本發(fā)明屬于壓水堆核電研究設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的試驗(yàn)研究裝置。
背景技術(shù):
華龍一號(hào)三代核電技術(shù)是在具有長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的二代加反應(yīng)堆基礎(chǔ)上,為滿足三代反應(yīng)堆技術(shù)要求而創(chuàng)造性地增設(shè)了二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)(簡稱“PRS系統(tǒng)”)。華龍一號(hào)三代反應(yīng)堆審評(píng)要求對(duì)新增最主要內(nèi)容之一的PRS系統(tǒng)的運(yùn)行特性和可靠性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
PRS系統(tǒng)用于在發(fā)生全廠斷電事故且輔助給水系統(tǒng)汽動(dòng)泵系列失效工況下,系統(tǒng)投入運(yùn)行,在不超過冷卻劑壓力邊界設(shè)計(jì)條件的前提下,通過蒸發(fā)器導(dǎo)出堆芯余熱及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)各設(shè)備的儲(chǔ)熱,在72小時(shí)內(nèi)將反應(yīng)堆維持在安全狀態(tài)。在完全喪失給水的工況下,PRS系統(tǒng)投入運(yùn)行,降低一回路的溫度和壓力。
PRS系統(tǒng)通過應(yīng)急余熱排出冷卻器內(nèi)流體溫度差建立自然循環(huán),利用應(yīng)急冷卻器及相連接管道內(nèi)水的流動(dòng),連續(xù)不斷的將蒸發(fā)器內(nèi)的熱量帶到安全殼外,在安全殼外設(shè)置換熱水箱,通過換熱水箱中冷卻水導(dǎo)出冷卻器中從蒸發(fā)器帶出的熱量,最終通過換熱水箱中冷卻水的蒸發(fā)將熱量排至大氣環(huán)境。反應(yīng)堆每個(gè)環(huán)路的對(duì)應(yīng)一個(gè)非能動(dòng)余熱排出系列,包括一臺(tái)應(yīng)急余熱排出冷卻器,應(yīng)急補(bǔ)水箱一、應(yīng)急補(bǔ)水箱二,一個(gè)換熱水箱以及必要的閥門、管道和儀表。蒸汽管線首先貫穿安全殼,在安全殼外分成兩個(gè)支路,一個(gè)支路連接應(yīng)急余熱排出冷卻器入口,另一個(gè)支路與兩臺(tái)應(yīng)急補(bǔ)水箱入口相連,冷卻器布置在換熱水箱底部的冷凝器隔間,冷凝水管道連接應(yīng)急余熱排出冷卻器下封頭,凝水管出口與應(yīng)急補(bǔ)水箱的注入管線合并后通過貫穿件返回到安全殼內(nèi),與蒸發(fā)器5的給水管道相連。
由于PRS系統(tǒng)是創(chuàng)新的、先進(jìn)的非能動(dòng)換熱系統(tǒng),且從未在核電廠中有實(shí)際工程應(yīng)用,因此在設(shè)計(jì)階段需進(jìn)行必要模擬試驗(yàn)驗(yàn)證工作,以充分確定設(shè)計(jì)方案合理可行,保證PRS系統(tǒng)可在發(fā)生完全喪失給水事故時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的安全功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的試驗(yàn)研究裝置,確定二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理可行,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期安全功能。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置,該裝置包括蒸發(fā)器模擬體,冷卻器模擬體,第一補(bǔ)水箱模擬體,第二補(bǔ)水箱模擬體,應(yīng)急冷卻水箱模擬體,第一節(jié)流件,第二節(jié)流件,U形電熱元件,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥,大氣釋放閥,蒸發(fā)器模擬體排水閥,回路排氣閥;
所述蒸發(fā)器模擬體包括給水入口和蒸汽出口,蒸發(fā)器模擬體的蒸汽出口連接蒸汽管道,給水入口連接進(jìn)水管道;
冷卻器模擬體包括蒸汽入口和凝水出口,凝水出口連接凝水管道;
蒸發(fā)器模擬體的蒸汽出口和冷卻器模擬體的蒸汽入口通過蒸汽管道聯(lián)通;
第一補(bǔ)水箱模擬體、第二補(bǔ)水箱模擬體之間為并聯(lián)連接,并聯(lián)之后上端通過蒸汽管道與蒸發(fā)器模擬體連通;
第一補(bǔ)水箱模擬體、第二補(bǔ)水箱模擬體并聯(lián)連接的上端與蒸汽管道之間的管道上設(shè)置應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥;
在第一補(bǔ)水箱模擬體、第二補(bǔ)水箱模擬體和冷卻器模擬體并聯(lián)連接的上端與蒸發(fā)器模擬體的蒸汽出口之間的蒸汽管道中設(shè)置第一節(jié)流件;
第一補(bǔ)水箱模擬體、第二補(bǔ)水箱模擬體并聯(lián)的下端通過補(bǔ)水管道與凝水管道匯合后,通過進(jìn)水管道與蒸發(fā)器模擬體的給水入口連通;在進(jìn)水管道中設(shè)置第二節(jié)流件;
分別在補(bǔ)水管道、凝水管道上設(shè)置應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥;
