REA003和004PO将贮存箱中7000µg/g的硼酸溶液送入混合流道（正常补给）和上充泵入口（旁路补硼或直接应急硼化）。

6.2.3系统主要设备特性

1.除盐除氧水贮存箱9REA001和002BA

两箱为两个机组共用。

正常运行时，一个箱对两台机组供水，另一个箱则处于充水或备用状态。

每个箱的可用容积为300m3，箱内最高温度为500C，最高工作压力为0.105MPa。

水质要求：

氧含量小于0.1ml/m3，硼浓度小于5µg/g。

氧含量或硼浓度超标时,需将水送去TEP再处理。

为防止箱中的水与空气接触而被氧化，水箱顶盖采用浮顶式结构。

浮动顶盖上设有一根与大气连通的细管，用于充水时排除顶盖下的空气，以避免超压和排水时出现真空。

2.硼酸溶液配制箱9REA005BA

该箱为两台机组共用。

配制时，用H3BO3晶体同核岛除盐水相混合，配制7000—7700µg/g的硼酸溶液，箱内设有电加热器和搅拌器。

配制好的硼酸溶液用硼酸泵或靠重力送入硼酸溶液贮存箱，或送入RIS021BA。

硼酸溶液配制箱的可用容积为3m3，箱内最高工作温度为800C，压力为大气压。

3.硼酸溶液贮存箱9REA003BA和1—2REA004BA

每个箱的容积为82.5m3，可用容积81m3，最高工作温度为400C，最高工作压力为0.17MPa。

两台机组的三个箱之中的两个硼酸溶液贮存箱容量足够保证一台机组在寿期初的冷停堆和同时进行的另一台机组寿期未的换料停堆。

为防止贮存箱内的溶液与空气接触而再氧化，箱内应保持一定压力的氮气覆盖，使氧含量小于0.1ml/m3。

4.除盐除氧水泵1-2REA001、002PO和硼酸泵1-2REA003、004PO

除盐除氧水泵和硼酸泵均由应急柴油发电机提供备用电源，REA001和003PO为A列，REA002和004PO为B列。

正常运行时，一台除盐除氧水泵和一台硼酸泵即可满足运行需要，因此将其设置在自动状态，接到启动信号时便自动启动。

另一台除盐除氧水泵和另一台硼酸泵则处于手动控制状态。

每台泵都设有最小流量管线。

为保证硼浓度的均匀，操作员可定期用硼酸泵通过最小流量线硼

酸溶液贮存箱内硼酸溶液的循环。

除盐除氧水泵的额定流量为30.3m3/h和硼酸泵的额定流量为16.6m3/h。

5.化学药品混合罐REA006BA

每台机组有一个化学药品混合罐，用于配制联氨溶液和氢氧化锂溶液。

配制时，先将化学药品从投料孔倒入罐内，与除盐除氧水混合，并借助于除盐除氧水泵注入上充泵入口。

化学药品混合罐的可用容积为0.02m3,箱内最高工作温度为450C,最高工作压力为1.1MPa。

6.过滤器REA011FI

每台机组有一个过滤器，安装在两台硼酸泵的出口管线上，用来过滤硼酸溶液中直径大于5µm的颗粒，正常流量为27.2m3/h,过滤效率大于98%

7.管线和阀门

（1）正常补给管线

稀释、硼化、自动补给和手动补给等正常补给操作时，硼酸溶液经REA065VB，除盐除氧水经REA016VD单流或者合流进入混合流道，最后，通过REA018VB被送到上充泵入口。

稀释操作时，除盐除氧水单流进入混合流道。

此时REA065VB置于关闭；硼化操作时，硼酸溶液单流进入混合流道。

此时，REA016VD置于关闭；自动补给和手动补给操作时，除盐除氧水和硼酸溶液按计算的流量比合流进入混合流道，此时，REA065VB和016VD都置于开启。

REA065VB和016VD都是调节阀。

为防止由于除盐除氧水泵运行引进的意外稀释，在REA016VD前串联安装气动隔离阀015VD，以补充隔离。

REA018VB和RCV154VP都是气动隔离阀。

原设计中，补给流体可通过这两个阀门，或通过其中的一个阀门进入RCV系统。

现RCV154VP已更改为永久性处于手动隔离状态，更改设计的目的是为了防止管道中遗存的除盐除氧水引起意外稀释。

（2）补水旁路管线

在正常补水管线不可用，（如REA015VD打不开）时，可以利用补水旁路管线将除盐除氧水送到上充泵入口。

即就地打开手动隔离阀120VD。

（3）化学加药管线

在机组启动或运行时，需向一回路加入联铵和氢氧气锂等化学药品。

此时，将药品倒入REA006BA，除盐除氧水经REA201VD、202VD管线将药品送至上充泵。

（4）直接硼化管线

在事故情况下，可以使用由电动隔离阀REA210VB控制的直接硼化管线，以增加硼水的流量，将硼酸溶液直接送到上充泵入口。

REA210VB由主控制室遥控操作，由柴油发电机提供应急备用电源。

（5）紧急硼化管线

在正常硼化管线和直接硼化管线都不可用的事故情况下，（如REA210VB和RCV034VP打不开），可以就地打开205VB，利用紧急硼化管线将硼酸溶液送到上充泵入口。

