核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的製作方法與工藝

2023-05-08 11:10:41 1

本發明涉及核電廠設備冷卻水系統公共用戶的冷卻，更具體地說，本發明涉及一種可靠性較高的核電廠設備冷卻水系統公共用戶分列冷卻架構。

背景技術：
設備冷卻水系統(Componentcoolingwatersystem，RRI系統)為核電廠核島各種熱交換器(包括電機)提供冷卻，並將熱量經由SEC系統(Essentialservicewatersystem，重要廠用水系統)傳遞至最終熱阱大海。RRI系統在核島各熱交換器和海水之間形成屏障，以防止放射性流體不可控制地釋放到海水中，避免各個核島熱交換器由於使用海水冷卻而產生腐蝕汙垢等問題。RRI系統通常由多個相同配置的獨立系列組成，每個系列除為該系列單獨配置的安全級換熱器(如安全殼噴淋系統EAS換熱器、安全級冷凍水系統DEL)提供冷卻外，還需要為本機組的公共用戶提供冷卻。這些公共用戶不屬於核電廠專設的安全系統，但也是核電廠正常運行所必須的系統；這些系統一旦得不到RRI系統冷卻，核電廠即無法正常運行，需要通過降功率的措施保證反應堆安全。目前，RRI系統對公共用戶的冷卻多採用公共母管的形式，即RRI系統的兩個或多個系列分別通過雙重系列間隔離閥與公共用戶供水母管相連：當一個RRI系列在為公共用戶供水時，另外一個RRI系列(或多個系列)則與公共用戶供水母管隔離；當不同系列切換運行時，需要通過開啟/關閉對應系列的系列間隔離閥來切換供水系列。顯然，上述RRI系統對公共用戶的冷卻過分依賴RRI系統公用環路的可靠性，一旦公共環路母管段發生洩漏或者破口，將導致RRI系統的公共用戶無法得到充分冷卻，嚴重時會直接導致RRI公共用戶全部喪失。另外，RRI系統由於系列間平衡運行時間的需要，會定期對安全系列進行切換運行，而上述RRI系統進行安全系列切換時，還需要通過切換系列間隔離閥才能完成公共用戶冷卻系列的切換。這種切換方式，往往會導致RRI系統系列間短時串水，RRI系統的公共用戶在系列間隔離閥動作過程中(約30～60秒)難免存在短時冷卻水流量低的情況，這可能導致部分公共用戶短時不可用(如APG系統會因短時冷卻水流量低而引起保護動作)。而且，由於每一安全系列都是通過雙重系列間隔離閥與公共用戶供水母管相連，因此安全系列切換過程需要系列間隔離閥成組配合，四個隔離閥中的任何一個發生故障，都將導致安全系列切換失敗，進而使得公共用戶冷卻不正常，影響機組正常發電。有鑑於此，確有必要提供一種可靠性較高的核電廠設備冷卻水系統公共用戶分列冷卻架構。

技術實現要素：
本發明的目的在於：提供一種可靠性較高的核電廠設備冷卻水系統公共用戶分列冷卻架構，以解決現有技術中存在的問題。為了實現上述目的，本發明提供了一種核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構，其包括兩個相互隔離和獨立的冷卻系列和多個待冷卻的公共用戶，所述公共用戶包括至少一個冗餘冷卻用戶和至少一個交叉冷卻用戶；每一冗餘冷卻用戶設有兩套功能相同的換熱設備，兩套換熱設備各自連接至不同的冷卻系列而由兩個冷卻系列分別冷卻；每一交叉冷卻用戶僅設有一套換熱設備，但交叉冷卻用戶的換熱設備通過不同的管線與兩個冷卻系列分別連接，選擇性地由第一冷卻系列或第二冷卻系列進行冷卻。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述兩個冷卻系列分別為第一冷卻系列和第二冷卻系列，第一冷卻系列和第二冷卻系列都是常開冷卻系列，在核電廠正常運行工況下，兩個冷卻系列同時開啟；每一個冷卻系列都通過各自設置的公用用戶母管與該冷卻系列的所有公共用戶換熱設備連接；兩個冷卻系列的公用用戶母管彼此隔離，並分別設有公共用戶隔離閥。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述每一交叉冷卻用戶的換熱設備數量為一臺或一臺以上，其中任一換熱設備都選擇性地由第一冷卻系列或第二冷卻系列進行冷卻；同一交叉冷卻用戶的不同換熱設備由同一冷卻系列進行冷卻，或是由不同冷卻系列分別進行冷卻。