某三代核电厂设备冷却水系统改进分析

滕浩

【摘要】本文简要介绍了某三代核电站设备冷却水系统，对系统的运行和故障模式进行分析，发现设备冷却水系统存在的不足，并提出改进方案，通过合理增加备用列和备用设备，满足系统所有设备的检修需求，提升设备冷却水系统的可利用率。

【关键词】设备冷却水系统;检修;备用;可利用率

1、某核电站设备冷却水系统简介

设备冷却水系统是为核岛相关工艺系统提供设备冷却水，在电站运行期间，以及在停堆换料期间将各设备和设施产生的热量通过厂用水系统传递到环境。系统设计为两个机械系列，每个系列包括一台设备冷却水泵和一台冷却水热交换器，在公共母管上设一个波动箱和化学添加箱。系统流程简图如下图1：

设备冷却水系统的安全相关功能是，对贯穿安全壳屏障的设备冷却水系统管线进行安全壳隔离。设备冷却水系统的纵深防御功能对防止非能动安全系统的动作有重要作用，包括：正常停堆冷却、换料工况热量导出、补水泵保护、乏燃料的冷却。

2、设备冷却水系统存在的问题

设备冷却水系统需要在电站整个寿期内连续运行，采用了简化设计，设备冷却水系统成为非安全相关系统，系统仅有1列母管和2台泵。设冷水系统丧失时用非能动堆芯冷却系统来冷却堆芯，可能会导致非能动系统进一步动作，进而对电站造成一定程度的损伤和破坏。用消防水对正常余热排除系统进行冷却，仅能持续几个小时，消防水质差将对系统产生不良影响，系统恢复困难。从电站运行经济性和投资保护角度考虑，希望非能动专设安全设施在整个寿期之内不需要动作，这就要求设备冷却水系统有非常高的可靠性。

2.1部分阀门检修困难

设备冷卻水系统部分阀门，只有在系统停运的情况下才可以对其进行检修。经统计设备冷却水系统难以隔离检修的阀门有20英寸阀门5个、12英寸阀门2个、10英寸阀门1个、8英寸阀门1个、6英寸阀门3个、4英寸阀门1个、3英寸阀门1个。

波动箱材料为碳钢，应安排一定间隔周期的检查，期间将排空，进行内部除锈、测壁厚。系统持续运行要求波动箱始终保持正常液位，使得位于波动箱到母管之间的连接管道上的阀门无法隔离，该阀门没有检修窗口。

2.2设备冷却水系统泵备用不足

设备冷却水系统在电站所有运行模式下都需要持续运行，对设冷水泵和设冷热交换器的维修工作安排在电站正常运行模式下进行。在一列泵和热交换器检修的过程中，运行泵和热交换器出现故障，设备冷却水系统丧失，导致反应堆停堆并且无法正常停堆冷却，较长时间设备冷却水系统无法恢复将导致非能动安全系统动作，可能会对电站造成一定程度的破坏。

主系统半管运行是为了对蒸发器等设备进行检修，此过程中需要2台泵和热交换器都运行，此过程中同样没有备用的设备冷却水泵，若1台泵故障，应尽快恢复故障泵保持2列运行，或退出半管运行状态。

3、改进分析

以往核电项目在“先工程，后商务”的指导思想下，建安发包方采取粗放型的管理模式，使建安合同结算工作举步维艰;三代核电项目对建安合同执行阶段管理工作的准确性和时效性都提出了更高的要求。应加强施工图预算的及时编制，做好扎实的基础数据计算与核对工作，严格过程管控，及时负责的处理商务问题，促进项目建设的顺利进行。

某三代核电站设备冷却水系统目前为2台泵、2台热交换器和1列母管;M310设备冷却水系统为4台泵、4台热交换器和2列母管。M310丧失设备冷却水将影响电站的安全性和经济性，某三代核电站丧失设备冷却水将影响电站的经济性，仅从设备冗余性角度考虑，若设备可靠性相当，则可认为某三代核电站丧失设备冷却水系统的可能性要高于M310堆型。为提高设备冷却水系统的可靠性，建议对设备冷却水系统进行修改，增加系统的冗余配置，降低电站丧失设备冷却水系统的风险。

从阀门检修角度考虑，要想满足包括母管阀门在内的系统所有阀门的检修要求，需要增加一列母管，同时也应该增加1台波动箱，这样系统内所有阀门均可以在系统不停运的情况下进行检修。

从系统可靠性角度考虑，有必要通过增加1台备用泵和热交换器，来降低设备冷却水系统丧失的风险。

改进后的系统简图如下图2：

将设备冷却水系统供水/回水母管改成两列，将2台冷冻机、4台空压机、2台正常余热排出泵和热交换器、2台乏池冷却热交换器、2台补水泵小流量热交换器对称布置，分别接入设冷水A/B列。4台主泵等安全壳内用户和主泵变频器可以由两列母管提供冷却。安全壳内用户和主泵变频器可以在换料期间对其阀门进行检修，其他用户隔离阀在电站正常运行过程中通过对设备冷却水系统停运列疏水进行集中检修，这样不会影响设备冷却水系统正常运行。

增设第3台泵，作为运行泵的优先备用，若第3台泵无法启动，则启动备用列。设备冷却水系统切换运行序列后，切换第3台泵和热交换器的在线状态，以保证系统有足够的冗余和备用。可以保证在电站启动、停堆冷却、半管运行和换料过程中设备冷却水系统能够有一台备用泵，可以在一定程度上降低设备冷却水系统丧失的概率，保证电站的经济性。

结语：

为减小非能动安全设备的动作概率，应该尽量提升具有纵深防御功能系统和设备的可靠性。设备冷却水系统的备用不足，部分阀门检修困难，影响核电站的稳定可靠运行。增加备用序列和设备可以降低核电站丧失设备冷却水系统的概率，更好的承担设备冷却水系统的纵深防御功能，避免专设安全设施的不必要动作，保障核电站运行的经济性，因此建议后续项目对设备冷却水系统进行必要的改进。