崔懷明，蔡志云

中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

研究背景

“華龍一號(hào)”(HPR1000)是我國采用國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)并具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代大型商用壓水堆核電機(jī)型，創(chuàng)新提出了"177堆芯"、“能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合”、“雙層安全殼”的設(shè)計(jì)理念，具備全面的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施，充分汲取了福島核事故后的經(jīng)驗(yàn)反饋，其反應(yīng)堆堆芯損傷頻率CDF<10-6/堆·年，LRF<10-7/堆·年。

“華龍一號(hào)”核電機(jī)組的運(yùn)行模式為MODE G，即采用堆跟機(jī)的方式。機(jī)組在正常運(yùn)行期間，為了保障電廠安全運(yùn)行，設(shè)定了專門的運(yùn)行圖。電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書要求必須嚴(yán)格遵守機(jī)組運(yùn)行圖的P-T限值要求，任何偏離都將被視為0級(jí)運(yùn)行事件。然而，運(yùn)行圖在正常余熱排出(RHR)系統(tǒng)投入的雙相中間停堆和單相中間停堆工況下非常狹窄，壓力控制難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，根據(jù)目前國內(nèi)核電機(jī)組經(jīng)驗(yàn)反饋，采用類似運(yùn)行圖的M310機(jī)組曾出現(xiàn)過幾起超出此運(yùn)行區(qū)域的事件。同時(shí)，整個(gè)“華龍一號(hào)”機(jī)組運(yùn)行圖的整體可運(yùn)行區(qū)域尚具備優(yōu)化拓寬的空間。

為了獲得更優(yōu)的運(yùn)行圖，在確保電廠安全運(yùn)行的前提下，本文從提高RHR系統(tǒng)接入壓力、降低反應(yīng)堆冷卻劑泵(簡稱：主泵)的啟泵壓力下限、擴(kuò)大波動(dòng)管允許的最大溫差、降低反應(yīng)堆冷卻劑的過冷度限值等方面入手，開展優(yōu)化分析和研究。

文章亮點(diǎn)

1、開展了正常余熱排出系統(tǒng)接入壓力的優(yōu)化分析，確立了三大約束條件：

式中，P為RHR系統(tǒng)接入的最大壓力，MPa;Pset為低溫超壓保護(hù)安全閥的整定壓力，MPa;PP-T為某個(gè)溫度下對應(yīng)的反應(yīng)堆壓力容器的壓力-溫度(P-T)限值;P0為RHR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力;△Ppump為RHR泵的關(guān)閉揚(yáng)程，MPa;△PH為RHR系統(tǒng)進(jìn)出口位差產(chǎn)生的靜壓力，MPa。

2、開展了降低主泵的啟泵壓力下限的可行性分析，基于“華龍一號(hào)”的主泵設(shè)計(jì)特性，確定了兩條基本原則：

a)反應(yīng)堆冷卻劑(RCS)系統(tǒng)應(yīng)形成一定的壓力，以建立足夠的軸封前后壓差，形成液膜，從而防止主泵啟動(dòng)時(shí)軸封損壞;

b) 最低啟泵壓力應(yīng)防止主泵汽蝕。

3、開展了波動(dòng)管溫差擴(kuò)大至180℃的可行性分析，建立了“華龍一號(hào)”波動(dòng)管的CFD模型，分析了各種工況下的熱分層問題。通過小流量大溫差工況的CFD分析，得到該極端工況下的最大溫差為24.3℃，小于工程設(shè)計(jì)的臨界值，表明波動(dòng)管溫差擴(kuò)大至180℃后，波動(dòng)管長期運(yùn)行是可行的。

4、開展了降低反應(yīng)堆冷卻劑過冷度限值要求的分析。根據(jù)典型“華龍一號(hào)”主泵的必須最小凈正吸入壓頭(NPSHr)，計(jì)算了在工況6和工況7下主泵安全運(yùn)行所必須的反應(yīng)堆冷卻劑最小過冷度要求。同時(shí)，結(jié)合設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故安全分析結(jié)果，在考慮一定安全裕量后，壓力-溫度限值曲線的過冷度下限值從50℃改為30℃，既滿足主泵防汽蝕安全運(yùn)行的需求，也滿足MDNBR的安全限值要求，不影響安全運(yùn)行。

5、提出了優(yōu)化后的運(yùn)行圖，該運(yùn)行圖具有如下特點(diǎn)：

a) 解決了工況4和工況5區(qū)域較窄問題，區(qū)域面積縱向拓寬了167%，從而大大降低了超出運(yùn)行圖的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于運(yùn)行面積拓寬，因此，允許適當(dāng)提高升降壓速率，從而縮短啟停堆時(shí)間，提升機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性;

b)工況6和工況7的面積整體增加了~150%，允許更早建立汽腔，縮短了水實(shí)體運(yùn)行時(shí)間，降低了壓力控制難度，也避免了壓力波動(dòng)過大的風(fēng)險(xiǎn);

c) 允許模式切換時(shí)，提高升降壓速率，從而縮短啟、停堆時(shí)間，提高了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;

d) 可運(yùn)行范圍更寬，運(yùn)行更加靈活，可靠性更高。

圖1 HPR1000核電機(jī)組優(yōu)化后的運(yùn)行圖