DEG系統和HC VWS 系統的差異性分析

劉倩平　汪　鵬　劉占盛　張鳳閣

(中國核電工程有限公司，北京　100840)

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DEG系統和HC VWS 系統的差異性分析

劉倩平汪鵬劉占盛張鳳閣

(中國核電工程有限公司，北京100840)

摘要:介紹了“M310二代加”DEG系統和“AP1000堆型”HC VWS系統的組成要素，從冷水機組配置、冷凍水供回水溫差、末端負荷調節方式、冷凍水系統服務范圍等方面，論述了兩者的差異性，在總結及借鑒二者的先進設計理念和設計經驗的基礎上，完成了華龍一號(ACP1000)的核島冷凍水系統設計工作。

關鍵詞:DEG系統，HC VWS系統，冷凍水，核電技術

0　引言

在全世界范圍內，核電廠已歷經了60余年的發展，從20世紀50年代的第一代核電技術，到20世紀70年代的第二代核電技術，再到20世紀末的第三代核電技術，無不體現著核電技術的發展與進步。

我國在20世紀80年代引進了國際上第二代壓水堆的核電技術，其典型代表就是法國M310堆型的壓水堆核電廠。我國核電廠成規模的開展，有賴于第二代核電技術的引進和消化吸收，并結合廠址和新的標準規范進行優化與改進。對于“M310二代加”的核電技術，我國積累了豐富的設計、建造和運行經驗。隨著國際上核電技術的發展，我國在21世紀初，又引進了國際上第三代的核電技術，其典型代表為美國AP1000堆型的壓水堆核電廠。

1　冷凍水系統介紹

在“M310二代加”堆型中所設置的核島冷凍水系統(DEG)主要為以下通風和工藝系統提供冷凍水:安全殼連續通風系統(EVR)、反應堆堆坑通風系統(EVC)、核輔助廠房通風系統(DVN)、核燃料廠房通風系統(DVK)、輔助給水泵房通風系統(DVG)和設備冷卻水系統(RRI)。該系統的主要設備配置為: 3×50%的冷凍水泵、3×50%的水冷冷水機組、一個膨脹水箱和相連的閥門、管道和儀表。冷凍水供回水溫度為10℃和15℃。

在AP1000堆型中所設置的大容量中央冷凍水系統(HC VWS)是為非縱深防御供熱、通風和空調系統(HVAC)提供冷凍水，該類HVAC系統包括:放射性控制區通風系統(VAS)、安全殼再循環冷卻系統(VCS)、安全殼空氣過濾系統(VFS)、保健物理和熱機修車間通風空調系統(VHS)、廢物廠房通風空調系統(VRS)、汽輪機廠房通風系統(VTS)、汽輪機廠房第一跨通風系統(VMS)和附屬/輔助廠房非放射性通風系統(VXS)。大容量冷凍水系統同時為液體廢物系統(WLS)蒸汽冷凝器和氣體廢物系統(WGS)氣體冷卻器提供冷凍水。大容量子系統由2臺水冷式冷水機組和2臺對應的冷凍水泵，冷水機組和冷凍水泵分別由一用一備、2臺風冷式冷水機組和2臺對應的冷凍水泵，冷水機組和冷凍水泵分別由一用一備、一個化學加藥罐、一個膨脹水箱和相連的閥門、管道和儀表組成。系統的冷凍水供回水溫度為4．4℃和13．3℃。

2　冷凍水系統的差異性分析

2．1冷水機組配置

“M310二代加”的核島冷凍水系統(DEG)的能動部件(冷水機組和冷凍水泵)采用3×50%的冗余設置。

AP1000大容量中央冷凍水系統(HC VWS)的能動部件包括2臺水冷式冷水機組和對應的冷凍水泵，冷水機組和冷凍水泵分別為一用一備;2臺風冷式冷水機組和對應的冷凍水泵，冷水機組和冷凍水泵分別為一用一備，水冷式冷水機組和風冷式冷水機組共用供回水母管。

核島冷凍水系統(DEG)的水冷式冷水機組為離心式，通常，離心式冷水機組在負荷低于20%時會發生“喘振”，必須采用熱氣旁通等方法進行調節。而核島冷凍水系統(DEG)的冷水機組采用3×50%的設置方式，使得系統在低負荷工況下的調節范圍更寬，有利于系統在低負荷工況下的穩定運行。

