CPR1000機組臨停期間通過APG冷卻一回路分析

高志勇++胡鶴飛

摘 要：文章應用傳熱學基本原理對CPR1000機組臨停期間一二回路傳熱進行了分析，從理論上對APG冷卻一回路的運行方式進行了模型建立及理論計算，證明了該種運行方式的可行性。由于定量計算選用的是CPR1000機組的通用參數，因此具備推廣應用的可行性，為后續同類機組臨停期間保持該種運行方式提供了參考。

關鍵詞：CPR1000；臨停；APG；冷卻

中圖分類號：TK21 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0104-02

1 背景概述

根據電網的要求，CPR1000機組會面臨長時間停運的實際情況。NS/SG模式（蒸汽發生器冷卻正常停堆模式）是一種可供選擇的模式，該模式下停運機組能夠在需要時以最短時間達到沖轉并網的條件；從技術規范角度分析，該模式相對安全，涉及的RPR試驗均可執行，不存在超期無法執行的風險。

CPR1000機組后撤至NS/SG模式：一回路在標準熱停平臺下，硼濃度高于熱停硼濃度，三臺主泵運行。常規島水側正常投運，輔機系統正常投運，主蒸汽隔離閥開啟，凝汽器真空不破壞。

為避免GCTa投運浪費水資源及防止GCTc閥門波動，一回路溫度控制可采用特殊的冷卻方式——通過APG冷卻一回路。即三臺蒸汽發生器（以下簡稱SG）由APD供水并通過ARE小閥自動控制，GCTa/GCTc保持關閉，APG正常投運，通過APG排污流量導出熱量并調節一回路的溫度。

2 臨停期間機組通過APG冷卻的傳熱分析

從能量傳遞過程的角度分析：一回路熱量通過SG傳遞到二回路，一部分將給水加熱成VVP新蒸汽，另一部分轉化為APG高溫排污水。VVP新蒸汽冷凝成疏水后排向冷凝器。APG排污水經APG002RF冷卻，大部分熱量被帶入除氧器，少部分熱量（排污水）排入冷凝器。在除氧器液位、壓力穩定的狀態下，多余的熱量通過ADG005VL排入冷凝器，最后傳遞到海水。

從能量傳遞能力的角度分析：三臺RCP主泵和PZR加熱器的總功率約10 MW，堆芯衰變熱的功率小于10 MW，因此一回路總的熱功率小于20 MW。而APG002RF設計傳熱能力為20.5 MW，APG001RF設計傳熱能力為10.8 MW。因此，不考慮散熱損失，通過APG002RF能夠將一回路的熱量導出。

3 臨停期間機組通過APG冷卻的傳熱模型

一二回路的熱量建立平衡后，忽略散熱損失，最終簡化的傳熱模型，如圖1所示。

簡圖中各項參數物理意義如下：

Q總：一回路傳遞到二回路的總功率；

q0、T0：給水流量、給水溫度；

QVVP、q2、T1：VVP新蒸汽的功率、蒸汽流量、蒸汽溫度；

QAPG、q1、T1：APG排污水的功率、排污水流量、排污水溫度（近似等于蒸汽溫度）；

T2：APG002RF冷卻水側的出水溫度；

q3：APG002RF冷卻水流量；

T3：冷器凝冷凝水溫度。

通過某核電機組NS/SG模式臨停并通過APG冷卻一回路的實踐運行，可以得知實際運行的一種穩定運行參數如下：

給水總流量：q0=59.83 t/h；

主給水溫度：T0=113.67 ℃；

APG排污流量：q1=39.38 t/h；

VVP主蒸汽溫度：T1=290.19 ℃；

VVP新蒸汽流量：q2=q0-q1=20.45 t/h；

APG冷卻水流量：q3=79.76 t/h；

APG冷卻水出水溫度：T2=131.74 ℃；

冷凝器凝結水溫度：T3=29.45 ℃；

凝結水泵出口壓力：2.6 MPa.g；

主給水壓力：9.3 MPa.g；

主蒸汽壓力：7.2 MPa.g。

通過查詢，得到以下數據：

壓力：9.3 MPa.g；溫度113.67 ℃給水焓值：h1=483.57 kJ/kg；

壓力：7.2 MPa.g的飽和蒸汽焓值：h2=2 768.6 kJ/kg；

壓力：7.2 MPa.g的飽和水焓值：h3=1 282.7 kJ/kg；

壓力：2.6 MPa.g的定壓比熱容：Cp=4.2 kJ/（kg*℃）。

根據上述數據計算可得：

一回路傳遞到二回路的總功率：Q總=QVVP+QAPG=q2（h2-h1）+ q1（h3-h1）=21.72 MW；

通過APG排污水帶走的功率：QAPG=q1（h3-h1）=8.74 MW；

通過APG002RF傳遞的功率：QAPG=q3Cp（T2-T3）=9.52 MW。

通過排污水焓值計算的QAPG與通過APG002RF計算的QAPG有一定的偏差，這是由于模型簡化造成的偏差、各儀表測量的誤差等共同引起的。

考慮更一般的運行工況，分別對VVP新蒸汽流量在10 t/h、15 t/h、20 t/h三種工況及APG流量在10 t/h、20 t/h、30 t/h、40 t/h、 50 t/h、60 t/h、70 t/h七種工況進行計算，得出以下的計算值：

不考慮APG排污時，不同流量的新蒸汽導出的一回路功率（QVVP=q2（h2-h1）），見表1。

不考慮新蒸汽時，不同流量的APG排污水導出的一回路功率（QAPG=q1（h3-h1）），見表2。

根據上述結果，得到不同新蒸汽流量、不同排污流量組合下可導出的對應一回路熱功率，見表3。

根據表3結果可知：CPR1000機組穩定在NS/SG模式下，機組可通過VVP與APG導熱的方式導出一回路的熱功率。新蒸汽流量約在15～20 t/h（儀表無法測出準確流量），將APG排污水調至最大流量，能夠導出的一回路熱量約為25 MW。

需要說明的是：在不同的運行工況下，SG內部的飽和壓力與飽和溫度會有輕微的變化，并且排污水的溫度略低于飽和溫度，所以表3結果只是對傳熱功率的概算。

4 結論及建議

根據前面的分析可以得出結論：通過調節APG排污流量改變SG的給水流量，進而可以調節一回路的溫度，因此NS/SG模式下CPR1000機組通過APG冷卻一回路的冷卻方式具有可行性。由于定量計算選用的是CPR1000機組的通用參數，因此具備推廣應用的可行性，為后續同類機組臨停期間保持該種運行方式提供了參考。

盡管通過APG冷卻一回路的冷卻方式具有可行性，但是此運行方式仍有三點需要加強關注：

①此種運行方式下二回路的熱量主要是通過液相熱傳遞實現的，在SG中沸騰汽化傳熱的比例減小很多，因此二回路整體熱平衡相對比較脆弱，需要加強對二回路水側重要參數的監視及調整。

②此種運行方式下一回路熱量均需要通過VVP新蒸汽及APG002RF進行傳遞，因此一回路熱功率降到約25 MW以下是投運此種運行方式的前提條件。

③此種運行方式下SG水位通過ARE小閥自動控制，但水位控制的前饋環節已切除，自動控制僅通過水位閉環控制來實現，響應時間較長，在水汽回路引入干擾時可能導致SG水位大幅波動。

參考文獻：

[1] 沈維道，童均耕.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2006.