第三代核電站與二代核電站的化學與容積控制系統的對比

李悅　李明

摘 要：化學與容積控制系統是反應堆冷卻重要輔助系統，主要承擔水化學及容積控制。該文介紹了第三代壓水堆型化學與容積控制系統（CVS）和二代壓水堆電站化學與容積控制系統（RCV）的設計特點及系統流程；分析了化學與容積控制系統在這兩種堆型中的主要差異。通過對這兩種堆型中化學與容積控制系統的差異性比較，從理論上驗證了第三代堆型化學與容積控制系統的簡化性和優越性，系統設計簡化、系統設計級別降低及設備級別降低，不僅降低造價，而且有助于實現相關國產化自主化目標。

關鍵詞：化學與容積控制系統 壓水堆 設計特點 對比

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0058-02

化學與容積控制系統（CVS）是反應堆冷卻劑系統（RCS）的一個主要的輔助系統。對RCS進行水化學控制、容積控制，同時也提供了反應性控制手段，在反應堆啟動、停運及正常運行過程中起著十分重要的作用。就三代堆型CVS與傳統壓水堆型中的化學與容積控制系統（RCV）作比較，分析兩系統的設計差異。

1 三代核電CVS設計和流程

三代核電CVS提供安全隔離、終止RCS意外硼稀釋、保持RCS壓力邊界完整性、隔離超量補水、CVS下泄隔離的安全相關功能。同時提供補充RCS水裝量、RCS硼化、穩壓器輔助噴淋的縱深防御功能。

CVS由下泄熱交換器、再生熱交換器、離子交換器、補水泵、過濾器、水箱及相關閥門、管道及儀表組成。系統由一個位于反應堆安全殼廠房內的凈化回路和位于安全殼廠房外的補水下泄設備構成（圖1）。

CVS包括以下功能子系統。

凈化環路子系統：凈化回路位于安全殼內，運行在RCS壓力下，由反應堆冷卻劑泵（主泵）來提供凈化流量的驅動壓頭。在功率運行期間，冷卻劑通過整個凈化環路連續循環。從主泵出口開始，通過再生熱交換器，被上充流冷卻后，經過下泄熱交換器進一步被冷卻。下泄冷卻劑通過混床（必要時再通過陽床）再通過后置過濾器，最后回流至再生式熱交換器內加熱，回到主泵入口。由于凈化回路的驅動力是由閉合的RCS回路主泵壓頭提供的，所以維持凈化不需要補水泵運行。

補水子系統：包括高壓補水泵及相關的吸入排出管道。通過一根入口母管從硼酸儲存箱和/或除鹽水系統取水。兩臺補水泵的出口管道合并成補水總管，然后與反應堆冷卻劑過濾器下游的凈化回路相連。補水泵用于向RCS提供補水、向RCS添加化學藥品、一回路充水和壓力試驗，以及為穩壓器輔助噴霧提供硼化補水。

下泄子系統：包括反應堆冷卻劑過濾器下游的排水管線。流體通過一個下泄孔板和安全殼隔離閥，輸送到放射性液體廢物系統。下泄管線的功能是在正常電站運行、功率變化、啟動和停堆期間降低RCS裝量。

鋅/氫注入子系統：來自注鋅組件和氫添加管線的管道合并成一條母管，進入安全殼內，連接到凈化回路再生熱交換器殼側出口管的下游。氫氣由位于廠區的高壓氫氣瓶提供。注鋅組件位于汽輪機廠房以極小的流量和高于RCS運行的壓力向RCS添加醋酸鋅溶液。

輔助噴淋子系統：是再生熱交換器下游凈化回流管線上的分支管線，需要時向穩壓器供應噴淋含硼水。

2 第二代電站RCV的設計和流程

RCV由4部分組成，還有一條低壓下泄管線和一條除硼管線（圖2）。

凈化回路：下泄流經一個三通閥進入混合離子床，進入間斷運行的除陽離子床。再經后過濾器進入容積控制箱。當下泄流溫度高于570 ℃時，混合離子床前的三通閥便受控將下泄流導向旁路，經下游的三通閥流入硼回收系統。

