DEG系統(tǒng)和HC VWS 系統(tǒng)的差異性分析

劉倩平　汪　鵬　劉占盛　張鳳閣

(中國核電工程有限公司，北京　100840)

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DEG系統(tǒng)和HC VWS 系統(tǒng)的差異性分析

劉倩平汪鵬劉占盛張鳳閣

(中國核電工程有限公司，北京100840)

摘要:介紹了“M310二代加”DEG系統(tǒng)和“AP1000堆型”HC VWS系統(tǒng)的組成要素，從冷水機(jī)組配置、冷凍水供回水溫差、末端負(fù)荷調(diào)節(jié)方式、冷凍水系統(tǒng)服務(wù)范圍等方面，論述了兩者的差異性，在總結(jié)及借鑒二者的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成了華龍一號(ACP1000)的核島冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

關(guān)鍵詞:DEG系統(tǒng)，HC VWS系統(tǒng)，冷凍水，核電技術(shù)

0　引言

在全世界范圍內(nèi)，核電廠已歷經(jīng)了60余年的發(fā)展，從20世紀(jì)50年代的第一代核電技術(shù)，到20世紀(jì)70年代的第二代核電技術(shù)，再到20世紀(jì)末的第三代核電技術(shù)，無不體現(xiàn)著核電技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

我國在20世紀(jì)80年代引進(jìn)了國際上第二代壓水堆的核電技術(shù)，其典型代表就是法國M310堆型的壓水堆核電廠。我國核電廠成規(guī)模的開展，有賴于第二代核電技術(shù)的引進(jìn)和消化吸收，并結(jié)合廠址和新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。對于“M310二代加”的核電技術(shù)，我國積累了豐富的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著國際上核電技術(shù)的發(fā)展，我國在21世紀(jì)初，又引進(jìn)了國際上第三代的核電技術(shù)，其典型代表為美國AP1000堆型的壓水堆核電廠。

1　冷凍水系統(tǒng)介紹

在“M310二代加”堆型中所設(shè)置的核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)主要為以下通風(fēng)和工藝系統(tǒng)提供冷凍水:安全殼連續(xù)通風(fēng)系統(tǒng)(EVR)、反應(yīng)堆堆坑通風(fēng)系統(tǒng)(EVC)、核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)(DVN)、核燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)(DVK)、輔助給水泵房通風(fēng)系統(tǒng)(DVG)和設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(RRI)。該系統(tǒng)的主要設(shè)備配置為: 3×50%的冷凍水泵、3×50%的水冷冷水機(jī)組、一個(gè)膨脹水箱和相連的閥門、管道和儀表。冷凍水供回水溫度為10℃和15℃。

在AP1000堆型中所設(shè)置的大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)是為非縱深防御供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)提供冷凍水，該類HVAC系統(tǒng)包括:放射性控制區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)(VAS)、安全殼再循環(huán)冷卻系統(tǒng)(VCS)、安全殼空氣過濾系統(tǒng)(VFS)、保健物理和熱機(jī)修車間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(VHS)、廢物廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(VRS)、汽輪機(jī)廠房通風(fēng)系統(tǒng)(VTS)、汽輪機(jī)廠房第一跨通風(fēng)系統(tǒng)(VMS)和附屬/輔助廠房非放射性通風(fēng)系統(tǒng)(VXS)。大容量冷凍水系統(tǒng)同時(shí)為液體廢物系統(tǒng)(WLS)蒸汽冷凝器和氣體廢物系統(tǒng)(WGS)氣體冷卻器提供冷凍水。大容量子系統(tǒng)由2臺(tái)水冷式冷水機(jī)組和2臺(tái)對應(yīng)的冷凍水泵，冷水機(jī)組和冷凍水泵分別由一用一備、2臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組和2臺(tái)對應(yīng)的冷凍水泵，冷水機(jī)組和冷凍水泵分別由一用一備、一個(gè)化學(xué)加藥罐、一個(gè)膨脹水箱和相連的閥門、管道和儀表組成。系統(tǒng)的冷凍水供回水溫度為4．4℃和13．3℃。

2　冷凍水系統(tǒng)的差異性分析

2．1冷水機(jī)組配置

“M310二代加”的核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)的能動(dòng)部件(冷水機(jī)組和冷凍水泵)采用3×50%的冗余設(shè)置。

AP1000大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)的能動(dòng)部件包括2臺(tái)水冷式冷水機(jī)組和對應(yīng)的冷凍水泵，冷水機(jī)組和冷凍水泵分別為一用一備;2臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組和對應(yīng)的冷凍水泵，冷水機(jī)組和冷凍水泵分別為一用一備，水冷式冷水機(jī)組和風(fēng)冷式冷水機(jī)組共用供回水母管。

核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)的水冷式冷水機(jī)組為離心式，通常，離心式冷水機(jī)組在負(fù)荷低于20%時(shí)會(huì)發(fā)生“喘振”，必須采用熱氣旁通等方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。而核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)的冷水機(jī)組采用3×50%的設(shè)置方式，使得系統(tǒng)在低負(fù)荷工況下的調(diào)節(jié)范圍更寬，有利于系統(tǒng)在低負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。

