一种用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统的制作方法

1.本实用新型属于核电技术领域，特别涉及一种用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统。


背景技术：

2.高温气冷堆核电站(htr-pm)正常运行时，主氦风机驱动氦气冷却剂通经堆芯，带出堆芯核燃料裂变产生的热量，反应堆入口和出口处的氦气平均温度分别为250℃和750℃，750℃高温氦气经热气导管同心管的内管进入到蒸汽发生器内，经蒸汽发生器传热管将热量传给二回路给水，将205℃的给水加热至570℃左右的过热蒸汽供给汽轮机发电。htr-pm产生的高温过热蒸汽有效提升了发电效率，但其高温运行模式也会带来一些新的挑战。
3.反应堆发生事故并由保护系统触发紧急停堆，在查明事故原因并排除相应故障后，应尽快使其具备重新启动的条件，以提高电站的可运行性和经济性。当高温气冷堆正常停堆时，一、二回路会经历充分的降功率和冷却过程，反应堆和相关系统设备的温度能顺利降至重新启动所需的温度。而当高温气冷堆发生紧急停堆时，会快速停堆，并快速关闭风机挡板、蒸发器进出口隔离阀。由于反应堆热容量大，一、二回路未经充分冷却，反应堆和蒸发器等设备将持续处于高温状态，无法很快投入重启。如果仅依靠自然冷却方式，一、二回路降温速度会很慢，要降至重新启动所需的温度需要花费数以月计的时间，工程上无法接受。同时由于紧急停堆后主给水丧失加热源，其温度远低于蒸发器温度，所以也无法通过注入主给水进行冷却，一旦注入将会对蒸发器带来较大的冷冲击，影响蒸发器设备安全，因此也不可行。
4.基于高温堆这样的设计特点、设备性能和运行特性，为了尽量缩短紧急停堆后反应堆一、二回路冷却时间，保障蒸发器等设备安全，进一步提高htr-pm机组的可运行性，需要制定紧急停堆后小流量冷却技术方案。在反应堆触发紧急停堆后，综合利用辅助蒸汽系统、启动停堆系统、蒸发器事故排放系统、燃料装卸系统、氦净化事故冷却除湿列等系统，通过一回路小流量氦气和二回路小流量蒸汽协调工作，同时冷却反应堆堆芯、蒸发器和相关管道设备，直至反应堆出口热氦气温度降到200℃左右，机组具备重新启动条件。
5.当前的紧急停堆后小流量冷却技术总体方案为：反应堆触发紧急停堆后关闭风机挡板，联锁关闭蒸汽发生器进、出口隔离阀，将蒸汽发生器与二回路其它设备和管道隔离。操纵员排除失冷、失压和蒸汽发生器破管等事故，确认满足进行紧急停堆后小流量冷却操作的必要条件，在停堆200分钟内启动小流量冷却操作。此小流量冷却操作分为蒸汽发生器排水、蒸汽发生器排汽、蒸汽发生器预冷和冷却堆芯共4个阶段。将反应堆触发紧急停堆时刻定义为零时刻，后续所有操作开始的时间从该零时刻计，图1给出了紧急停堆后小流量冷却总体方案示意图。在小流量冷却操作的4个阶段里，蒸汽发生器预冷和冷却堆芯这两个阶段持续的时间最长，直接决定了反应堆的冷却效果和冷却时间。而决定冷却效果和冷却时间的关键是需要持续不断地提供具有合适、稳定压力和流量的冷却蒸汽。
6.蒸汽发生器(sg)的传热管与管板的连接方式为“胀接+密封焊(非强度焊)”，紧急