（6）与PTR001BA的连管硼浓度

REA系统通过装有REA200VB和202VＢ的管线与PTR001BA相连，保证其充水或补水，其硼酸溶液的硼浓度为2100士100µg/g。

另外，从PTR001BA到硼酸泵入口也有一条管线，在上充泵、低压安注泵都停运，或硼酸溶液贮量不足，又需要向一回路注硼时，允许打开REA192VB，硼酸泵将PTR001BA的硼水注入一回路。

6.3余热排出系统（RRA）

6.3.1反应堆的冷却

任何核设施一定要确保反应性的控制、核燃料释热的疏导及放射性产物的包容，这就是核安全的三要素。

确保核燃料释热的疏导，就是要保证在任何情况下核燃料的冷却。

正常运行时，反应堆及一回路的热量由强迫循环的冷却剂载入蒸汽发生器，通过U型管的管壁传给二回路的水，使之汽化、作功，反应堆堆芯亦得以冷却。

图6.7反应堆停堆后的剩余功率

反应堆停堆后，虽然以裂变为机制的核功率在很短的时间内降到了零，但裂变产物以衰变为机制的剩余功率，即余热，还将存在。

反应堆停堆后的剩余功率如图6.7所示。

反应堆停堆后，反应堆的冷却开始时仍由蒸汽发生器来保证；当一回路的温度降到1800C及以下，压力降到3.0MPa以下时,蒸汽发生器就不能保证反应堆的冷却了。

此时，反应堆的冷却即要切换到RRA系统。

6.3.2系统功能

1.主要功能

在反应堆正常停堆过程中,当一回路温度降到1800C及以下，压力降到3.0MPa以下时,用RRA排出堆芯余热、一回路水和设备的显热以及运行的主泵在一回路中产生的热量，使反应堆进入冷停堆状态。

除了失水事故（LOCA）引起RIS投入运行的情况以外，在其它事故引起的停堆事故中，RRA也被用来排出上述三部分热量。

2.系统的辅助功能

（1）在RRA投入运行时,一回路压力小于3.0MPa。

由于降压孔板两端压差太小，妨碍了正常下泄管线的使用。

RRA和RCV的接管（图6.8）提供了一条低压下泄管线。

利用这条管线，使得一回路处于单相状态时的压力调节和水质净化成为可能，此时一回路的超压保护也由RRA的卸压阀来实现。

图6.8RCP、RRA和RCV的连接

（2）在一回路主泵全部停运，或主泵不可用时，余热排出泵还可以在一定的程度上保证一回路水的循环，使一回路水温和硼浓度得以均匀。

（3）另外，在换料操作后，余热排出泵参与换料水传输，将换料腔中的水送回PTR001BA。

6.3.3系统的组成

RRA由两台余热排出泵、两台热交换器和相关的阀门、管道组成（图6.9）。

余热排出泵RRA001和002PO从一回路2环路的热段吸水，送入一段母管。

母管上设有卸压阀，用以避免一回路和余热排出系统超压。

母管的水分向两个热交换器RRA001和002RF及一个旁路管线后汇合。

在出口总管线上引出一条泵的最小流量循环管线到泵的入口、一条到化容系统降孔板下游的低压下泄管线和一条与PTR系统的连接管线，然后通过中压安注的注入管线分别回到一回路1、3环路的冷段。

余热排出泵的入口处有一条管线与PTR系统相连，还有一条从化容系统除盐装置下游来的回水管线。

图6.9余热排出系统流程简图

6.3.4系统主要设备特性

1.余热排出泵RRA001、002PO

余热排出泵是卧式、单级离心泵，每台泵都装有由一回路水提供润滑的机械密封，冷却剂在热

交换器中得到设备冷却水的冷却。

的为防止余热排出泵的汽蚀，在热交换器下游引出一条最小流量循环管线到泵的入口，但不允许两台泵同时仅以最小流量循环管线运行，每台泵的额定流量为910m3/h。

2.热交换器RRA001、002RF

两台立式、倒置U型管壳式热交换器并联布置，以保证在一台热交换器不可用时，RRA仍具有部分热量排出的能力。

反应堆冷却剂流经管侧，设备冷却水流经壳侧，在设计工况下，设备冷却水的额定流量为1000m3/h。

热交换器下封头内装有一个隔板，两边是反应堆冷却剂的进出水室。

热交换器总高度为9.65m。

3.阀门和管线

（1）RRA013、024和025VP

RRA024和025VP用于控制通过热交换器的反应堆冷却剂的流量。

操纵员根据RCP温度及升降温速率的需要，手动给出开度整定值。

RRA013VP可置于自动或手动，用来维持通过的总流量在预定值，以保证泵的输出流量恒定。

RRA013VP的设计能保证在其“故障全开”的情况下，仍有相当的流量流经热交换器，从而保证余热的排出。

（2）RRA018、115、120和121VP

RRA018VP和120VP串联，RRA115VP和121VP串联。

上游阀门RRA018和115VP起安全卸压作用，称为“保护阀”，下游阀门RRA120和121VP起隔离作用，称为“隔离阀”。

两组阀门用以避免RCP和RRA的超压。

在RRA正常运行时，“保护阀”关闭，“隔离阀”开启。

在“保护阀”动作后不