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述冗餘冷卻用戶包括REA系統、DER系統、RCV系統和EVR系統。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述REA系統的換熱設備為兩臺REA泵電機，DER系統的換熱設備為兩臺DER冷卻器，RCV系統的換熱設備為兩臺RCV上充泵電機和兩臺RCV下洩熱交換器，EVR系統的換熱設備為兩臺EVR冷卻器；第一冷卻系列對一臺REA泵電機、一臺DER冷卻器、一臺RCV上充泵電機、一臺RCV下洩熱交換器和一臺EVR冷卻器進行冷卻，第二冷卻系列對另一臺REA泵電機、另一臺DER冷卻器、另一臺RCV上充泵電機、另一臺RCV下洩熱交換器和另一臺EVR冷卻器進行冷卻。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述交叉冷卻用戶包括REN系統二迴路和RCP系統。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述REN系統二迴路的換熱設備為REN二迴路取樣冷卻器，REN二迴路取樣冷卻器通過第一交叉供水管線與第一冷卻系列連接的同時，還通過第二交叉供水管線與第二冷卻系列連接；第一交叉供水管線上設有第一交叉供水隔離閥，第二交叉供水管線上設有第二交叉供水隔離閥，第一第二交叉供水隔離閥的開閉狀態可改變但保持彼此相反，使得REN二迴路取樣冷卻器由且僅由兩個冷卻系列中的一個進行冷卻。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述RCP系統的換熱設備為三臺RCP主泵電機及熱屏，其中，一臺RCP主泵電機及熱屏通過第三交叉供水管線連接至第一冷卻系列，另外兩臺RCP主泵電機及熱屏連接則通過第四交叉供水管線連接至第二冷卻系列，第三交叉供水管線和第四交叉供水管線通過第五交叉供水管線連通；第三交叉供水管線上設有第三交叉供水隔離閥，第四交叉供水管線上設有第四交叉供水隔離閥，第五交叉供水管線上設有第五交叉供水隔離閥，第五交叉供水管線與第三第四交叉供水管線的連接點位於第三第四交叉供水隔離閥與相應的RCP主泵電機及熱屏之間；所述第三第四交叉供水隔離閥為常開閥，僅在相應冷卻系列發生故障時關閉；所述第五交叉供水隔離閥為常閉閥，僅在任一冷卻系列發生故障時開啟。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述公共用戶還包括至少一個單獨冷卻用戶，每一單獨冷卻用戶設有一臺或一臺以上換熱設備，單獨冷卻用戶的任一換熱設備都僅與兩個冷卻系列中的一個連接而由該冷卻系列單獨進行冷卻；同一單獨冷卻用戶的不同換熱設備由同一冷卻系列進行冷卻，或是由不同冷卻系列分別進行冷卻。作為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的一種改進，所述單獨冷卻用戶包括RPE系統、REN系統一迴路、APG系統和TEP系統，其中，RPE系統的換熱設備為RPE冷卻器，REN系統一迴路的換熱設備為三臺REN一迴路取樣冷卻器，APG系統的換熱設備為APG換熱器，TEP系統的換熱設備為TEP熱交換器；第二冷卻系列對RPE冷卻器和一臺REN一迴路取樣冷卻器進行冷卻，第一冷卻系列對APG換熱器、TEP熱交換器及另外兩臺REN一迴路取樣冷卻器進行冷卻。與現有技術相比，本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構利用第一第二兩個相互隔離和獨立的冷卻系列彼此配合，對公共用戶進行不同方式的冷卻，不僅避免了對現有RRI系統公用環路的過分依賴，而且取消了系列間公共用戶隔離閥，大大降低了RRI系統的失效概率；同時，還確保了第一或第二冷卻系列故障時，重要安全級別較高的冗餘冷卻用戶和交叉冷卻用戶能夠得到持續充分的冷卻，間接提高了機組的可用率。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式，對本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構及其有益效果進行詳細說明。