DEG系统和HC VWS 系统的差异性分析

刘倩平　汪　鹏　刘占盛　张凤阁

(中国核电工程有限公司，北京　100840)



DEG系统和HC VWS 系统的差异性分析

刘倩平汪鹏刘占盛张凤阁

(中国核电工程有限公司，北京100840)

摘要:介绍了“M310二代加”DEG系统和“AP1000堆型”HC VWS系统的组成要素，从冷水机组配置、冷冻水供回水温差、末端负荷调节方式、冷冻水系统服务范围等方面，论述了两者的差异性，在总结及借鉴二者的先进设计理念和设计经验的基础上，完成了华龙一号(ACP1000)的核岛冷冻水系统设计工作。

关键词:DEG系统，HC VWS系统，冷冻水，核电技术

0　引言

在全世界范围内，核电厂已历经了60余年的发展，从20世纪50年代的第一代核电技术，到20世纪70年代的第二代核电技术，再到20世纪末的第三代核电技术，无不体现着核电技术的发展与进步。

我国在20世纪80年代引进了国际上第二代压水堆的核电技术，其典型代表就是法国M310堆型的压水堆核电厂。我国核电厂成规模的开展，有赖于第二代核电技术的引进和消化吸收，并结合厂址和新的标准规范进行优化与改进。对于“M310二代加”的核电技术，我国积累了丰富的设计、建造和运行经验。随着国际上核电技术的发展，我国在21世纪初，又引进了国际上第三代的核电技术，其典型代表为美国AP1000堆型的压水堆核电厂。

1　冷冻水系统介绍

在“M310二代加”堆型中所设置的核岛冷冻水系统(DEG)主要为以下通风和工艺系统提供冷冻水:安全壳连续通风系统(EVR)、反应堆堆坑通风系统(EVC)、核辅助厂房通风系统(DVN)、核燃料厂房通风系统(DVK)、辅助给水泵房通风系统(DVG)和设备冷却水系统(RRI)。该系统的主要设备配置为: 3×50%的冷冻水泵、3×50%的水冷冷水机组、一个膨胀水箱和相连的阀门、管道和仪表。冷冻水供回水温度为10℃和15℃。

在AP1000堆型中所设置的大容量中央冷冻水系统(HC VWS)是为非纵深防御供热、通风和空调系统(HVAC)提供冷冻水，该类HVAC系统包括:放射性控制区通风系统(VAS)、安全壳再循环冷却系统(VCS)、安全壳空气过滤系统(VFS)、保健物理和热机修车间通风空调系统(VHS)、废物厂房通风空调系统(VRS)、汽轮机厂房通风系统(VTS)、汽轮机厂房第一跨通风系统(VMS)和附属/辅助厂房非放射性通风系统(VXS)。大容量冷冻水系统同时为液体废物系统(WLS)蒸汽冷凝器和气体废物系统(WGS)气体冷却器提供冷冻水。大容量子系统由2台水冷式冷水机组和2台对应的冷冻水泵，冷水机组和冷冻水泵分别由一用一备、2台风冷式冷水机组和2台对应的冷冻水泵，冷水机组和冷冻水泵分别由一用一备、一个化学加药罐、一个膨胀水箱和相连的阀门、管道和仪表组成。系统的冷冻水供回水温度为4．4℃和13．3℃。

2　冷冻水系统的差异性分析

2．1冷水机组配置

“M310二代加”的核岛冷冻水系统(DEG)的能动部件(冷水机组和冷冻水泵)采用3×50%的冗余设置。

AP1000大容量中央冷冻水系统(HC VWS)的能动部件包括2台水冷式冷水机组和对应的冷冻水泵，冷水机组和冷冻水泵分别为一用一备;2台风冷式冷水机组和对应的冷冻水泵，冷水机组和冷冻水泵分别为一用一备，水冷式冷水机组和风冷式冷水机组共用供回水母管。

核岛冷冻水系统(DEG)的水冷式冷水机组为离心式，通常，离心式冷水机组在负荷低于20%时会发生“喘振”，必须采用热气旁通等方法进行调节。而核岛冷冻水系统(DEG)的冷水机组采用3×50%的设置方式，使得系统在低负荷工况下的调节范围更宽，有利于系统在低负荷工况下的稳定运行。