下泄回路：經兩個隔離閥進入再生熱交換器殼側，實施下泄流的一次降溫。再經一組減壓孔板，實施一次降壓。下泄流經隔離閥進入下泄熱交換器的管側，殼側由設冷水將下泄流二次降溫。經壓力調節閥二次降壓后，進入過濾器濾去懸浮顆粒。

上充回路：下泄流經三通閥進入容積控制箱。當容積控制箱液位高時，三通閥則將下泄的部分或全部導向硼回收系統。容積控制箱為上充泵提供水源，上充泵將下泄流的壓力提高。

軸封水及過剩下泄回路：軸封水流經過濾器除去固體雜質后進入主泵1號軸封。軸封水大部分順軸而下冷卻軸承后進入RCP，剩余部分則經1號軸封的結合面作為軸封水回流被回收。軸封水回流經過濾器除去固體顆粒并經軸封回流熱交換器冷卻后返回上充泵入口。

低壓下泄管線：當RCP壓力較低時，從三組降壓孔板下泄的流量很小。此時將從余熱排出熱交換器出口引出下泄流經氣動閥，從降低孔板下游進入下泄回路，此管線稱為低壓下泄管線。在反應堆處于換料或維修冷停堆時，下泄流經凈化回路處理后，不經過容積控制箱和上充泵，直接返回余熱排出系統。

除硼管線：如果RCP硼濃度太高，則要進行除硼操作。此時，由一個三通閥把下泄流引向除硼單元，經處理后，再經返回容積控制箱。

3 CVS和RCV的對比

3.1 安全級別方面

當一回路發生失水事故時，RCV上充泵還將作為高壓安注泵將硼水注入一回路的冷端或冷、熱雙端。三代技術非能動安全設施以及不調硼負荷跟蹤技術的應用，CVS不再執行相關安全功能，上充泵只用作上充，不兼顧高壓安注功能，也不參與負荷跟蹤，取消了硼回收系統。CVS由主泵提供驅動壓頭，其他部分位于安全殼以外，不構成冷卻劑的承壓邊界。因此降低為非安全級，除少量隔離設施外，系統中其他設施均為非安全相關設施。

3.2 凈化方面

RCV利用上沖泵提供凈化流量的驅動壓頭，完成一回路水質凈化；CVS凈化回路位于安全殼內，由主泵來提供凈化流量的驅動壓頭，取消了容積控制箱，實現安全殼內高壓凈化，并簡化了系統。

3.3 加氫方面

當一回路含氧量增加時會導致加大化學腐蝕，所以正常運行時，化學與容積控制系統要向一回路加入一定量的氫氣來抑制水輻照分解產生氧。RCV向容控箱內充入氫氣，通過上充泵進入一回路，而CVS取消了容積控制箱，氫是通過直接向RCS注入高壓氫氣來實現的。

3.4 主泵的改動引起CVS不同

二代電站中的主泵采用的是軸密封冷卻劑泵，需要RCV保持連續的上充流和下泄流，來提供主泵的軸封水，第三代核電的主泵采用無軸密封的全屏蔽式結構，取消了主泵軸封水系統，因此化學與容積控制系統不需保持連續的上充流和下泄流，并杜絕了軸封注水管線破裂事故，不僅降低了系統的要求、簡化了系統，還提升了安全性。

4 結語

通過兩種堆型化學與容積控制系統的對比，差異主要體現CVS有較大的簡化，其主要特點如下：取消了硼回收系統和容積控制箱，采用高壓加氫技術；CVS凈化回路利用運行主泵的壓頭作為凈化流的驅動力，實現安全殼內高壓凈化；第三代核電的主泵采用了無泄漏且不需要軸封注入的屏蔽式泵，取消了主泵軸封水系統，因此CVS不需保持連續的上充流和下泄流；棒控系統可以在不調硼的條件下進行負荷跟蹤，故正常運行時位于安全殼外的CVS子系統不需要連續運行。

參考文獻

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