停堆冷却蒸汽参数控制的稳定性和精度差，对sg的安全性和可靠性有很大影响。当蒸汽流量过大时，容易引起较大的局部温度梯度和热应力，不利于控制设备的疲劳寿命和局部变形；当蒸汽流量过小时，会提高运行控制难度，降低冷却效率。目前，小流量冷却蒸汽气源由辅助锅炉房提供，而在目前的工程系统中均未涉及如何对冷却蒸汽的压力、流量等参数进行精准控制，以满足冷却需要。例如，专利文献cn106782720a公开了一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法:反应堆的出口与蒸汽发生器的一次侧入口相连通，反应堆的入口与蒸汽发生器的一次侧出口相连通，蒸汽发生器的二次侧出口与汽水分离器的入口相连通，汽水分离器的出口与蒸汽旁路的入口相连通，蒸汽旁路的出口与凝汽器的入口及除氧器的入口相连通，辅助电锅炉的高温蒸汽出口与汽水分离器的入口相连通，辅助电锅炉的低温蒸汽出口与蒸汽发生器的二次侧入口相连通，该系统及方法能够实现启停堆设备在机组正常启停过程中的快速响应，能够在机组事故工况下实现反应堆的快速冷却，并且高温气冷堆机组启停过程中的可靠性及安全性较高。专利文献cn106782720a也是利用小流量冷却蒸汽对sg进行冷却，但整个系统复杂，冷却蒸汽的流量受其他系统影响较大，不能精准调节。
7.又如，专利文献cn108278590a公开了一种高温气冷堆核电站停堆冷却的系统和方法，该系统包括蒸发器、蒸发器出口阀门组、汽水分离器、蒸发器入口阀门组、旁路阀门组、高压加热器、辅汽联箱、凝汽器、给水泵和除氧器。该方法包括以下步骤：1)将辅汽联箱中的蒸汽通入高压加热器汽侧、除氧器中来提高蒸发器入口给水温度；2)用给水泵调整蒸发器入口给水压力，用蒸发器入口调门控制蒸发器注水流量，进一步控制蒸发器温降速度，用蒸发器出口调门控制蒸发器压力；3)蒸发器出口工质排入汽水分离器中；4)用旁路调节阀和进入到汽水分离器中的辅汽来控制汽水分离器压力；5)将汽水分离器中的水回收至除氧器，建立起二回路水循环，来冷却蒸发器。专利文献cn108278590a是用辅助蒸汽加热给水后用高温水冷却，二者冷却介质不同。高温水的温度与蒸发器温度相差依然很大，一旦注入将会对蒸发器带来较大的冷冲击，影响蒸发器设备安全，不可行。
8.因此，现有的工程系统无法实现冷却蒸汽参数精准控制的使用需求。


技术实现要素：

9.针对上述问题，本实用新型提供一种用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统，实现对高温紧急停堆后冷却蒸汽参数的精准控制。
10.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
11.一种用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统，所述系统包括冷却蒸汽进口管道、蒸汽发生器和冷却蒸汽出口排大气管道，所述冷却蒸汽进口管道与所述蒸汽发生器入口连通，所述蒸汽发生器出口与所述冷却蒸汽出口排大气管道连通，所述冷却蒸汽出口排大气管道设有流量调节阀。
12.优选地，所述蒸汽发生器入口连通有主给水管道，主给水管道与所述冷却蒸汽进口管道连通，冷却蒸汽进口管道上设有冷却蒸汽进口隔离阀组。
13.优选地，所述冷却蒸汽进口管道一端与所述蒸汽发生器入口连通，另一端与辅助电锅炉连通。
14.优选地，所述冷却蒸汽出口排大气管道上还设有冷却蒸汽排大气前隔离阀和消音
器。
15.优选地，所述蒸汽发生器出口连通有主蒸汽管道，主蒸汽管道与所述冷却蒸汽出口排大气管道连通。
16.本实用新型的有益效果：将辅助电锅炉产生的蒸汽作为冷却蒸汽，通过冷却蒸汽进口管道接入主给水管道后，进入sg对sg进行冷却，通过在sg出口主蒸汽管道上新增的冷却蒸汽出口排大气管道，经冷却蒸汽排大气前隔离阀、流量调节阀、消音器后，排向大气，实现对紧急停堆后冷却蒸汽参数的精准控制。