在蒸發(fā)器模擬體底部設(shè)置蒸發(fā)器模擬體排水閥,在蒸汽管道高點(diǎn)設(shè)置回路排氣閥。
進(jìn)一步的,如上所述的一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置,所述蒸汽管道、凝水管道、補(bǔ)水管道及進(jìn)水管道上均設(shè)置有流量計(jì)。
進(jìn)一步的,如上所述的一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置,通過控制U形電熱元件的輸入電功率,使蒸汽-水自然循環(huán)系統(tǒng)升溫,升溫速率不大于50℃/h。
進(jìn)一步的,如上所述的一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置,大氣釋放閥設(shè)置為自動(dòng)開啟和關(guān)閉,開啟壓力為7.85MPa,關(guān)閉壓力為7.5MPa。
一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究方法,具體包括如下步驟:
a)建立二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)熱工水力特性實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置;
b)完成試驗(yàn)?zāi)M裝置的冷、熱態(tài)調(diào)試工作;
c)根據(jù)試驗(yàn)工況,建立實(shí)驗(yàn)回路初始條件,包括應(yīng)急冷卻水箱模擬體水位,第一補(bǔ)水箱模擬體、第二補(bǔ)水箱模擬體水位,回路等效阻力系數(shù),蒸汽發(fā)生器模擬體水位和蒸汽出口處的蒸汽壓力;
d)待蒸汽出口處的蒸汽壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)啟動(dòng)壓力值時(shí),按照需要模擬的蒸汽發(fā)生器加熱功率隨時(shí)間變化的曲線開始對(duì)蒸發(fā)器模擬體進(jìn)行加熱;同時(shí)開啟凝水管道、補(bǔ)水管道上的應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥,自然循環(huán)逐步建立;
e)當(dāng)?shù)谝谎a(bǔ)水箱模擬體、第二補(bǔ)水箱模擬體水位降為0時(shí),關(guān)閉應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥、應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥;
f)根據(jù)試驗(yàn)工況確定試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間,待試驗(yàn)結(jié)束后,停止加熱,使回路系統(tǒng)繼續(xù)通過自然循環(huán)冷卻;
g)試驗(yàn)過程中測(cè)控系統(tǒng)將自動(dòng)記錄包括各測(cè)點(diǎn)的壓力、溫度、流量、水位、電流、電壓等數(shù)據(jù),作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)用作分析;
h)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得出試驗(yàn)研究的結(jié)論。
本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果在于:二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置可通過等高模擬PRS系統(tǒng)運(yùn)行過程,驗(yàn)證PRS系統(tǒng)非能動(dòng)循環(huán)可以自動(dòng)建立以及滿足事故后72小時(shí)持續(xù)帶出堆芯熱量的要求;可以為二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和改進(jìn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
附圖說明
圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:蒸發(fā)器模擬體1,冷卻器模擬體2,第一補(bǔ)水箱模擬體3,第二補(bǔ)水箱模擬體4,應(yīng)急冷卻水箱模擬體5,第一節(jié)流件6,第二節(jié)流件7,U形電熱元件8,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥9,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥11,大氣釋放閥12,蒸發(fā)器模擬體排水閥13,回路排氣閥14。
具體實(shí)施方式