大容量中央冷冻水系统(HC VWS)采用水冷式冷机组和风冷式冷水机组配合运行的方式，其中:2台水冷式冷水机组为离心式，一用一备，每台冷水机组承担系统88%的负荷;2台风冷式冷水机组为螺杆式，一用一备，每台冷水机组承担系统12%的负荷。大容量中央冷冻水系统(HC VWS)的水冷离心式冷水机组在负荷低于20%时同样也会发生“喘振”，所以，为使大容量中央冷冻水系统(HC VWS)在低负荷工况下稳定运行，在系统低负荷运行工况下，水冷式冷水机组将停运，并同时启动风冷式冷水机组。

核岛冷冻水系统(DEG)和大容量中央冷冻水系统(HC VWS)利用不同的能动部件配置方式，同时达到了系统在低负荷工况下稳定运行的目的。对于核岛冷冻水系统(DEG)，3台冷水机组的总制冷量为系统总负荷的1．5倍，与大容量中央冷冻水系统(HC VWS)4台冷水机组的总制冷量是系统总负荷的2倍相比，核岛冷冻水系统(DEG)设备配置方式的经济性更好。大容量中央冷冻水系统(HC VWS)在水冷式冷水机组的基础上，配合使用风冷式冷水机组为下游通风系统提供冷量，降低了系统对于设备冷却水系统的依赖性。

2．2冷冻水供回水温差

功能三：当整个安全防护系统启动并正常运行时，当室内因失火而产生的有毒烟雾浓度达到一定的浓度时，家中的烟雾传感器感应源感应到有毒气体浓度过高，经对气体的种类和浓度进行分析、检测，得出相应的结果；传感器模块将处理好的结果整理完成后产生气体泄漏警报信号，并将相应的信号发送给AT89C52单片机主机模块，主机模块搜集到烟雾传感器发出的信号数据后，确认为温度过高的火灾信号后，通过控制GSM模块，将相应的信号以短信的形式发送到用户手机上。

核岛冷冻水系统(DEG)的供回水温度分别为10℃和15℃，供回水温差为5℃。大容量中央冷冻水系统(HC VWS)的冷冻水供水温度为4．4℃，回水温度为13．3℃，温差为8．9℃。从以上的温差比较可以看出，AP1000堆型HC VWS系统的冷冻水供回水温差要比M310二代加堆型DEG的供回水温差大很多。

冷冻水的大温差技术从20世纪90年代在国内的空调工程中开始运用，所谓“冷冻水大温差”是指:冷冻水的供回水温差不是常规的5℃，而是6℃～10℃。大容量中央冷冻水系统(HC VWS)采用的大温差会使系统冷冻水流量降低，系统的管径减少，并且降低水泵的轴功率，最终达到减少核电厂初投资和节能的目的。

2．3末端负荷调节方式

“M310二代加”堆型的DEG系统和“AP1000堆型”的HC VWS系统都为定流量冷冻水系统。

对于DEG系统，除DVR，DVC和RRI系统外，其余末端支路的负荷调节方式都采用电动三通调节阀，并且在末端三通旁路上设置调节阀，三通阀根据通风负荷变化对流过末端盘管的冷冻水量进行控制。

对于HC VWS系统，在末端支路上采用电动两通调节阀的同时，在冷冻水供回水总管路上设置旁通管路，当末端电动两通调节阀的流量发生变化时，总管的旁通调节阀的开度也会发生相应变化，进而起到控制末端冷冻水流量的作用，同时也维持了冷冻水泵的流量恒定。

对于DEG系统采用的三通调节方式，由于在流量调节过程中，三通阀的流量和阻力基本稳定，所以每个末端所在的支路都接近于定流量，在核电厂运行时，每个末端的流量调节都不会影响到相邻支路的流量，系统运行相对稳定。但对于HC VWS采用的两通调节阀和供回水总管上设置旁通阀的调节方式，末端支路的电动两通阀在进行流量调节时，被调节支路相邻支路的冷冻水流量还是会受到一定影响。所以，HC VWS系统末端两通调节阀的负荷调节方式相对于DEG系统的末端三通阀的负荷调节方式对相邻管网的影响较大，系统稳定性稍差，但是由于末端房间的温度存在热惰性，此调节方式对末端房间的温度影响不会很大。