17.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了现有技术中紧急停堆后小流量冷却总体方案示意图；
20.图2示出了本实用新型常规岛侧紧急停堆后小流量冷却系统图；
21.图3示出了实施例2中紧急停堆后小流量冷却总体方案示意图。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.实施例1:
24.一种用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统，所述系统包括冷却蒸汽进口管道、蒸汽发生器和冷却蒸汽出口排大气管道，所述冷却蒸汽进口管道与所述蒸汽发生器入口连通，所述蒸汽发生器入口连通有主给水管道，主给水管道与所述冷却蒸汽进口管道连通，冷却蒸汽进口管道上设有冷却蒸汽进口隔离阀组；所述蒸汽发生器出口与所述冷却蒸汽出口排大气管道连通，蒸汽发生器出口连通有主蒸汽管道，主蒸汽管道与所述冷却蒸汽出口排大气管道连通，所述冷却蒸汽出口排大气管道依次设有冷却蒸汽排大气前隔离阀、流量调节阀和消音器，所述冷却蒸汽进口管道一端与所述蒸汽发生器入口连通，另一端与辅助电锅炉连通。
25.在常规岛侧，如图2所示，将辅助电锅炉产生的蒸汽作为冷却蒸汽通过冷却蒸汽进口管道接入主给水管道上的给水阀门组后，分别进入#1sg和#2sg进行冷却，冷却后的蒸汽通过sg出口主蒸汽管道上新增的冷却蒸汽出口排大气管道，经冷却蒸汽排大气前隔离阀、流量调节阀和消音器后，排向大气，冷却蒸汽出口排大气管道上设置冷却蒸汽排大气前隔
离阀和流量调节阀(即冷却蒸汽调节阀，参见图2)对紧急停堆后冷却蒸汽的流量进行精确控制，从而控制反应堆冷却速度。具体地：反应堆触发紧急停堆后，操作员确认满足进行紧急停堆后小流量冷却操作的必要条件，在停堆200分钟内启动小流量冷却操作，小流量冷却操作分为4个阶段(如图1所示)：蒸汽发生器排水、蒸汽发生器排汽、蒸汽发生器预冷和冷却堆芯阶段，当#1反应堆紧急停堆后，核岛确认满足进行紧急停堆后小流量操作的必要条件，常规岛确认辅助电锅炉辅助蒸汽可用，并完成事故停堆冷却蒸汽管路暖管，停止对#1启停堆系统汽水分离器的热备用预暖，第三阶段(预冷sg)开始后，即反应堆紧急停堆开始预冷所述蒸汽发生器后，打开冷却蒸汽排大气前隔离阀，关闭主蒸汽管道上的主汽隔离阀，然后打开#1sg出口主蒸汽管道上新增的冷却蒸汽出口排大气管道，经冷却蒸汽排大气前隔离阀、流量调节阀。通过#1sg流量调节阀，控制冷却蒸汽流量为0.5-0.55t/h，并维持#1sg出口绝对压力≥1.1mpa，保持时间60min；随后进入第四阶段(冷却堆芯)，通过#1sg流量调节阀，控制冷却蒸汽流量随时间变化呈梯度设置，具体为：60-72min内，控制流量为0.9-1.1t/h，保持12min；72-84min内，控制流量为1.8-2.2t/h；84-96min内，控制流量为2.7-3.3t/h；96-108min内，控制流量为3.6-4.4t/h；108-120min内，控制流量为4.5-5.5t/h；120min以后控制流量为5.7-6t/h，直至冷却工况结束，冷却蒸汽出口排大气管道上装有消音器，消音器后噪音≤85分贝；其中，控制蒸汽发生器出口处压力≥1.1mpa，波动范围小于0.5％；控制蒸汽发生器主主给水管道核岛与常规岛交界处的绝对压力≥1.2mpa，温度为188-191℃，蒸汽流量为0.5-6t/h。核岛侧预冷蒸汽发生器及冷却堆芯阶段蒸汽参数如表1所示，从预冷蒸汽发生器开始的蒸汽流量要求如表2所示，小流量冷却过程中蒸汽压力控制要求如表3所示；