非能動(dòng)二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)采用非能動(dòng)技術(shù),發(fā)生完全喪失給水事故時(shí),在沒有操縱員干預(yù)的情況下,系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行,利用自然循環(huán)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器二次側(cè)長期排熱。因此模擬試驗(yàn)要驗(yàn)證PRS系統(tǒng)可通過自然循環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器二次側(cè)的長期排熱功能。PRS系統(tǒng)首次應(yīng)用于工程實(shí)踐,需充分驗(yàn)證其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和主要設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性和可用性。為真實(shí)模擬PRS,本發(fā)明提出一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置,該裝置包括蒸發(fā)器模擬體1,冷卻器模擬體2,第一補(bǔ)水箱模擬體3,第二補(bǔ)水箱模擬體4,應(yīng)急冷卻水箱模擬體5,第一節(jié)流件6,第二節(jié)流件7,U形電熱元件8,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥9,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥11,大氣釋放閥12,蒸發(fā)器模擬體排水閥13,回路排氣閥14;
所述蒸發(fā)器模擬體1包括給水入口和蒸汽出口,蒸發(fā)器模擬體1的蒸汽出口連接蒸汽管道,給水入口連接進(jìn)水管道;
冷卻器模擬體2包括蒸汽入口和凝水出口,凝水出口連接凝水管道;
蒸發(fā)器模擬體1的蒸汽出口和冷卻器模擬體2的蒸汽入口通過蒸汽管道聯(lián)通;
第一補(bǔ)水箱模擬體3、第二補(bǔ)水箱模擬體4之間為并聯(lián)連接,并聯(lián)之后上端通過蒸汽管道與蒸發(fā)器模擬體1連通;
第一補(bǔ)水箱模擬體3、第二補(bǔ)水箱模擬體4并聯(lián)連接的上端與蒸汽管道之間的管道上設(shè)置應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥9;
在第一補(bǔ)水箱模擬體3、第二補(bǔ)水箱模擬體4和冷卻器模擬體2并聯(lián)連接的上端與蒸發(fā)器模擬體1的蒸汽出口之間的蒸汽管道中設(shè)置第一節(jié)流件6;
第一補(bǔ)水箱模擬體3、第二補(bǔ)水箱模擬體4并聯(lián)的下端通過補(bǔ)水管道與凝水管道匯合后,通過進(jìn)水管道與蒸發(fā)器模擬體1的給水入口連通;在進(jìn)水管道中設(shè)置第二節(jié)流件7;
分別在補(bǔ)水管道、凝水管道上設(shè)置應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥11;
在蒸發(fā)器模擬體1底部設(shè)置蒸發(fā)器模擬體排水閥13,在蒸汽管道高點(diǎn)設(shè)置回路排氣閥14。
所述蒸汽管道、凝水管道、補(bǔ)水管道及進(jìn)水管道上均設(shè)置有流量計(jì);通過控制U形電熱元件8的輸入電功率,使蒸汽-水自然循環(huán)系統(tǒng)升溫,升溫速率不大于50℃/h;大氣釋放閥12設(shè)置為自動(dòng)開啟和關(guān)閉,開啟壓力為7.85MPa,關(guān)閉壓力為7.5MPa。
一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究方法,基于上述的一種二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)試驗(yàn)研究裝置,具體包括如下步驟:
a)建立二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)熱工水力特性實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置;
b)完成試驗(yàn)?zāi)M裝置的冷、熱態(tài)調(diào)試工作;
c)根據(jù)試驗(yàn)工況,建立實(shí)驗(yàn)回路初始條件,包括應(yīng)急冷卻水箱模擬體5水位,第一補(bǔ)水箱模擬體3、第二補(bǔ)水箱模擬體4水位,回路等效阻力系數(shù),蒸汽發(fā)生器模擬體1水位和蒸汽出口處的蒸汽壓力;
d)待蒸汽出口處的蒸汽壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)啟動(dòng)壓力值時(shí),按照需要模擬的蒸汽發(fā)生器加熱功率隨時(shí)間變化的曲線開始對(duì)蒸汽發(fā)生器模擬體1進(jìn)行加熱;同時(shí)開啟凝水管道、補(bǔ)水管道上的應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥11,自然循環(huán)逐步建立;
e)當(dāng)?shù)谝谎a(bǔ)水箱模擬體3、第二補(bǔ)水箱模擬體4水位降為0時(shí),關(guān)閉應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥9、應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10;
f)根據(jù)試驗(yàn)工況確定試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間,待試驗(yàn)結(jié)束后,停止加熱,使回路系統(tǒng)繼續(xù)通過自然循環(huán)冷卻;
g)試驗(yàn)過程中測(cè)控系統(tǒng)將自動(dòng)記錄包括各測(cè)點(diǎn)的壓力、溫度、流量、水位、電流、電壓等數(shù)據(jù),作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)用作分析;
