快堆一回路主冷卻系統調試研究

龍江

中核霞浦核電有限公司 福建霞浦 355100

快堆有兩個不完全獨立的并聯環路，由柵板聯箱、堆芯、熱冷鈉池、鈉循環泵、中間熱交換器等設備組成。本系統調試工作主要包括儀表及通道試驗、鈉循環泵試驗、中間熱交換器性能試驗、換料機調試等；本文通過對一回路主冷卻系統的調試準備、存在的風險、可能碰到的困難及問題等進行分析研究，指導調試工作的開展，以實現安全質量進度受控。

1 一回路主冷卻系統調試分析研究

1.1 調試目的

檢驗系統的設計、設備制造、建造和安裝的質量；驗證系統及設備性能是否達到設計要求，證明系統能夠安全運行，其技術指標符合設計要求；對系統及設備進行運行考驗，暴露并消除缺陷，以提高系統運行的安全可靠性；調整運行參數，制定合理的運行方式；收集試驗數據，提供運行資料及事故分析資料；

1.2 調試項目確定

示范快堆冷卻劑是液態金屬鈉，鈉循環泵是進口設備，目前在國內還沒有成熟的調試運行經驗，需對系統設備的調試準備。通過對快堆關鍵系統試驗項目進行梳理，該系統在調試期間，需要實施6項試驗，即電氣傳動控制試驗、儀表和測量通道試驗、一回路鈉循環泵性能試驗、系統特性試驗、一回路熱平衡試驗、堆芯流量分配試驗，編制試驗邏輯圖[1]。

1.3 調試思路

四個重要節點的控制：①設備及管道清潔度控制介入。難點：安裝階段防異物控制、清潔度控制。②系統抽真空、氬氣置換及氣體加熱。難點：真空度目標、氦檢漏、耗氣量、溫度控制。③堆容器進鈉。難點：液態金屬鈉中雜質控制、鈉的純度、鈉泄漏處理。④鈉循環泵試驗。難點：首次啟動、參數偏離限值、問題處理。

1.4 一回路總壓降計算

鈉冷池式快堆的一回路系統都在堆容器內，是一個開式的回路，但冷卻劑的循環是封閉的；鈉冷快堆的開放式回路，都是由若干個設備和連接它們的管道組合而成，以完成熱量傳遞的作用[2]。

鈉循環泵是主要的強迫循環驅動力，當冷卻劑流經每個設備或每段管道時都會產生壓降，在進行反應堆熱工水力分析時，需求出冷卻劑在一回路系統內循環流動的總壓降ΔPt=f（W，T，P）

W：循環流量

T：冷卻劑的平均溫度

P：熱功率

示范快堆鈉循環泵的設計功率4000KW，鈉的密度0.93g/cm3，質量流量3502Kg/S。

鈉循環泵消耗的熱功率計算如下：

40 00= 1.43＊3502/930ΔPt

ΔPt≈742KPa

式中：

Δpt-整個回路的總壓降；

k-總壓降系數；

A-泵出口的流通面積；

W-流體的質量流量；

ρ-流體的密度；

η-泵的總效率，一般取η≈0.7。

泵的功率近似與流速的三次方成正比，大的流速會使泵耗功增大；高流速可能會使所流經的設備或管道發生振動而造成損傷，并增大侵蝕。

對于鈉冷快堆，在堆芯中流速一般為4-5m/s；在回路的管道中一般為2m/s左右。

2 一回路主冷卻系統調試問題分析

（1）冷卻劑鈉中雜質控制。為了使鈉滿足純度要求，必須投運凈化系統，通過沉降、過濾和冷阱的方法除去鈉中的鈣和氧等雜質，有效控制鈉品質；

過濾：鈉通過過濾器的流動當作流體通過顆粒床的流動，計算鈉通過過濾器的壓力降與流動速度之間的關系可以采用流體在固定床中的壓力降與流動速度之間的關系，根據泊謖葉方程：

冷阱：鈉在冷阱內的停留時間一般為5min，冷阱的有效體積通常為總鈉量的（0.5-3）%，快堆一回路鈉中氧或氫的除去速度隨時間而指數地下降；冷阱效率對于不同的冷阱結構和不同的雜質是不一樣的。快堆一回路鈉中氧或氫的除去速度隨時間而指數地下降。

（2）鈉泄漏。鈉的化學性質很活潑，它在自然界里不能以游離態存在，只能以化合態存在，主要以氯化鈉的形式存在。鈉泄漏發生鈉火。鈉燃燒的火焰溫度1350℃ ；鈉燃燒會產生大量的白色鈉氣溶膠，眼睛和肺感到不適，能見度嚴重失常。鈉氣溶膠對人體呼吸系統和皮膚有嚴重的傷害，對農作物、儀器和設備也有傷害。液態鈉，都要用氬氣覆蓋；在調試過程中，需確保不會發生鈉泄漏，如果發生鈉泄漏，容易產生鈉火，引起火災。發生鈉火，可用惰性材料、干沙子和膨脹石墨滅火劑覆蓋以隔絕氧氣從而達到滅火的效果[3]。

（3）鈉泵潤滑油泄漏。潤滑油是用于鈉循環泵主軸的工作密封建立液封，起到密封、冷卻、潤滑的作用。如果潤滑油漏入泵腔內，鈉中雜質含量將會增加，在高溫下與鈉發生反應，生成元素碳，甲烷和其它碳氫化合物，由于燃料元件表面溫度在反應堆運行時較高，漏油易粘在它們的表面，其反應產物較多時會堵塞流道，進而還會燒毀元件；此外，由于該類雜質難以除去，該堆的正常運行帶來麻煩。

（4）電加熱問題。快堆采用液態金屬鈉作為冷卻劑，電加熱顯得極其重要，電加熱出現問題，將使得系統的調試及運行不能正常開展，電加熱可能存在的問題如下：電加熱絲布置不合理、與管道及設備貼合不緊密；電加熱器本身沒有保護，或保護設置不足，加熱棒過熱損壞；電氣接線不牢固、不對應造成接觸不良而燒毀接線端子，電加熱區實際控制與DCS指示不對應；電加熱器功率設置不合適、電加熱器控制存在不足；電加熱器功率過大造成電加熱器燒壞或電加熱絲功率設置不足，加熱系統溫度指示正常，但實際管道溫度已下降、出現了冷點的情況；保溫設置不足等。

4 結語

本文對一回路主冷卻系統調試目的、調試思路、調試技術準備等進行思考研究，認真分析一回路主冷卻系統調試可能遇到的問題，對后續現場一回路主冷卻系統調試實施具有參考意義。