漳州能源二次側非能動余熱排出系統優化

費羅杰,靳 瑞

(中核國電漳州能源有限公司，福建 云霄 363300)

二次側非能動余熱排出系統(PRS)的安全功能是在發生蒸發器二次側熱阱功能喪失的設計擴展工況時，排出反應堆冷卻劑系統的熱量，在發生全廠斷電事故且輔助給水系統汽動泵失效工況下，二次側非能動余熱排出系統(PRS)系統投入運行，在不超過冷卻劑壓力邊界設計條件的前提下，通過蒸汽發生器導出反應堆冷卻劑系統及反應堆冷卻劑系統各設備的儲熱，在72 h內將反應堆維持在安全狀態。在完全喪失給水的工況下，PRS系統投入運行,導出堆芯余熱及反應堆冷卻劑系統冷卻劑和各設備的儲能，降低一回路的溫度和壓力。

1 改進簡介

1.1 改進背景

福清核電5、6號機組的PRS每個系列設置了2臺應急補水箱，每臺補水箱的容積為18 m3，但補水箱的設置造成了殼外水箱與隔間結構設計的難度增加，同時由于安裝空間有限，補水箱及相應管線、閥門的布置較困難。在保證RPS系統安全功能前提下，為優化結構和布置設計，減少設備投資費用，提高經濟性，簡化運行控制，漳州能源決定取消PRS應急補水箱設計。

1.2 改進描述

福清核電5、6號機組PRS系統，原有設計詳見圖1，漳州能源改進實施后設計詳見圖2，原設計有兩個應急補水箱，改進后取消了兩個應急補水箱及相應管道閥門。

圖1 原設計PRS系統流程簡圖Fig.1 Flow chart of the original design PRS system

圖2 改進項實施后PRS系統流程簡圖Fig.2 Schematic of the PRS system flow after improvement

原設計當發出系統啟動信號時，關閉主蒸汽隔離閥TSM001VV、主蒸汽系統向輔助給水系統氣動泵提供動力蒸汽的閥門TFA091VV，以及TSM系統和TFA系統與其他系統相連通的閥門，以保證PRS系統能夠形成封閉回路；打開凝水管道的隔離閥PRS102VL或PRS103VL，使PRS系統連通。系統投入后，應急余熱排出冷卻器管側冷凝后的水注入蒸汽發生器二次側，使一次側反應堆冷卻劑加熱后變成蒸汽，經PRS系統蒸汽管道進入應急余熱排出冷卻器的管側，將熱量傳遞給換熱水箱的水后再次冷凝為水，再返回蒸汽發生器二次側，形成自然循環。PRS系統通過蒸汽發生器將反應堆冷卻劑中的熱量傳遞到應急余熱排出冷卻器，然后傳遞給換熱水箱中的水，進而通過換熱水箱中水的蒸發將熱量終帶出，維持反應堆的安全。在PRS系統啟動信號發出60 s后，應急補水管線的隔離閥PRS106VD或107VD以及補水箱上游管線隔離閥PRS108VV自動關閉，以避免蒸汽旁通進入補水箱[1]。

改進后，系統的啟動信號與原設計一樣，啟動信號示意圖見圖3。由于取消應急補水箱，應急補水及補水后的隔離動作取消，即PRS系統啟動信號發出60 s后，應急補水管線的隔離閥PRS106VD或107D自動開啟，補水結束后，PRS106VD、107VD和PRS108VV自動關閉的動作將取消，PRS系統的運行變得簡單。

圖3 PRS系統啟動信號示意圖Fig.3 Schematic of the startup signal of the PRS system

1.3 改進影響分析

(1)對工藝系統設計的影響

取消應急補水箱后，設置在應急補水箱上的輔助給水系統(TFA)充水接口取消，PRS系統的充水接口需要重新設計。取消應急補水箱后，PRS系統的充水接口設置與安全殼外的凝水返回管線上，原TFA系統上游接口維持原設計不變，應急補水箱及相關管線上的疏排水接口取消。

