秦山核电站启停给水系统设计分析

摘要：秦山核电站为提高核电运行安全性能而采取了一项系统优化设计—— 增加启停给水系统。本文介绍新增加的启停给水系统的组成及主要功能，以及该系统在控制运行上与核岛安全设施辅助给水系统的逻辑关系，分析了启停给水系统的设计特点以及在核电站运行中的作用。由于该系统承担了辅助给水系统启动时的给水任务，大大提高了辅助给水系统的安全性能，满足了核电站设计中对安全设施功能单一性的要求。

关键词：核电机组 启停给水系统 安全性能

1、引言

核电站的安全可靠性在核电设计中占有最重要的地位，因此，秦山核电站在总结运行经验的基础上对部分系统的设计进行了合理的改进，增加了一套启停给水系统。

增设这套系统，根本原因是原系统设计上的缺陷：由于秦山一期的辅助给水系统同时承担的启停给水和安全停堆两大功能，导致在原系统设计上，泵的吸入口有两路水源（冷、热），为了保证在启、停阶段的安全功能，冷水入口的隔离阀V20-03A/B/C/D是保持常开的.因此泵在启、停阶段实际吸入的到底是冷水，还是热水，或者是两者的混流，都是由吸口的两路水源压力来自动控制，极易造成冷热冲击，从而导致泵转子部件的弯曲失效。泵先天结构上也存在缺陷：辅助给水泵是卧式、多级、双涡壳泵， 泵轴属长径比大的细长轴，挠性转子，因此，整个泵转子对温度的变化比较敏感，极易弯曲；而且此泵在出厂时，未进行过冷热水的冲击试验的验证。同类的核电站，如C1/C2、秦山二期、大亚湾核电站，全都是将两种功能由两套系统来分别承担，只有秦山一期是一套辅助给水系统承担了两种功能。这套系统在电站运行16年中，曾多次发生辅助给水泵转子部件弯曲事件，最近的一次发生在R10大修期间，在停堆及启动阶段中，两次发生弯轴事件，影响了大修的工期，影响了电站的安全稳定运行. 因此增设启停给水系统是必要的，如果不改造，电站的安全稳定运行就无法得到保证.

2、系统功能

启停给水系统主要功能是在电站正常启动和停堆期间，向蒸汽发生器二次侧供应足够的除氧水，维持蒸汽发生器的水位，带走反应堆堆芯衰变热、反应堆冷却剂系统的潜热和显热。在反应堆热态零功率时，向蒸汽发生器连续供应一股小流量的给水，以防止给水管中水汽化，以及由此产生的水击事件。此外，在电站初次启动和蒸汽发生器干保养后启动时，本系统也可用来向蒸汽发生器充水。

启停给水系统在电站事故停堆或主给水丧失事故工况下不投运，无安全相关功能。在主控制室不可用时，电站启停通过辅助给水系统完成。

启停给水系统主要的运行工况如下：

2.1 初始充水

在电站初次启动和蒸汽发生器干保养结束后启动时，启停给水系统投入运行，向蒸汽发生器充水。此时，常规岛除氧器处于冷态工作条件；启停给水泵在主控室远控投入，泵入口管与任一完备的除氧器已连通；给水流量控制阀在主控室手动调节，保持合适阀位；启停给水泵向两台蒸汽发生器同时均匀充水，并调整其水位。

2.2 正常启动

反应堆从冷停堆状态升温升压后，蒸汽发生器完成赶气和向二回路暖机供汽等操作，依靠启停给水系统维持蒸汽发生器水位，直至热态零功率工况。此时，主给水泵停运，主给水调节阀和旁路调节阀处关闭状态，主给水隔离阀处于开启状态；启停给水系统运行方式同2.1，手动调节给水流量，维持蒸汽发生器水位。