大容量中央冷凍水系統(HC VWS)采用水冷式冷機組和風冷式冷水機組配合運行的方式，其中:2臺水冷式冷水機組為離心式，一用一備，每臺冷水機組承擔系統88%的負荷;2臺風冷式冷水機組為螺桿式，一用一備，每臺冷水機組承擔系統12%的負荷。大容量中央冷凍水系統(HC VWS)的水冷離心式冷水機組在負荷低于20%時同樣也會發生“喘振”，所以，為使大容量中央冷凍水系統(HC VWS)在低負荷工況下穩定運行，在系統低負荷運行工況下，水冷式冷水機組將停運，并同時啟動風冷式冷水機組。

核島冷凍水系統(DEG)和大容量中央冷凍水系統(HC VWS)利用不同的能動部件配置方式，同時達到了系統在低負荷工況下穩定運行的目的。對于核島冷凍水系統(DEG)，3臺冷水機組的總制冷量為系統總負荷的1．5倍，與大容量中央冷凍水系統(HC VWS)4臺冷水機組的總制冷量是系統總負荷的2倍相比，核島冷凍水系統(DEG)設備配置方式的經濟性更好。大容量中央冷凍水系統(HC VWS)在水冷式冷水機組的基礎上，配合使用風冷式冷水機組為下游通風系統提供冷量，降低了系統對于設備冷卻水系統的依賴性。

2．2冷凍水供回水溫差

功能三：當整個安全防護系統啟動并正常運行時，當室內因失火而產生的有毒煙霧濃度達到一定的濃度時，家中的煙霧傳感器感應源感應到有毒氣體濃度過高，經對氣體的種類和濃度進行分析、檢測，得出相應的結果；傳感器模塊將處理好的結果整理完成后產生氣體泄漏警報信號，并將相應的信號發送給AT89C52單片機主機模塊，主機模塊搜集到煙霧傳感器發出的信號數據后，確認為溫度過高的火災信號后，通過控制GSM模塊，將相應的信號以短信的形式發送到用戶手機上。

核島冷凍水系統(DEG)的供回水溫度分別為10℃和15℃，供回水溫差為5℃。大容量中央冷凍水系統(HC VWS)的冷凍水供水溫度為4．4℃，回水溫度為13．3℃，溫差為8．9℃。從以上的溫差比較可以看出，AP1000堆型HC VWS系統的冷凍水供回水溫差要比M310二代加堆型DEG的供回水溫差大很多。

冷凍水的大溫差技術從20世紀90年代在國內的空調工程中開始運用，所謂“冷凍水大溫差”是指:冷凍水的供回水溫差不是常規的5℃，而是6℃～10℃。大容量中央冷凍水系統(HC VWS)采用的大溫差會使系統冷凍水流量降低，系統的管徑減少，并且降低水泵的軸功率，最終達到減少核電廠初投資和節能的目的。

2．3末端負荷調節方式

“M310二代加”堆型的DEG系統和“AP1000堆型”的HC VWS系統都為定流量冷凍水系統。

對于DEG系統，除DVR，DVC和RRI系統外，其余末端支路的負荷調節方式都采用電動三通調節閥，并且在末端三通旁路上設置調節閥，三通閥根據通風負荷變化對流過末端盤管的冷凍水量進行控制。

對于HC VWS系統，在末端支路上采用電動兩通調節閥的同時，在冷凍水供回水總管路上設置旁通管路，當末端電動兩通調節閥的流量發生變化時，總管的旁通調節閥的開度也會發生相應變化，進而起到控制末端冷凍水流量的作用，同時也維持了冷凍水泵的流量恒定。

對于DEG系統采用的三通調節方式，由于在流量調節過程中，三通閥的流量和阻力基本穩定，所以每個末端所在的支路都接近于定流量，在核電廠運行時，每個末端的流量調節都不會影響到相鄰支路的流量，系統運行相對穩定。但對于HC VWS采用的兩通調節閥和供回水總管上設置旁通閥的調節方式，末端支路的電動兩通閥在進行流量調節時，被調節支路相鄰支路的冷凍水流量還是會受到一定影響。所以，HC VWS系統末端兩通調節閥的負荷調節方式相對于DEG系統的末端三通閥的負荷調節方式對相鄰管網的影響較大，系統穩定性稍差，但是由于末端房間的溫度存在熱惰性，此調節方式對末端房間的溫度影響不會很大。