从经济性角度来讲两通阀相对于三通阀，价格方面有很大优势，所以从此角度来讲，HC VWS系统的设置在初投资上节约了成本。

2．4冷冻水系统的服务范围

核岛冷冻水系统(DEG)为核岛的大部分通风空调用户提供冷冻水，大容量中央冷冻水系统(HC VWS)不仅给大部分的核岛通风空调用户提供冷冻水，还为常规岛的所有通风空调用户提供冷冻水。

大容量中央冷冻水系统(HC VWS)集中供冷的方式体现了AP1000工程简化系统配置的设计理念。

2．5冷水机组的应急加载

失去厂外电源时，在确定柴油发电机有足够的加载余量后，核岛冷冻水系统(DEG)的2台水冷式冷水机组将根据下游通风系统的负荷需求手动加载到柴油发电机上。

对于大容量中央冷冻水系统(HC VWS)，每台水冷式冷水机组的形式为双机头、双级压缩，且每个机头都可以单独运行。失去厂外电源时，在确定柴油发电机有足够的加载余量后，1台水冷式冷水机组的一个机头将手动加载到柴油发电机上，大容量中央冷冻水系统(HC VWS)采用单机头加载的方式降低了柴油发电机的负荷。

2．6化学加药方式

为保证冷冻水的化学性能符合要求，核岛冷冻水系统(DEG)是通过化学试剂注射系统来完成加药操作。而大容量中央冷冻水系统(HC VWS)在系统中设置了化学加药箱，当冷冻水的化学性能不符合要求时，则需要打开与化学加药箱相连的两个常闭阀门，使化学加药箱中的化学物质随水的循环进入冷冻水系统，此设计使系统在化学加药过程中操作更加方便，并且降低了冷冻水系统对其他系统的依赖性。

2．7热水接入方式

大容量中央冷冻水系统(HC VWS)为安全壳再循环冷却系统(VCS)服务的供回水母管(安全壳外)接入了热水加热系统(VYS)。根据外部环境温度变化和电厂运行的要求，热水加热系统(VYS)可为安全壳内的管路提供热水，该设置无需专门为安全壳内设置热水管道，达到了简化系统设计的目的;而核岛冷冻水系统(DEG)没有接入热水加热系统。

3　结语

从以上对核岛冷冻水系统(DEG)和大容量中央冷冻水系统(HC VWS)系统设计、冷水机组配置、供回水温差、冷冻水系统的服务范围等差异分析可以看出:“M310二代加”和“AP1000堆型”的冷冻水系统设计各有优点，都能使系统达到安全、稳定运行的目的，进而保证核电厂的运行安全。我公司自主研发并设计的华龙一号(ACP1000)是以中核集团20多年核电站设计、建设和运营的成熟经验为基础，深刻汲取日本福岛核事故教训，充分借鉴世界三代压水堆核电的先进设计理念，满足国内国际最先进的核电法规标准的三代核电技术，是中国唯一具有完整自主知识产权的三代压水堆核电站。我专业正是凭借“M310二代加”丰富的冷冻水系统设计经验，结合福岛核事故的经验教训并且吸收美国西屋公司三代核电AP1000堆型冷冻水系统设计优点的基础上，完成了华龙一号(ACP1000)的核岛冷冻水系统的设计工作。

参考文献:

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［2］陈少玲．空调冷水大温差技术工程应用分析［J］．暖通空调，2012，42(6):96．

［3］孙宁．大温差空调水系统方案设计方法研究［J］．供热制冷，2009(9):26．

［4］王继东．AP1000核电厂部件质量等级的划分及其与我国法规、标准的相容性［J］．研究与探讨，2010(3):163-167．

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

作者简介:刘倩平(1984-)，女，工程师

收稿日期:2015-10-28

文章编号:1009-6825(2016)01-0140-02

中图分类号:TM623．2

文献标识码:A