2.3 正常停堆

电站依靠主给水系统从正常功率运行工况转入热态零功率工况，然后将启停给水系统投入运行，带走衰变热。此时，主给水系统运行方式同2.2，启停给水系统运行方式为：常规岛除氧器处于热态饱和的工作状况；启停给水泵在主控室远控投入；给水流量控制阀在主控室手动调节，维持合适阀位；启停给水泵向两台蒸汽发生器同时均匀充水，用4小时将反应堆冷却剂从热态零功率280℃冷却到停堆冷却系统能投运的温度水平180℃；限制反应堆冷却剂系统降温速率不超过30℃/h。

2.4 热态零功率

在电站热态零功率工况，启停给水系统持续向蒸汽发生器供水，维持热态零功率状态达到给定的时间。当热态零功率工况结束后，如果反应堆功率继续提升，则本系统手动解列，主给水系统投入运行；如果反应堆需要停堆，则本系统转入正常停堆运行方式。

2.5 其它运行

启停给水系统在进行预运行试验或蒸汽发生器初次充水时，可以为主给水管道充水赶气。启停给水系统的控制以主控室远距离控制为主，仅设置了泵低流量保护的自动控制。

3、系统设计

3.1 设计基准

启停给水系统泵及相关管道的设计应能保证蒸汽发生器零背压到蒸汽发生器大气释放阀开启整定压力之间，持续向蒸汽发生器二次侧供应来自二回路的除氧水，供应除氧水流量范围为0～5%主给水额定流量，满足正常停堆要求。

启停给水系统为非核安全级，无核抗震要求，质保等级为NQA级。

启停给水泵作为主给水泵的旁路设置，泵出口的干路借道主给水系统向蒸汽发生器供水。泵出口设小流量回流管，经3#高加疏水管将小流量除氧水送回至除氧器。启停给水管路上设有调节阀。

系统布置满足启停给水泵净正吸入压头的要求。

3.2 设备设计

3.2.1 启停给水泵

启停给水系统设置一台启停给水泵，入口水源来自除氧水箱，泵出口同时向两台蒸汽发生器供水。

启停给水泵为多级、卧式、电机驱动的离心式给水泵。泵进出口以法兰连接的型式与相应管道连接。泵轴承采用稀油自润滑的方式，泵轴密封采用集装式机械密封的型式。泵设计扬程通过初步估算满足在设计流量下，蒸汽发生器二次侧零背压到安全阀起跳整定值范围内向蒸汽发生器二次侧供水的要求。

在电站启动和停运的过程中，启停给水泵可以在主控室远控启动，也可以就地操作。

增设的启停给水泵为非核安全级，无抗震要求。

泵流量考虑启停堆工况下，从蒸汽发生器带出一回路热量所需的最大流量，并满足反应堆冷却剂额定降温速率的要求。

3.2.2 流量控制阀

启停给水泵出口管道上分别设有一只流量控制阀，配合与之串联的电动节流阀，在蒸汽发生器零背压工况下能承受系统高压降，并能正常调节给水流量。

流量控制阀流量调节范围为0～5%主给水额定流量，采用气动操作机构，在主控室可手动操作。

3.2.3 管道

启停给水泵的相关管道全部为碳钢。泵入口管道的压力等级为1MPa，泵出口为10MPa。

启停给水泵入口管道与出口止回阀前管道设计温度为150℃，其它部分管道设计温度同主给水系统，即250℃。

3.3 材料选择

启停给水系统所有管道及管件的材料均为碳钢（20G），泵入口、出口管道采用法兰连接。

本系统各部件（管道、阀门及管件）都设有保温层。

4、结语

启停给水系统是核电站的一个非安全性辅助系统。增设该系统后，减轻了核电站安全设施辅助给水系统所负担的核电站正常运行时的工作，增强了其安全性能，是秦山核电站设计的一项优化改进措施。

参考文献

[1]CP300核电厂仪表和控制系统/设备及运行.北京：原子能出版社，2010.

[2]CP300核电厂一回路系统/设备及运行.北京：原子能出版社，2010.

[3]热工自动化.北京：中国电力出版社，2010.