從經濟性角度來講兩通閥相對于三通閥，價格方面有很大優勢，所以從此角度來講，HC VWS系統的設置在初投資上節約了成本。

2．4冷凍水系統的服務范圍

核島冷凍水系統(DEG)為核島的大部分通風空調用戶提供冷凍水，大容量中央冷凍水系統(HC VWS)不僅給大部分的核島通風空調用戶提供冷凍水，還為常規島的所有通風空調用戶提供冷凍水。

大容量中央冷凍水系統(HC VWS)集中供冷的方式體現了AP1000工程簡化系統配置的設計理念。

2．5冷水機組的應急加載

失去廠外電源時，在確定柴油發電機有足夠的加載余量后，核島冷凍水系統(DEG)的2臺水冷式冷水機組將根據下游通風系統的負荷需求手動加載到柴油發電機上。

對于大容量中央冷凍水系統(HC VWS)，每臺水冷式冷水機組的形式為雙機頭、雙級壓縮，且每個機頭都可以單獨運行。失去廠外電源時，在確定柴油發電機有足夠的加載余量后，1臺水冷式冷水機組的一個機頭將手動加載到柴油發電機上，大容量中央冷凍水系統(HC VWS)采用單機頭加載的方式降低了柴油發電機的負荷。

2．6化學加藥方式

為保證冷凍水的化學性能符合要求，核島冷凍水系統(DEG)是通過化學試劑注射系統來完成加藥操作。而大容量中央冷凍水系統(HC VWS)在系統中設置了化學加藥箱，當冷凍水的化學性能不符合要求時，則需要打開與化學加藥箱相連的兩個常閉閥門，使化學加藥箱中的化學物質隨水的循環進入冷凍水系統，此設計使系統在化學加藥過程中操作更加方便，并且降低了冷凍水系統對其他系統的依賴性。

2．7熱水接入方式

大容量中央冷凍水系統(HC VWS)為安全殼再循環冷卻系統(VCS)服務的供回水母管(安全殼外)接入了熱水加熱系統(VYS)。根據外部環境溫度變化和電廠運行的要求，熱水加熱系統(VYS)可為安全殼內的管路提供熱水，該設置無需專門為安全殼內設置熱水管道，達到了簡化系統設計的目的;而核島冷凍水系統(DEG)沒有接入熱水加熱系統。

3　結語

從以上對核島冷凍水系統(DEG)和大容量中央冷凍水系統(HC VWS)系統設計、冷水機組配置、供回水溫差、冷凍水系統的服務范圍等差異分析可以看出:“M310二代加”和“AP1000堆型”的冷凍水系統設計各有優點，都能使系統達到安全、穩定運行的目的，進而保證核電廠的運行安全。我公司自主研發并設計的華龍一號(ACP1000)是以中核集團20多年核電站設計、建設和運營的成熟經驗為基礎，深刻汲取日本福島核事故教訓，充分借鑒世界三代壓水堆核電的先進設計理念，滿足國內國際最先進的核電法規標準的三代核電技術，是中國唯一具有完整自主知識產權的三代壓水堆核電站。我專業正是憑借“M310二代加”豐富的冷凍水系統設計經驗，結合福島核事故的經驗教訓并且吸收美國西屋公司三代核電AP1000堆型冷凍水系統設計優點的基礎上，完成了華龍一號(ACP1000)的核島冷凍水系統的設計工作。

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On difference analysis of DEG system and HC VWS system

Liu QianpingWang PengLiu ZhanshengZhang Fengge
(China Nuclear Power Engineering Co．，Ltd，Beijing 100840，China)

Abstract:The paper introduces the components for“M310 Second Generation Plus”DEG system and“AP1000 reactor type”HC VWS system，indicates their differences from the allocation of water chilling unit，return water temperature differences of chilled water，end loading adjustment，and services of water chilling system，and sums up the design experience for the advanced design ideas referring to the two aspects，so as to accomplish the design for the Hualong No．1(ACP1000)nuclear island water chilling system．

Key words:DEG system，HC VWS system，water chilling，nuclear power technique

作者簡介:劉倩平(1984-)，女，工程師

收稿日期:2015-10-28

文章編號:1009-6825(2016)01-0140-02

中圖分類號:TM623．2

文獻標識碼:A