圖1為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的第一冷卻系列及其用戶的結構示意圖。圖2為本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構的第二冷卻系列及其用戶的結構示意圖。圖3為本發明的REN二迴路取樣冷卻器的交叉冷卻結構示意圖。圖4為本發明的RCP主泵電機及熱屏的交叉冷卻結構示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及其有益技術效果更加清晰，以下結合附圖和具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本發明，並非為了限定本發明。本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構包括第一冷卻系列、第二冷卻系列和多個待冷卻公共用戶。第一冷卻系列和第二冷卻系列都是RRI系統的常開冷卻系列，RRI系統還包括一個備用的第三冷卻系列。RRI系統的三個冷卻系列分別由相互獨立的SEC系統為其提供冷卻，其中，第一冷卻系列和第二冷卻系列的用戶分別包括專用用戶和公用用戶，第三冷卻系列的用戶則僅包括專用用戶。在核電廠正常運行工況下，第一、第二冷卻系列同時開啟，共同為專用用戶和公用用戶提供冷卻而保證機組的正常運行；第三冷卻系列僅在特殊事故工況下，如第一或第二冷卻系列發生故障、機組停堆等，根據具體需要開啟來為專用用戶提供冷卻，從而與未發生故障的第一第二冷卻系列配合，共同保證機組的安全。請參閱圖1，第一冷卻系列包括兩臺設冷水泵10、兩臺RRI/SEC換熱器12、一臺波動箱14以及連接上述設備的管線和閥門。兩臺設冷水泵10並聯，每臺設冷水泵10所在的支線上設置一臺RRI/SEC換熱器12，設冷水泵10與RRI/SEC換熱器12的RRI側連接而為其供水；兩臺設冷水泵10的出口處連接有一條帶隔離閥的小流量管線100。每臺設冷水泵10和每臺RRI/SEC換熱器12均具有100％的容量，因此任一臺設冷水泵10和任一臺RRI/SEC換熱器12配合使用即可滿足第一冷卻系列的熱量導出需求。兩臺設冷水泵10均為由10kV應急配電盤供電的電動泵。每臺RRI/SEC換熱器12的RRI側均設置有用於RRI溫度調節的旁通管線120，旁通管線120上安裝有電動調節閥122。波動箱14布置在兩臺設冷水泵10共用的吸入管線102上。第一冷卻系列的用戶包括專用用戶16和公用用戶18，兩種用戶為並聯結構。這些用戶的換熱設備都設置在兩臺RRI/SEC換熱器12共用的出水管線124與設冷水泵10的吸入管線102之間。專用用戶16的換熱設備包括RISRHR換熱器160、RIS高壓/低壓安注泵電機162、EHR換熱器164(包括EHR電機及熱交換器)、PTR換熱器166(包括PTR乏燃料水池熱交換器及泵電機冷卻器)和RRI泵電機168。上述專用用戶16的換熱設備160-168彼此並聯後，通過兩端的第一冷卻系列專用用戶母管169與RRI/SEC換熱器出水管線124及設冷水泵吸入管線102連接而形成第一冷卻系列專用用戶冷卻迴路。公用用戶18的換熱設備也包括多個，這些換熱設備彼此並聯後，通過兩端的公用用戶母管180與RRI/SEC換熱器出水管線124及設冷水泵吸入管線102連接而形成第一冷卻系列公共用戶冷卻迴路；兩條公共用戶母管180上都設有公共用戶隔離閥182，公共用戶隔離閥182用於實現第一冷卻系列公用用戶冷卻迴路的打開和關閉。請參閱圖2，第二冷卻系列包括兩臺設冷水泵30、兩臺RRI/SEC換熱器32、一臺波動箱34以及連接上述設備的管線和閥門。由於第二冷卻系列與第一冷卻系列的整體結構相同，因此不再對其設備及管線的具體布置進行贅述。第二冷卻系列的用戶包括專用用戶36和公用用戶38，兩種用戶為並聯結構。其中，專用用戶36的換熱設備及管線連接也與第一冷卻系列相同，不再贅述。公用用戶38的換熱設備也包括多個，這些換熱設備彼此並聯後，通過兩端的公用用戶母管380與RRI/SEC換熱器出水管線324及設冷水泵吸入管線302連接而形成第二冷卻系列公共用戶冷卻迴路；兩條公共用戶母管380上都設有公共用戶隔離閥382，公共用戶隔離閥382用於實現第二冷卻系列公用用戶冷卻迴路的打開和關閉。