(2)對布置的影響

三個系列的應急補水箱及相關的管線和閥門分別布置在反應堆廠房的R971/R973/R975房間，由于取消應急補水箱及相應管線和閥門，三個房間將會留出大量的空間，甚至可以取消，這可以給殼外換熱水箱及隔間結構設計帶來極大優化調整余地。本改進項的實施將更有利于布置設計工的實現。

(3)對儀控設計、設備的影響

由于取消補水箱，補水箱上的水位測量儀表將取消，數字化儀控系統將減少采集點，主控制室系統和遠程停堆站系統上應急補水箱水位的顯示畫面將取消；由于取消補水管線上的電動隔離閥，DCS將減少采集點，IMC和IRS上閥位指示的顯示畫面將取消；IMC和IRS上執行補水功能及補水后隔離功能的操作也將取消，儀控將更簡單。

(4)對電氣設計、設備的影響

改進設計涉及電動隔離閥共有9臺(每個機組)，將全部取消，相應可減少6個72 h直流電源系統(A列)和3個72 h直流電源系統(B列)的配電控制回路，以及相關的動力電纜和抗震I類電纜轉換箱，有利于電氣設計的實現，電氣設備的配置也將簡化。

(5)對建筑、結構設計的影響

取消的補水箱重量相對較小，其對樓層反應譜的影響僅限于局部區域的效益；對外層安全殼其他位置、其他核島廠房的影響可以忽略不計。取消的補水箱對土建影響僅限于局部區域配筋，影響很??；對外層安全殼其他位置、其他核島廠房的影響可以忽略不計。

(6)對安全分析的影響

對疊加輔助給水啟動泵失效事故進行了計算分析，針對補水箱投運的工況和取消補水箱的工況進行比較，計算結果表明，補水箱投運和取消補水箱兩種工況下PRS投運后，反應堆冷卻劑平均溫度和穩壓器壓力略高于工補水箱投運，5 000 s后主參數趨于一致，不同工況下的PRS系統的排熱功率相當。補水箱的投入可以持續補充SG的水裝量,SG水位穩定值超過13 m；沒有補水箱SG水位將穩定在8.4 m。計算結果見圖4～7。

圖4 冷卻劑平均溫度Fig.4 The average temperature of coolant

圖5 SG水位Fig.5 The SG water level

圖6 SG二次側壓力Fig.6 The pressure at the secondary side of SG

圖7 穩壓器壓力Fig.7 The pressure of the pressurizer

事故分析表明，有無補水箱情況下堆芯余熱皆可通過PRS系統排出，反應堆冷卻劑系統溫度和壓力持續下降，滿足PRS系統在事故工況下的帶熱需求。

(7)對生產文件影響

電廠事故規程中將取消補水及補水后的隔離操作要求，由于取消了應急補水箱及相關的管線和閥門，相關的在役檢查項目將取消，有利于減少在役檢查時間。相關的定期試驗項目將取消，有利于減少定期試驗時間，總體對電廠有利。

(8)對設備采購、施工、進度影響

該改進項，將取消相應應急補水箱及相關的管線和閥門的采購，減少了設備采購的風險和費用，減少了現場施工的工作量，有利于現場施工的工作安排及縮短施工時間，減少了相關設備的采購、按照、檢查及調試等活動，有利于項目進度的控制。

2 實施措施

本文在保證PRS系統安全功能前提下，為優化結構和布置設計，同時較少投資費用，提高經濟性，提出了取消PRS系統應急補水箱的設計改進方案。通過修改系統配置來實現，取消應急補水箱及相關的管線和閥門，同時對改進項進行事故分析，驗證取消應急補水箱后PRS系統是否仍能實現事故工況下的排熱要求。

3 結論

福建漳州核電1、2號機組PRS系統取消應急補水箱，對核設計和熱工水力、輻射防護、電廠總圖等方面無影響，并將使系統、布置、儀控、電氣等設計更簡單，實現更方便。取消PRS應急補水箱的實施，還將減少相關設備的采購、安裝、施工、在役檢查及定期試驗等，進而能減少投資費用及施工時間。同時事故分析結果表明，取消補水箱后，滿足PRS系統在事故工況下的帶熱需求，總體評價可行。