RELAP5應用于PRS系統蒸汽管道隔離閥常關對自然循環建立時間的影響分析

曹思民　張玉龍　賴建永　任云　黃偉　李海穎

【摘 要】田灣核電廠5&6號機組作為M310改進機型，新增了蒸汽發生器二次側非能動冷卻系統（PRS）作為嚴重事故預防與緩解措施。蒸汽發生器二次側非能動冷卻系統的蒸汽管道與主蒸汽管道相連，凝水管道與輔助給水系統管道相連。在開展布置工作時發現，發現蒸汽管線非常長，若PRS系統蒸汽管線與主蒸汽管線之間的隔離閥常開，會對PRS系統的正常運行造成影響，因此考慮將PRS系統蒸汽隔離閥的狀態由常開變換為常關。本文使用RELAP5熱工水力計算程序對PRS系統蒸汽隔離閥常關狀態下PRS系統壓力平衡時間開展工作，并分析了蒸汽隔離閥常關對自然循環的影響。

【關鍵詞】田灣核電廠5、6號機組；二次側非能動冷卻系統（PRS）；Relap5

0 前言

蒸汽發生器二次側非能動冷卻系統（PRS）為壓水堆核電廠嚴重事故預防與緩解措施，在發生全廠斷電事故疊加輔助給水系統汽動泵系列失效事故，和全部喪失給水事故工況下，在不超過冷卻劑壓力邊界設計條件的前提下，通過蒸汽發生器以非能動的方式導出堆芯衰變熱及反應堆冷卻劑系統各設備的顯熱至環境最終熱阱，實現事故后的緩解作用。

每個環路的蒸汽發生器二次側都設置一個非能動冷卻系列。每個系列包括一臺應急余熱排出冷卻器以及必要的閥門、管道和儀表。三個系列共用一臺冷凝水箱。對于每個PRS系列（以1號系列為例，流程示意圖見圖1），蒸汽管線在安全殼外與主蒸汽管道相連，蒸汽管線上設置一臺常開的隔離閥（PRS101VV）。蒸汽管線的另一端在經過一個U形水封后連接應急余熱排出冷卻器入口封頭的接管嘴，應急余熱排出冷卻器布置在冷凝水箱底部，要求在整個機組運行期間（包括PRS投入運行期間），該冷卻器都浸泡在水中，不允許裸露。冷凝水管道連接應急余熱排出冷卻器下封頭接管嘴，并在管道上設置兩臺并聯的隔離閥。冷凝水管線的另一端貫穿安全殼后接入輔助給水管道止回閥，通過輔助給水管道返回蒸汽發生器二次側。

1 問題簡述

由于布置原因，PRS蒸汽管道較長，在已有的PRS設計方案中，將PRS蒸汽管道隔離閥設置為常開狀態，此時蒸汽管道隔離閥后的管道壓力約與主蒸汽管道壓力相同，PRS啟動信號發出后下游閥門開啟，便能建立自然循環，PRS流程示意圖見圖1。為避免PRS系統對二回路的正常運行造成影響，爭取正常運行時關閉蒸汽隔離閥，現考慮將PRS蒸汽管道隔離閥設置為常關狀態。若考慮將PRS蒸汽管道隔離閥設置為常關，則蒸汽管道隔離閥后的管道初始壓力較低。

PRS啟動信號發出以后，開啟蒸汽隔離閥，待管道內壓力達到與主蒸汽管道壓力大概相同時，才能開啟下游閥門使PRS建立自然循環。為了評估蒸汽管道隔離閥設置為常關狀態對PRS系統自然循環建立時間的影響，需要對PRS蒸汽管道隔離閥打開后閥后管道壓力隨時間的變化進行計算分析。

2 計算

2.1 計算軟件

本次采用熱工流體計算軟件RELAP5對上述問題進行模擬計算。RELAP5是美國愛德華國家工程實驗室開發的一款大型系統分析程序，可求解多相流動的質量、動量及能量方程，經過多年的驗證及完善，廣泛應用于壓水堆核電廠的系統運行以及事故工況分析。

2.2 計算假設

假設管壁通過保溫處于絕熱狀態，蒸汽管道不會通過散熱引起壓力下降。假設蒸汽管道隔離閥開口面積隨開啟時間呈線性變化。

2.3 計算輸入

蒸汽管道面積為0.15m2，隔離閘閥全開面積為0.15m2，初始狀態為關閉，隔離閥前蒸汽壓力為6.89MPa，濕度為0.03。閥后蒸汽管道長度為135m，初始壓力為0.102MPa。根據閥門開啟時間以及閥后濕度的不同，進行了四種模型的計算，各模型的開啟時間與濕度如表1所示：

3 結論

若考慮PRS蒸汽管道隔離閥常關，則采用最保守的假設（模型1）得到，PRS蒸汽管道隔離閥在開啟7s后使閥后管道壓力與閥前管道壓力相同，因此PRS蒸汽管道隔離閥常關的方案對PRS自然循環建立時間的影響非常小。

【參考文獻】

[1]張玉龍，賴建永，任云，曹思民，劉文靜.蒸汽發生器二次側非能動冷卻系統蒸汽管道凝水影響分析[J].科技視界，2016（13）：143.

[責任編輯：田吉捷]