為了改善現有技術中存在的缺陷，本發明將待冷卻公共用戶按照重要安全級別分為冗餘冷卻用戶、交叉冷卻用戶和單獨冷卻用戶三類。其中，冗餘冷卻用戶的重要安全級別最高，在任何情況都需要保證充分冷卻，因此每一冗餘冷卻用戶設有兩套功能相同的換熱設備，兩套換熱設備各自連接至第一第二冷卻系列而由兩個冷卻系列分別冷卻；交叉冷卻用戶為F1B級(重要安全級)用戶，在事故情況下需要保證可用，因此每一交叉冷卻用戶雖然僅設有一套換熱設備，但其換熱設備卻通過不同的管線與第一第二冷卻系列分別連接，能夠選擇性地由第一冷卻系列或第二冷卻系列進行冷卻；單獨冷卻用戶為F2級(次要安全級)或非安全級用戶，其僅需在正常運行期間使用，事故情況下可隔離，因此，每一單獨冷卻用戶也僅設有一套換熱設備，而且該套換熱設備僅與第一第二冷卻系列中的一個連接而由該冷卻系列單獨進行冷卻。當然，需要說明的是，任一交叉冷卻用戶的一套換熱設備所包括的換熱設備數量都可能為一臺或一臺以上，這些換熱設備中的任一臺都選擇性地由第一冷卻系列或第二冷卻系列進行冷卻；但是，同一交叉冷卻用戶的不同換熱設備可以由同一冷卻系列進行冷卻，也可以由不同冷卻系列分別進行冷卻。同理，任一單獨冷卻用戶的一套換熱設備所包括的換熱設備數量都可能為一臺或一臺以上，這些換熱設備中的任一臺都僅與第一第二冷卻系列中的一個連接而由該冷卻系列單獨進行冷卻；但是，同一單獨冷卻用戶的不同換熱設備可以由同一冷卻系列進行冷卻，也可以由不同冷卻系列分別進行冷卻。請同時參閱圖1和圖2，本發明的冗餘冷卻用戶包括REA系統(Reactorboronandwatermakeupsystem，反應堆硼和水補給系統)、DER系統(Operationalchilledwatersystem，運行冷凍水系統)、RCV(Chemicalandvolumecontrolsystem，化學容積與控制系統系統)和EVR系統(Containmentcoolingventilationsystem，安全殼通風冷卻系統)。具體地，REA系統的換熱設備為兩臺REA泵電機400、402，DER系統的換熱設備為兩臺DER冷卻器420、422，RCV系統的換熱設備為兩臺RCV上充泵電機440、442和兩臺RCV下洩熱交換器444、446，EVR系統的換熱設備為兩臺EVR冷卻器460、462。其中，REA泵電機400、DER冷卻器420、RCV上充泵電機440、RCV下洩熱交換器444和EVR冷卻器460分別連接至第一冷卻系列的公用用戶母管180，由第一冷卻系列進行冷卻；REA泵電機402、DER冷卻器422、RCV上充泵電機442、RCV下洩熱交換器446和EVR冷卻器462則分別連接至第二冷卻系列的公用用戶母管380，由第二冷卻系列進行冷卻。EVR冷卻器460、462和RCV下洩熱交換器444、446的兩端都分別設有反應堆廠房安全隔離閥480，DER冷卻器420、422和REA泵電機400、402的兩端則設有非安全級用戶隔離閥482。本發明的交叉冷卻用戶包括REN系統(Nuclearsamplingsystem，核取樣系統)二迴路和RCP系統(Reactorcoolantsystem，反應堆冷卻劑系統)。請參閱圖1至圖3，REN系統二迴路的換熱設備為REN二迴路取樣冷卻器500。REN二迴路取樣冷卻器500通過第一交叉供水管線502與第一冷卻系列的公用用戶母管180連接，通過第二交叉供水管線504與第二冷卻系列的公用用戶母管380連接。第一交叉供水管線502上設有第一交叉供水隔離閥506，第二交叉供水管線504上設有第二交叉供水隔離閥508。第一第二交叉供水隔離閥506、508的開閉狀態都可以改變但需要保持彼此相反，從而使得REN二迴路取樣冷卻器500由且僅由第一第二冷卻系列中的一個進行冷卻。例如，在核電廠正常運行工況下，第一交叉供水隔離閥506開啟，第二交叉供水隔離閥508關閉，此時，REN二迴路取樣冷卻器500僅由第一冷卻系列供水冷卻；當第一冷卻系列故障時，關閉第一交叉供水隔離閥506，並打開第二交叉供水隔離閥508，使REN二迴路取樣冷卻器500僅由第二冷卻系列供水冷卻。可見，本發明通過第一第二交叉供水管線502、504和第一第二交叉供水隔離閥506、508的設計，保證了交叉冷卻用戶REN系統二迴路的REN二迴路取樣冷卻器500在任一冷卻系列故障時都可用。