1、AP1000 核电厂正常运行期间和调试启动期间的抽真空启动摘要：AP1000 核电厂采用抽真空电厂启动方式，即一回路建立负压后再充水建立汽腔，而不再采取水实体启动方式。由于堆芯余热问题，抽真空启动在正常运行和调试启动期间有所不同。本文主要探讨抽真空启动的步骤、注意事项及抽真空启动在运行、调试期间的差别。 关键词：AP1000，抽真空启动 Abstract: A vacuum refill method is used to startup the AP1000 nuclear plant, which sets a vacuum condition and then builds steam
2、bubble by refilling water. There are some differences between normal operation and startup about vacuum refill, such as core residual heat. This paper mainly discusses the steps, notices and differences between normal operation and startup about vacuum refill method. Keywords: AP1000; vacuum refill
3、中图分类号：TL48 文献标识码：A 概述 核电厂启动是指使反应堆换料完成后回到零功率运行（温度和压力）的过程。 在启动前，一回路中存在大量空气，会使设备腐蚀，引起冷却剂放射性升高（N14 在高温辐照下生成 C14） ，影响稳压器的压力控制效果并影响换热。因此，在启动过程中需要对主系统进行除气操作。核电厂的正常运行需要建立稳压器内合适的汽腔，这是由于存在汽腔时，可以通过稳压器电加热器和稳压器喷淋来调节一回路压力。 从启动除气和建立汽腔的方式定义了两种核电厂启动方式：水实体启动和抽真空启动，目前国内核电厂大多采用水实体启动方式，美国核电厂基本采用抽真空启动方式。第一种是将一回路和稳压器充至水实体
4、后，通过堆芯余热、主泵产热及稳压器电加热器加热使稳压器内的冷却剂达到饱和温度进而建立汽腔；第二种是在半管水位运行期间，利用抽真空设备对主系统进行抽真空操作，使不凝结气体和析出的溶解氧被不断抽出达到一定的负压，然后向一回路和稳压器充水至稳压器一定液位，再通过稳压器电加热器加热稳压器内的冷却剂到饱和温度建立汽腔。AP1000 核电厂采用了抽真空启动。 抽真空启动的优点：可以减少换料大修的时间，减小辐照剂量；避免了多次启动主泵排气的操作，减少了对主泵的冲击。 抽真空的缺点：引起的 PZR 与波动管的温差较大，产生的热应力和热冲击大；抽真空前排至较低的半管水位位置，RNS 泵有气蚀危险；定子腔与 RC
5、S 系统压差超过限值时，可能导致主泵损坏。 由于调试启动期间没有堆芯余热，而通过主泵和稳压器电加热器加热量不足，无法直接建立汽腔，因而采取了抽真空后再充至水实体然后加热建立汽腔。因此，正常运行的抽真空启动与调试期间的抽真空启动有所不同。 抽真空启动的具体操作 主系统排水 a.正常运行 当电厂停堆换料及维修结束后，将换料水池排水到压力容器法兰面以下，并通过 CVS 下泄将 RCS 系统排至半管运行水位（热段 6080%，PZR WR2%3%） 。维持 RNS 系统至少一列运行，监测主系统温度保持在 3543之间。 电厂停堆后再次启动前，CVS 补给泵向一回路和 PZR 提供合适硼浓度的冷却剂。S
6、G 二次侧充到正常启动液位，且满足水化学要求。 半管水位不能太低也不能太高，太低，余热排出泵有汽蚀的风险；太高，可能抽不尽蒸发器 U 型管内的空气。 b. 调试启动 调试期间电厂第一次启动没有堆芯余热，因此不需投运 RNS 进行冷却。此时只需将 RCS 充至合适的半管水位即可。其它内容同上。 主泵定子腔和系统抽真空 正常运行与调试期间本步骤基本相同，如下所述： 抽真空系统连接到 ADS A 列的出口，抽出整个 RCS 系统（包括 RV 顶盖，SG 倒置 U 形管，稳压器等）中的空气。抽真空的关键是主泵定子腔压力应低于 RCS 压力，因为如果主泵定子腔的压力超过 RCS 压力1.0psi(6.9
