方家山核电站设备冷却水系统技术改造分析

方家山核电站设备冷却水系统技术改造分析

许文涛,封昊伟

中国核电工程有限公司河北分公司 河北省 石家庄 030000

摘要：设备冷却水系统(RRI)是核电厂重要的核辅助系统，本文介绍了方家山核电站设备冷却水系统技术改造项目的改造原因、方案概述及布置要求，详细讲解了仪控技术方案，并对方案的选择制定进行了分析和讨论。

关键词：方家山核电站；设备冷却水系统；技术改造；仪控化

1 系统功能

设备冷却水系统（RRI）是核电厂重要的核辅助系统,其主要功能如下：

（1）冷却各种“核岛”热交换器；

（2）与重要厂用水系统（SEC）一起把热量从重要的、与安全有关的构筑物、系统和设备传递到最终热阱——海水；

（3）在核岛热交换器和海水之间形成屏障，防止放射性流体不可控制的释放到海水中。

2 技术改造

2.1 改造原因

在《2×600MW压水堆核电厂核岛系统设计建造规范》和RCC-P《法国900MW压水堆核电站系统设计和建造准则》中对设备冷却水换热器的出口温度的最高值进行了限制，正常工况下设备冷却水系统各个冷却器的进口温度最高为35℃，但对冷却器出口温度的最低值没有要求。

根据方家山核电站业主海水温度监测值，海水一年内的最低月平均温度为6.5℃，由于海水温度过低，设备冷却水温度最低将降至9℃，设冷水温度过低将产生以下影响：

（1）、设备冷却水系统的用户中，最重要的是反应堆冷却剂系统（RCP）的三台主泵，方家山核电站采用的是Andritz生产的主泵，其中主泵运行参数表中要求轴封冷却水最低不能低于12℃，主泵轴封冷却水温度过低导致主泵油冷却器过冷进而导致主泵轴承润滑油粘度高，影响主泵的稳定。

（2）、化学与容积控制系统（RCV）中，设冷水温度过低将导致一回路下泄温度偏低，影响下游除盐床离子交换树脂的效率，可能导致一回路水质恶化。

（3）、对核岛冷冻水系统（DEG）和电气厂房冷冻水系统（DEL）长期稳定运行产生影响。

因此，需要采取有关措施，提高冬季设冷水的供水温度，缓解设备冷却水温度较低的问题。

2.2 方案概述

为了提高设备冷却水系统供水温度，依据热交换原理，有下列有几种解决方式：

（1）、在需要时通过旁通方式减少冷媒即海水的流量，以减少通过热交换器导出的热量，从而提高热侧出口温度；

（2）、通过减少换热面积，以减少通过热交换器导出的热量，从而提高热侧出口温度；

（3）、在需要时通过旁通一部分流过热交换器的热侧流体，减少参加换热的热侧流体，并且利用旁通的未参加换热的热侧流体与换热后热侧流体混合提高流体温度。

针对方家山冬季海水温度较低的问题采取第三种方案，即旁通一部分流过热交换器的热侧流体的方式解决。

3 改造方案

3.1 规范准则

此次技术改造遵循的法规标准为《2×600MW压水堆核电厂核岛系统设计建造规范》及RCC-P《法国900MW压水堆核电站系统设计和建造准则》。

3.2工艺方案

由于现场布置空间有限，从母管引出旁通管线困难，因此，考虑从一条换热器支路引出旁通管线，将热侧流体旁通再与换热器出口流体混合后提高设备冷却水出口温度。

在板式换热器RRI003RF的设备冷却水进口隔离阀027VN上游增加一条DN400的旁通管。并在此旁通管上设置两个手动蝶式隔离阀914VN\915VN，一个气动蝶式调节阀913VN。依据温度表081MT所测温度反馈自动调节913VN的开度，从而调节进入换热器内的设备冷却水流量，进而改变设备冷却水出口温度。

设备冷却水系统运行分为夏季运行方式和冬季运行方式。

夏季运行方式：

夏季运行方式与原电站运行方式相同。改进后新增加的旁路管线0911-406.4上的阀门913VN、914VN、915VN关闭。

冬季运行方式:

随着冬季海水温度逐渐减低，当设冷水板式换热器出水温度将要降低设定值时，打开旁通管路（开启阀门914VN、915VN），逐渐开启闭环控制913VN，由设备冷却水出口温度表自动调节旁路调节阀，继续减少旁通管道阻力，使旁通流量增大，减少进入换热器的设备冷却水流量，达到继续提高设备冷却水出口温度的目的。最终逐渐将913VN调至全开，从而提高设备冷却水出口温度，该方式简称为旁通+双板换运行。

在出现“安喷信号”时，自动关闭913VN，并由现场操作人员手动关闭前后手动阀，恢复设备冷却水系统最初设计运行方式。

当冬季运行结束时，设备冷却水出口温度高于设定温度时，采用闭环控制逐渐关闭旁通调节阀，减少旁通流量，并逐渐恢复到原电站运行方式。

3.3设备选型

方家山1、2号机组，共增加12台阀门、4条管道，根据参考设计及现场实际情况决定。

新增设备包括913VN-918VN及相关管道，其中913VN、916VN为气动调节阀，914VN、915VN、917VN、918VN为隔离阀。

根据工艺要求，当板式换热器RRI侧出口温度高于设定值时，应减小阀门913VN的开度，以增大经过热交换器的流量；同时当出现事故时，需要关闭阀门913VN，使经过热交换器的冷却水达到最大流量，所以阀门913VN在事故下应完全关闭，综上考虑，气动调节阀913VN应选择正装气开方式。

为应对安喷信号触发时需要关闭阀门913VN的情况，电磁阀选择三通电磁阀，当出现事故时，电磁阀控制阀门处于失气状态，使阀门关闭。

4 运行方案

据工艺流程要求，新增阀门RRI913VN（916VN布置同913VN）需要完成以下功能:

1、闭环调节模式下，根据板式换热器RRI侧出口温度调节阀门位置，将换热器RRI侧出口温度控制在需求范围内。

2、具备手动控制功能，在手动模式下退出闭环调节模式，允许操纵员手动设定阀门位置。

3、安喷信号触发时，调节阀应自动关闭。操纵员需要到现场手动关闭两侧手动阀RRI914VN、RRI915VN以实现主旁通管路的隔离。

新增管道需要进行流量监测。

新增管道RRI0911内径为400mm，介质为除盐水，管道压力1.3MPa。

由于管道内径较大，常用的选型中可以选择差压式流量计、容积式流量计或超声波流量计等，此段管道总长度大约在3m左右，而超声波流量计对上游直管长度要求为最少10D（D：公称直径，下同），所以无法选择。

考虑本技改的情况：

1、管道长度为3.09米，基本满足差压式流量计对上下游管道长度的最低要求（核电要求差压式孔板流量计上游直管不短于2000mm，下游不短于1000mm）。虽然容积式流量计对上下游直管长度要求低，但此管道内径较大，安装容积式流量计费用较高。

2、在正常工况下，此流量计监测数据仅供记录参考。在安喷信号触发后，阀门913VN自动关闭，操纵员到现场关闭上下游隔离阀，通过流量计确认管道已经封闭，所以此处对测量精度要求不高，差压式流量计可以满足需求。

3、此管道对地标高较高，约为2米左右，直读仪表不方便操纵员读数，差压式仪表可以选择表头安装位置，方便读数。

综上考虑，选择差压式孔板流量计。

5 总结

冬季海水温度过低导致设备冷却水温度偏低的问题，在同行电厂中普遍存在，为了从根本上解决此问题，需要对系统进行优化设计。本文介绍了方家山核电站设备冷却水系统技术改造项目的改造原因、方案概述及布置要求，为后续核电工程的设计提供了参考经验和设计范例。

参考文献

[1] 陆德民. 石油化工自动控制设计手册（第三版）. 化学工业出版社, 2000.

[2] 黄厚坤.张辉. 900MW压水堆核电站系统与设备（第一版）. 原子能出版社, 2015.