h)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得出試驗(yàn)研究的結(jié)論。
試驗(yàn)裝置調(diào)試完成后,可根據(jù)試驗(yàn)工況的選取開展不同的驗(yàn)證試驗(yàn),基于這些要求,本發(fā)明通過以下實(shí)施例加以說明。
實(shí)施例1(原型工況72h瞬態(tài)試驗(yàn))
a)配置試驗(yàn)裝置阻力,試驗(yàn)回路阻力系數(shù)在原型PRS系統(tǒng)阻力系數(shù)±5%范圍內(nèi);
b)將大氣釋放閥12置為自動(dòng)開啟和關(guān)閉開啟壓力7.85MPa,關(guān)閉壓力7.5MPa;
c)在應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥11關(guān)閉狀態(tài)下,通過蒸發(fā)器模擬體排水閥13,回路排氣閥14對(duì)蒸發(fā)器模擬體1水位進(jìn)行調(diào)節(jié),并逐漸建立起壓力和水位分別為7.85MPa和8.3m的試驗(yàn)初始工況,在此過程在中保持應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥9處于開啟狀態(tài);
d)投入基礎(chǔ)功率曲線,同時(shí)開啟應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10,冷卻器模擬體出口快關(guān)快開閥11,開始瞬態(tài)試驗(yàn),試驗(yàn)過程中監(jiān)測(cè)并記錄運(yùn)行過程中系統(tǒng)壓力、溫度、流量、水位等參數(shù)隨時(shí)間的變化;
e)當(dāng)?shù)谝谎a(bǔ)水箱模擬體3,第二補(bǔ)水箱模擬體4水位均為零時(shí),關(guān)閉應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體入口快關(guān)快開閥9,應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10;
f)待實(shí)驗(yàn)持續(xù)72小時(shí),完成給水汽動(dòng)泵不可用、PRS 60.2s投入、基礎(chǔ)功率72小時(shí)瞬態(tài)特性實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例2(系統(tǒng)啟動(dòng)方式研究試驗(yàn))
a)針對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容設(shè)置兩個(gè)工況點(diǎn),一個(gè)是針對(duì)PRS系統(tǒng)注水啟動(dòng)方式啟動(dòng),即試驗(yàn)啟動(dòng)的同時(shí)應(yīng)急補(bǔ)水箱對(duì)SG模擬體實(shí)施應(yīng)急補(bǔ)水;另一個(gè)工況點(diǎn)是PRS系統(tǒng)不注水方式啟動(dòng),啟動(dòng)過程中應(yīng)急補(bǔ)水箱對(duì)蒸發(fā)器模擬體1不實(shí)施注水。在這兩個(gè)工況點(diǎn)持續(xù)時(shí)間為0.5小時(shí),試驗(yàn)過程中蒸發(fā)器加熱功率功率將自動(dòng)跟隨給定曲線變化;
b)具體實(shí)施流程參照實(shí)施例1中,在實(shí)施例1步驟d)中分別進(jìn)行打開應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10和不打開應(yīng)急補(bǔ)水箱模擬體出口快關(guān)快開閥10的試驗(yàn),試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為0.5小時(shí);
c)通過測(cè)控系統(tǒng)記錄系統(tǒng)壓力、溫度、液位等變化情況,分析補(bǔ)水箱是否注水對(duì)自然循環(huán)的影響。
實(shí)施例3(系統(tǒng)參數(shù)影響因素研究試驗(yàn))
a)主要研究系統(tǒng)阻力、應(yīng)急冷卻器模擬體傳熱面積及SG水裝量對(duì)PRS系統(tǒng)的影響;
b)在系統(tǒng)阻力對(duì)系統(tǒng)自然循環(huán)流動(dòng)影響的實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)系統(tǒng)阻力額定值的150%和50%兩個(gè)阻力,開展給定功功率條件下的實(shí)驗(yàn);
c)針對(duì)冷卻器傳熱面積敏感性,可開展傳熱面積為傳熱面積理論值一定比例(如160%、80%等)在給定功率條件下對(duì)系統(tǒng)自然循環(huán)流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究;
d)針對(duì)SG水裝量的影響研究,可開展水裝量分別為額定水裝量150%和50%等工況在給定功功率條件下自然循環(huán)流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究;
e)試驗(yàn)具體操作參照實(shí)例1,根據(jù)具體的試驗(yàn)變量修改相應(yīng)的試驗(yàn)條件即可;
根據(jù)各個(gè)試驗(yàn)結(jié)果,分析系統(tǒng)主要參數(shù)對(duì)自然循環(huán)的影響分析。