26.表1预冷蒸汽发生器及冷却堆芯阶段蒸汽参数
[0027][0028]
表2从预冷蒸汽发生器开始的蒸汽流量要求
[0029][0030]
表3小流量冷却过程中蒸汽压力控制要求
[0031][0032]
当#2反应堆紧急停堆时，冷却系统操作流程与#1反应堆一致。本实用新型不考虑两堆紧急停堆同时冷却的工况。
[0033]
实施例2：
[0034]
将实施例1中的用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统应用于华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程中的启停堆系统中，在反应堆触发紧急停堆后，操作员确认满足进行紧急停堆后小流量冷却操作的必要条件，在停堆200分钟内启动小流量冷却操作。小流量冷却操作分为4个阶段，如图3所示：蒸汽发生器排水(通过sg事故排放系统)、蒸汽发生器排汽(通过主给水管道小流量排放阀)、蒸汽发生器预冷(采用启停堆系统，小流量蒸汽参数：温度188℃，压力1.1mpa，流量0.5t/h)和冷却堆芯阶段(该阶段一回路氦气流量1kg/s，小流量蒸汽参数：温度188℃，压力1.1mpa，流量在1h内从0.5t/h线性增长为6t/h，随后保持)。
[0035]
实施例3：
[0036]
同实施例1中的用于高温气冷堆紧急停堆后蒸汽发生器冷却系统，区别在于第三阶段(预冷sg)开始后，打开冷却蒸汽进口隔离阀组，冷却蒸汽流入sg(已有系统)。通过#1sg冷却蒸汽出口排大气管道上的流量调节阀(即冷却蒸汽调节阀，参见图2)，控制冷却蒸汽流量为0.5t/h，并维持#1sg出口压力≥1.1mpa。第四阶段(冷却堆芯)开始后，通过#1sg冷却蒸汽出口排大气管道上的流量调节阀，控制冷却蒸汽流量满足表2中流量要求。维持sg出口压力≥1.1mpa，直至整个紧急停堆冷却工况结束，关闭#1sg冷却蒸汽出口排大气管道上的流量调节阀。对#2sg冷却的操作与#1sg相同。
[0037]
本实用新型应用于蒸汽发生器预冷和冷却堆芯阶段，对紧急停堆后冷却蒸汽的参数进行精确控制，保证紧急停堆后小流量冷却技术方案的顺利实施。
[0038]
本实用新型同样可应用于其他高温气冷堆核电站示范工程的紧急停堆系统中。对
于已存在的高温气冷堆核电站，若想实现紧急停堆后快速冷却的目的，本实用新型的技术方案对现有系统的影响最小，改造成本最低。暂无别的替代方案。对于还未开始建设的高温气冷堆核电工程，可在设计前期即将紧急停堆后快速冷却的需求考虑进去，此时可选择将冷却蒸汽排放至二回路排水放射性监测池或其他具有稳定压力环境的排放终点等技术方案。
[0039]
综上所述，在本实用新型的技术方案中，冷却蒸汽的温度、压力及流量控制为关键技术，冷却蒸汽排放终点为大气，大气环境背压稳定，这种设置方式有利于对紧急停堆冷却蒸汽参数的准确控制，通过sg的冷却蒸汽参数的波动很小；系统运行控制简单，不会受到循环水系统、抽真空系统、凝结水系统等多个系统的影响，满足紧急停堆冷却对关键操作时间节点的要求；改造成本小，运行经济性高。本实用新型的技术方案充分利用现有的辅助蒸汽系统，仅在原有系统蒸发器出口管道上增设一路管道，就能实现对冷却蒸汽流量的精确控制，对已经固化的堆机匹配设计影响很小，对于已完成安装施工的设备和管道，无影响；对于已固化的系统工艺设计，仅需配合修改启停堆系统的工况运行控制设计即可。
[0040]
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。