大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)采用水冷式冷機(jī)組和風(fēng)冷式冷水機(jī)組配合運(yùn)行的方式，其中:2臺(tái)水冷式冷水機(jī)組為離心式，一用一備，每臺(tái)冷水機(jī)組承擔(dān)系統(tǒng)88%的負(fù)荷;2臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組為螺桿式，一用一備，每臺(tái)冷水機(jī)組承擔(dān)系統(tǒng)12%的負(fù)荷。大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)的水冷離心式冷水機(jī)組在負(fù)荷低于20%時(shí)同樣也會(huì)發(fā)生“喘振”，所以，為使大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)在低負(fù)荷工況下穩(wěn)定運(yùn)行，在系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行工況下，水冷式冷水機(jī)組將停運(yùn)，并同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)冷式冷水機(jī)組。

核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)和大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)利用不同的能動(dòng)部件配置方式，同時(shí)達(dá)到了系統(tǒng)在低負(fù)荷工況下穩(wěn)定運(yùn)行的目的。對于核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)，3臺(tái)冷水機(jī)組的總制冷量為系統(tǒng)總負(fù)荷的1．5倍，與大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)4臺(tái)冷水機(jī)組的總制冷量是系統(tǒng)總負(fù)荷的2倍相比，核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)設(shè)備配置方式的經(jīng)濟(jì)性更好。大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)在水冷式冷水機(jī)組的基礎(chǔ)上，配合使用風(fēng)冷式冷水機(jī)組為下游通風(fēng)系統(tǒng)提供冷量，降低了系統(tǒng)對于設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的依賴性。

2．2冷凍水供回水溫差

功能三：當(dāng)整個(gè)安全防護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)并正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)室內(nèi)因失火而產(chǎn)生的有毒煙霧濃度達(dá)到一定的濃度時(shí)，家中的煙霧傳感器感應(yīng)源感應(yīng)到有毒氣體濃度過高，經(jīng)對氣體的種類和濃度進(jìn)行分析、檢測，得出相應(yīng)的結(jié)果；傳感器模塊將處理好的結(jié)果整理完成后產(chǎn)生氣體泄漏警報(bào)信號，并將相應(yīng)的信號發(fā)送給AT89C52單片機(jī)主機(jī)模塊，主機(jī)模塊搜集到煙霧傳感器發(fā)出的信號數(shù)據(jù)后，確認(rèn)為溫度過高的火災(zāi)信號后，通過控制GSM模塊，將相應(yīng)的信號以短信的形式發(fā)送到用戶手機(jī)上。

核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)的供回水溫度分別為10℃和15℃，供回水溫差為5℃。大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)的冷凍水供水溫度為4．4℃，回水溫度為13．3℃，溫差為8．9℃。從以上的溫差比較可以看出，AP1000堆型HC VWS系統(tǒng)的冷凍水供回水溫差要比M310二代加堆型DEG的供回水溫差大很多。

冷凍水的大溫差技術(shù)從20世紀(jì)90年代在國內(nèi)的空調(diào)工程中開始運(yùn)用，所謂“冷凍水大溫差”是指:冷凍水的供回水溫差不是常規(guī)的5℃，而是6℃～10℃。大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)采用的大溫差會(huì)使系統(tǒng)冷凍水流量降低，系統(tǒng)的管徑減少，并且降低水泵的軸功率，最終達(dá)到減少核電廠初投資和節(jié)能的目的。

2．3末端負(fù)荷調(diào)節(jié)方式

“M310二代加”堆型的DEG系統(tǒng)和“AP1000堆型”的HC VWS系統(tǒng)都為定流量冷凍水系統(tǒng)。

對于DEG系統(tǒng)，除DVR，DVC和RRI系統(tǒng)外，其余末端支路的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式都采用電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥，并且在末端三通旁路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，三通閥根據(jù)通風(fēng)負(fù)荷變化對流過末端盤管的冷凍水量進(jìn)行控制。

對于HC VWS系統(tǒng)，在末端支路上采用電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥的同時(shí)，在冷凍水供回水總管路上設(shè)置旁通管路，當(dāng)末端電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥的流量發(fā)生變化時(shí)，總管的旁通調(diào)節(jié)閥的開度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而起到控制末端冷凍水流量的作用，同時(shí)也維持了冷凍水泵的流量恒定。

對于DEG系統(tǒng)采用的三通調(diào)節(jié)方式，由于在流量調(diào)節(jié)過程中，三通閥的流量和阻力基本穩(wěn)定，所以每個(gè)末端所在的支路都接近于定流量，在核電廠運(yùn)行時(shí)，每個(gè)末端的流量調(diào)節(jié)都不會(huì)影響到相鄰支路的流量，系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定。但對于HC VWS采用的兩通調(diào)節(jié)閥和供回水總管上設(shè)置旁通閥的調(diào)節(jié)方式，末端支路的電動(dòng)兩通閥在進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，被調(diào)節(jié)支路相鄰支路的冷凍水流量還是會(huì)受到一定影響。所以，HC VWS系統(tǒng)末端兩通調(diào)節(jié)閥的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式相對于DEG系統(tǒng)的末端三通閥的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式對相鄰管網(wǎng)的影響較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性稍差，但是由于末端房間的溫度存在熱惰性，此調(diào)節(jié)方式對末端房間的溫度影響不會(huì)很大。