7、kPa)时，定子屏蔽套内壁可能产生鼓包而接触主泵转子使主泵损坏。主泵定子腔的真空应在 RCS 真空建立前建立或同时建立，保证两者压差不超过该限值。 由上所述，先通过容积式抽真空泵对主泵定子腔室抽真空，之后使用抽气喷射器同时对主泵定子腔和 RCS 进行抽真空（达到一定水平后容积式抽真空泵停运） ，将定子腔压力抽至 1.4PSIA 左右，RCS 压力抽至1.42.2PSIA。不再进一步抽真空是由于经过计算，此时的空气已经非常微量，并会在注水后的溶解，可以达到所要求的水实体状态。 抽气喷射器通过厂用压缩空气系统驱动，主系统内的不凝结气体被抽出后，经 VFS 系统烟囱排出。 点动主泵作为 SG 抽真空
8、的备用。如果饱和温度下的反应堆冷却剂未达到可接受的真空水平，可以点动主泵，RCS 压力将随之下降。 注：a.抽真空期间应控制一回路温度，防止冷却剂沸腾而使抽真空失效； b.抽真空期间如果任意主泵定子腔真空破坏，立即停止抽真空过程并破坏 RCS 真空； c.正常运行期间，只要反应堆冷却剂温度处于 350F 之下，余热排出系统应始终提供一回路的冷却。如果抽真空期间丧失余排，则应立即破坏真空防止沸腾； d. 正常运行期间，应估算大气压下的沸腾时间，这是为了破坏真空做考虑，且由此应将 RCS 置于尽量低的温度，以增加破坏真空时的沸腾时间。 图 1.抽真空示意图 主系统充水 正常运行 达到需要的真空水平
9、后，使用 WLS 系统的流出液暂存箱的水向主系统充水，或 CVS 混合补给（不建议使用，可能引起误稀释）至 PZR 目标水位。在这过程中的合适液位下，将 N2 回充给定子腔，并分别对 PRHR HX、CMT、堆顶排气管线进行充水排气，并保持抽真空系统运行，但逐渐降低抽真空的能力。降低真空时，由于一回路水向 SG U 形管传递，PZR中液位可能下降，此时应注意补水对波动管产生的热应力。PZR 液位充到92%以上后，停止补水泵，从 ADS 破坏 RCS 真空，并隔离抽真空管线，将抽真空装置移除。 调试 调试期间，首先使用 IRWST 水对 RCS 进行充水至热段 8090%水位。这是由于此时属首次
10、启堆，EHT 中并未收集一回路冷却剂。使用 IRSWT 水足以满足要求，但应在充水前确认 IRWST 的水位为正常液位的 4050%。不充到更高液位，是因为稳压器液位仪表即将存在读数，需用较小流量的 CVS 充入以详细观察和记录液位上升过程，并在各液位进行相应的操作。 正常运行和调试期间，只要 RCS 液位达到 PZR 液位仪表的下部接口，RCP 定子腔就可以回充 N2。尽管此时 RCS 仍处于真空状态，但 PZR 中的水容积压力和残留压力（0.1atm）相加，已经可以保证定子腔和 RCS 的压差在限值之内。一般调节 N2 充入压力 12psig，将定子腔充至正常大气压（0psig） 。完成充
11、 N2 后迅速移除 N2 联接并盲住接口防止空气进入。建立稳压器汽腔和升温升压 启动除气完成后，需要对电厂进行升温升压以建立稳压器汽腔。电厂升温有水实体升温和汽腔升温两种，水实体升温即先充满稳压器，然后利用余热、主泵产热和 PZR 电加热器加热使反应堆冷却剂达到需要的饱和温度，然后再建立汽腔，即一般的水实体启动过程。汽腔升温即稳压器充水到一定值后先建立汽腔，然后再利用余热、主泵产热和 PZR电加热器加热使冷却剂升温。汽腔升温更适合 AP1000。这是由于维持PZR 中的汽腔，可以减小误操作下（如误启动 RCP 或 CVS 泵）压力偏移对RCS 的影响。 正常运行 在上一充水的最后阶段已破坏 R
12、CS 真空，一回路和稳压器可以升温升压。在一定的稳压器液位下，关闭 RNS 冷却管线和投运 PZR 电加热器使电厂升温。利用堆芯余热缓慢加热 RCS，同时控制加热器加热 PZR。当PZR 在较低的压力下达到饱和温度后，暂停 PZR 加热以排出 PZR 中可能存在的气体至 RCDT 或 IRWST（水实体启动后建立汽腔可以不用进行这样的排气） 。冷却剂的膨胀由稳压器汽腔或 CVS 下泄容纳。排气后，继续加热PZR，直至达到可以提供 RCP 足够的 NPSH 压力的饱和工况。然后每台主泵以 17.5%转速启动，联动控制上升至 88%转速，以达到此时最大的 RCS加热速率。RCS 冷段温度升到 52