請參閱圖1、圖2和圖4，RCP系統的換熱設備為三臺RCP主泵電機及熱屏520、522，其中，一臺RCP主泵電機及熱屏520通過第三交叉供水管線540連接至第一冷卻系列的公用用戶母管180，另外兩臺RCP主泵電機及熱屏522通過第四交叉供水管線542連接至第二冷卻系列的公用用戶母管380。第三交叉供水管線540和第四交叉供水管線542通過第五交叉供水管線544連通；第三交叉供水管線540上還設有第三交叉供水隔離閥546，第四交叉供水管線542上還設有第四交叉供水隔離閥548，第五交叉供水管線544上則設有第五交叉供水隔離閥550，第五交叉供水管線544與第三第四交叉供水管線540、542的連接點位於第三第四交叉供水隔離閥546、548與相應的RCP主泵電機及熱屏520、522之間。在核電廠正常運行工況下，第三第四交叉供水隔離閥546、548打開，第五交叉供水隔離閥550關閉，使得RCP主泵電機及熱屏520、522分別由第一第二冷卻系列各自供水冷卻；當第一冷卻系列故障時，關閉第三交叉供水隔離閥546，並打開第五交叉供水隔離閥550，使RCP主泵電機及熱屏520、522全部由第二冷卻系列供水冷卻；同理，當第二冷卻系列故障時，關閉第四交叉供水隔離閥548，並打開第五交叉供水隔離閥550，使RCP主泵電機及熱屏520、522全部由第一冷卻系列供水冷卻。可見，本發明通過第五交叉供水管線544和第五交叉供水隔離閥550的設計，保證了交叉冷卻用戶RCP系統的三臺RCP主泵電機及熱屏520、522在任一冷卻系列故障時都可用。本發明的單獨冷卻用戶包括RPE系統(NuclearIslandVentandDrainsystem，核島排氣和疏水系統)、REN系統一迴路、APG系統(Steamgeneratorblowdownsystem，蒸汽發生器排汙系統)和TEP系統(Coolantpurificationdegasification,storageandtreatmentsystem，冷卻劑貯存和處理系統)。具體地，RPE系統的換熱設備為一臺RPE冷卻器60，REN系統一迴路的換熱設備為三臺REN一迴路取樣冷卻器620、622，APG系統的換熱設備為一臺APG換熱器64，TEP系統的換熱設備為一套TEP熱交換器66(包括蒸發器、除氣塔、真空除氣塔)。其中，RPE冷卻器60和一臺REN一迴路取樣冷卻器622分別連接至第二冷卻系列的公用用戶母管380，由第二冷卻系列進行冷卻；APG換熱器64、TEP熱交換器66及另外兩臺REN一迴路取樣冷卻器620則分別連接至第一冷卻系列的公用用戶母管180，由第一冷卻系列進行冷卻。通過以上描述可知，本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構將待冷卻公共用戶按照重要安全級別分為冗餘冷卻用戶、交叉冷卻用戶和單獨冷卻用戶三類，並利用第一第二兩個相互隔離和獨立的冷卻系列彼此配合，對三類公共用戶進行不同方式的冷卻，不僅避免了對現有RRI系統公用環路的過分依賴，而且取消了系列間公共用戶隔離閥，大大降低了RRI系統的失效概率；同時，還確保了第一或第二冷卻系列故障時，重要安全級別較高的冗餘冷卻用戶和交叉冷卻用戶能夠得到持續充分的冷卻，間接提高了機組的可用率。可見，與現有技術相比，本發明核電廠設備冷卻水系統用戶的分列冷卻架構至少具有以下優點：1)公共用戶由相互隔離和獨立的第一第二冷卻系列分別進行冷卻，從而避免了對現有RRI系統公用環路的過分依賴；2)取消了系列間公共用戶隔離閥，也就避免了閥門動作過程中公共用戶短時冷卻不足的問題，同時減少了切換控制，降低了失效風險點；3)將重要安全級別最高的公共用戶進行冗餘設計，使得每一冗餘冷卻用戶都有兩套功能相同的換熱設備，兩套換熱設備各自連接至不同的冷卻系列進行冷卻，因此任何一個冷卻系列可用，均可保證冗餘冷卻用戶可用，這不僅提高了冷卻水的可靠性，也間接提高了機組的可用率；4)對重要的公共用戶進行交叉供水設計，通過第一第二系列的交叉供水，滿足交叉冷卻用戶在事故情況下的冷卻需求。根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。