從經(jīng)濟(jì)性角度來講兩通閥相對于三通閥，價(jià)格方面有很大優(yōu)勢，所以從此角度來講，HC VWS系統(tǒng)的設(shè)置在初投資上節(jié)約了成本。

2．4冷凍水系統(tǒng)的服務(wù)范圍

核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)為核島的大部分通風(fēng)空調(diào)用戶提供冷凍水，大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)不僅給大部分的核島通風(fēng)空調(diào)用戶提供冷凍水，還為常規(guī)島的所有通風(fēng)空調(diào)用戶提供冷凍水。

大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)集中供冷的方式體現(xiàn)了AP1000工程簡化系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)理念。

2．5冷水機(jī)組的應(yīng)急加載

失去廠外電源時(shí)，在確定柴油發(fā)電機(jī)有足夠的加載余量后，核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)的2臺(tái)水冷式冷水機(jī)組將根據(jù)下游通風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)荷需求手動(dòng)加載到柴油發(fā)電機(jī)上。

對于大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)，每臺(tái)水冷式冷水機(jī)組的形式為雙機(jī)頭、雙級壓縮，且每個(gè)機(jī)頭都可以單獨(dú)運(yùn)行。失去廠外電源時(shí)，在確定柴油發(fā)電機(jī)有足夠的加載余量后，1臺(tái)水冷式冷水機(jī)組的一個(gè)機(jī)頭將手動(dòng)加載到柴油發(fā)電機(jī)上，大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)采用單機(jī)頭加載的方式降低了柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷。

2．6化學(xué)加藥方式

為保證冷凍水的化學(xué)性能符合要求，核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)是通過化學(xué)試劑注射系統(tǒng)來完成加藥操作。而大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)在系統(tǒng)中設(shè)置了化學(xué)加藥箱，當(dāng)冷凍水的化學(xué)性能不符合要求時(shí)，則需要打開與化學(xué)加藥箱相連的兩個(gè)常閉閥門，使化學(xué)加藥箱中的化學(xué)物質(zhì)隨水的循環(huán)進(jìn)入冷凍水系統(tǒng)，此設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在化學(xué)加藥過程中操作更加方便，并且降低了冷凍水系統(tǒng)對其他系統(tǒng)的依賴性。

2．7熱水接入方式

大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)為安全殼再循環(huán)冷卻系統(tǒng)(VCS)服務(wù)的供回水母管(安全殼外)接入了熱水加熱系統(tǒng)(VYS)。根據(jù)外部環(huán)境溫度變化和電廠運(yùn)行的要求，熱水加熱系統(tǒng)(VYS)可為安全殼內(nèi)的管路提供熱水，該設(shè)置無需專門為安全殼內(nèi)設(shè)置熱水管道，達(dá)到了簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的;而核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)沒有接入熱水加熱系統(tǒng)。

3　結(jié)語

從以上對核島冷凍水系統(tǒng)(DEG)和大容量中央冷凍水系統(tǒng)(HC VWS)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷水機(jī)組配置、供回水溫差、冷凍水系統(tǒng)的服務(wù)范圍等差異分析可以看出:“M310二代加”和“AP1000堆型”的冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)各有優(yōu)點(diǎn)，都能使系統(tǒng)達(dá)到安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的，進(jìn)而保證核電廠的運(yùn)行安全。我公司自主研發(fā)并設(shè)計(jì)的華龍一號(ACP1000)是以中核集團(tuán)20多年核電站設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營的成熟經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，深刻汲取日本福島核事故教訓(xùn)，充分借鑒世界三代壓水堆核電的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，滿足國內(nèi)國際最先進(jìn)的核電法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的三代核電技術(shù)，是中國唯一具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電站。我專業(yè)正是憑借“M310二代加”豐富的冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合福島核事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并且吸收美國西屋公司三代核電AP1000堆型冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，完成了華龍一號(ACP1000)的核島冷凍水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

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On difference analysis of DEG system and HC VWS system

Liu QianpingWang PengLiu ZhanshengZhang Fengge
(China Nuclear Power Engineering Co．，Ltd，Beijing 100840，China)

Abstract:The paper introduces the components for“M310 Second Generation Plus”DEG system and“AP1000 reactor type”HC VWS system，indicates their differences from the allocation of water chilling unit，return water temperature differences of chilled water，end loading adjustment，and services of water chilling system，and sums up the design experience for the advanced design ideas referring to the two aspects，so as to accomplish the design for the Hualong No．1(ACP1000)nuclear island water chilling system．

Key words:DEG system，HC VWS system，water chilling，nuclear power technique

作者簡介:劉倩平(1984-)，女，工程師

收稿日期:2015-10-28

文章編號:1009-6825(2016)01-0140-02

中圖分類號:TM623．2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A