13、0F(271C)以上前，RCP 电机功率限制转速1600 rpm(或 88%转速)。RCS 冷段温度升到 520F(271C)以上后，泵转速增加到 100%以获得最大加热速率。 注：不直接在抽真空的负压下加热，是因为这样会导致稳压器内冷却剂沸腾，液位无法估计，整个过程将难以控制。 图 2.正常运行启动期间 RCS 与 PZR 的升温曲线 调试 调试期间，由于首次启动没有堆芯余热，且主泵只能在后期加热，所以无法使用汽腔升温的方式进行启动，故而采用了水实体升温方式。即继续使用 CVS 对 RCS 充水至 PZR100%液位，从 ADS 破坏真空。气流停止后继续 CVS 对 RCS 充水到水实体，直
14、至 ADS 阀门出水、CMT 出水、顶盖排气出水、ADS 4 级阀门出水，以排尽一回路中的气体。气体排尽后将启动主泵进行水压试验，一回路的温度和压力及启泵动作由水压试验的要求进行确定。 抽真空的注意事项 正常运行和调试期间，在需要的 RCS 压力下建立汽腔后，PZR 加热由手动控制，以维持足够的泵吸入口压力，减小 PZR 和主回路温差，温差不能超过 178C。需要减小 PZR 压力和温度时，可以手动调节 PZR 喷淋流量。 汽腔升温时，由于 PZR 中汽腔和饱和水的温度比一回路高很多，所以升温期间 PZR 和波段管线、喷淋管线之间会产生最大温差。在 200 次的电厂升温中，稳压器和波动管线达
15、178C 的温差最多不能超过 220 次。升温过程中，打开 PZR 喷淋阀以提供部分 PZR 喷淋流。这会向 PZR引入持续的负波动，减小或消除波动管中可能的热分层。喷淋流量由需要的 PZR 压力（手动控制）决定。在 RCS 升温速率和过冷度在允许范围的要求下，投入最多的电加热器，以加热和加压 PZR。考虑重大设备的疲劳，RCS 设备的升温升压速率受限，PZR 升温速率不能超过 55C/h，不能在 2.5h 内从 3.1 升到 15.5MPa，不能在 6.5h 内从 49 升到 292C。实际上以 1114C/h 的升温速率升压，可以提供足够的过冷度。 在 RCS 升温阶段，利用辅助喷淋管线向
16、循环的冷却剂加入联氨，以消除系统中的溶解氧。氧浓度达到化学手册要求值前，RCS 温度不能升到121C 以上。 RCP 用于将冷却剂加热到热备用温度。当达到正常运行压力 15.4 MPa，PZR 加热器和喷淋由手动转到自动控制。 RCP 加热冷却剂到热备用温度 292C 后，稀释冷却剂到临界状态。稀释过程中，上充和下泄应保持平衡。限制如除盐水补充到 RCS 发生稀释时 PZR 下封头，波动管，波动管喷嘴承受稀释流的设计瞬态次数。每200 次电厂加热，波动管承受稀释流不超过 12 次。应调节下泄隔离设置点减小下泄隔离次数，以减少可能达到限制的正波动瞬态。 充注后建汽腔及升温阶段，如果稳压器液位低于
17、低 2 液位，稳压器电加热器应切除，以保护电加热器，防止烧毁。 在执行抽真空启动过程中，所有的 RCS 的液位计均应投入使用，并且进行比较，以监视 RCS 水装量，及时发现水装量的减少的情况。 应定期取样，以保证 RCS 的水质。 结论 AP1000 核电厂的正常运行和调试启动采用了抽真空的方式，与中国以前一般采用的水实体方式有较大不同。抽真空方式可以减少换料大修的时间，减小辐照剂量；避免了多次启动主泵排气的操作，减少了对主泵的冲击，对 AP1000 安全可靠稳定有很大帮助。但是在抽真空的过程中，也应关注各种可能产生的风险并准备应对方法，以保证 AP1000 核电厂安全顺利的通过抽真空方式启动
18、。 参考资料： APP-GW-G1-001, Rev. 4, AP1000 Plant Design CriteriaDB APP-RCS-M3-001，Rev.4, REACTOR COOLANT SYSTEM SYSTEM SPECIFICATION DOCUMENTDB 林诚格,非能动安全先进压水堆核电技术M，原子能出版社，2010 顾军,AP1000 核电厂系统与设备M，原子能出版社，2010 APP-GW-GL-700，AP1000 Design Control Document (DCD) DB 作者简介： 茹毅（1986） ，男，内蒙古集宁市人，中国核电工程有限公司，助理工程师，学士学位，2009 年毕业于浙江大学能源与环境系统工程专业。研究方向为核电厂调试。 蔡晓龙（1988） ，男，吉林省舒兰县人，中国核电工程有限公司，助理工程师，学士学位，2011 年毕业于南华大学核工程与核技术（核防护）专业。研究方向为核岛仪控调试。
