福清核电设备冷却水系统（RRI）改进分析与探讨

廖亮 马贤德 梁聪聪

摘 要 福清核电2号机组设备冷却水系统（RRI）在冬季遇到极端低温天气时，在相同热负荷条件下，由于海水温度过低，导致设备冷却水温度过低。设备冷却水温度过低不利于核岛重要设备安全稳定运行。本文从设备冷却水系统功能出发，通过分析系统运行存在的问题，在采取应对措施无效的基础上，积极寻求运行、厂家及设计人员的协助，提出对系统进行设计改进的几种建议。

关键词 RRI系统；温度偏低；设计改进；福清核电2号机组

中图分类号 TL4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）162-0185-02

设备冷却水系统是设置在核岛设备和海水之间的一个闭式循环回路，其主要功能为在核电站正常运行和事故工况下，冷却各种核岛热交换器。同时经过重要厂用水系统冷却后将热负荷传递至最终热阱（海水）。每个机组的RRI系统包括2个独立的安全系列和一个公用的环路，公用环路可由2个系列中任一个系列供水。设备冷却水系统热交换器的工作台数取决于在不同运行工况下所排放的热量。在带功率运行的情况下，排放的热量实际上是常量，主要用户是主泵、非再生热交换器和控制棒驱动机构。在反应堆降温时，排放的热量是变化的，最重要的用户为余热排出系统。在燃料更换时，设备冷却水系统所需排放的热量明显减少。

福清核电2016年1月遭遇冬季极端低温天气时，由于海水温度过低，2号机组RRI温度最低降至11℃。福清采用Andritz生产的主泵，其中主泵运行参数表中明确要求轴封冷却水最低不能低于12℃。另外，化学与容积控制系统（RCV）下泄热交换器后温度也出现了明显的下降（25℃左右），一回路下泄温度偏低将影响下游除盐床离子交换树脂的效率，可能导致一回路水质恶化。

1 RRI设计基准和安全准则

设备冷却水系统的设计是在电站所有运行工况下，当海水最高温度为30.7℃时，提供的设备冷却水最高温度为35℃，但下述情况除外：1）在进入冷停堆和次临界停堆工况下，当海水最高温度为30.7℃时，供给的冷却水温度为40℃；2）在失冷却剂事故（LOCA）工况下，当海水最高温度为35.5℃ 时，供给的冷却水温度为45℃。

在《2×600MW压水堆核电厂核岛系统设计建造规范》（GB/T15761-1995）和RCC-P《法国900MW压水堆核电站系统设计和建造准则》中对设备冷却水换热器的出口温度的最高值进行了限制，一般要求在停堆后4h开始，按照安全厂用水温度为历年第七天的最高温度、设备冷却水系统各个冷却器的进口温度限制在35℃。设计基准和安全准则中，未对设备冷却水允许的最低温度给出限值。

2 福清RRI系统运行存在的问题

福清核电冬季遭遇极端低温天气时，海水温度下降导致RRI侧出口温度过低，RRI温度低至11℃，低于主泵运行要求限值（15℃）。同时RRI侧出口温度过低对以下系统设备运行可能造成不利影响：1）主泵轴封水冷却水温度过低，主泵油冷却器过度冷却可能导致主泵轴承润滑油粘度高，增大泵轴振动；2）不利于DEG系统长期稳定运行；3）不利于DEL系统长期稳定运行；4）RCV155VN开度过小，RRI155VN 阀门所在管线运行温度过高，影响设备运行。

3 采取措施

3.1 板换SEC侧阀门节流

在出现RRI温度低于设计值（15℃）后，采取对RRI板换SEC侧节流处理。通过对2号机组进行节流实验，2SEC014VE/016VE开度从全开调节到约40°，2SEC流量从3 500m3/h降到2 800m3/h，SEC泵出口压力凑从0.28MPa涨到0.36MPa，板换压差从180kPa涨到282kPa，RRI温度只涨了0.1℃，海水温度上涨了0.1℃，效果不理想。另外节流后，导致换热器压差逐渐增大，压差到达250kPa将出DEC报警，干预措施失效。

3.2 停运一台板换

由于在RP模式下，一台热交换器不可用，将产生第一组I0：1）3天内机组开始向RRA运行条件的NS/ SG 模式后撤；2）4台热交换器累计不可用的时间限制为21天/每年。因此冬天遭遇极端低温天气时，采取人为停运一台板换方式运行也不可取。

4 RRI设计改进方案分析

为了应对冬季极端天气的影响，对每台SEC/RRI板式热交换器增加旁路管线，在冬季海水温度过低时，投用旁路，防止出现设备冷却水温度低于限值的情况发生，同时提高上述设备的可靠性能。

4.1 改进方案分析

为了提高设备冷却水系统供水温度，依据热交换原理，有下列有几种解决方式：

1）在需要时通过旁通方式减少冷媒即海水的流量，以减少通过热交换器导出的热量，从而提高热侧出口温度；2）通过减少换热面积，以减少通过热交换器导出的热量，从而提高热侧出口温度；3）在需要时通过旁通一部分流过热交换器的热侧流体，减少参加换热的热侧流体，并且利用旁通的未参加换热的热侧流体与换热后热侧流体混合提高流体温度。

从原理上分析，第一种减少冷媒（SEC侧）进入热交换器的方案是最直接，最有效的方式；第二种方式减少换热面积即修改板式换热器板片面积，从设计准则和现场条件方面考虑不具备可行性；第三种方式减少热媒（RRI侧）进入热交换器的方案，会影响RRI系统各用户（70多台换热器）流量分配，可能对RRI系统的管道阻力特性、RRI泵的运行产生不利影响。

4.2 同行电厂情况

针对冬季海水过低导致设备冷却水温度低的问题，同行专家均建议采用第一种方式。方家山项目由于杭州湾海水盐分含量高，泥沙含量大，在特定流速以下会出现沙粒沉积现象。减少海水流量会导致热交换器内部海水流量降低，进而在热交换器内的流速也随之降低，可能产生泥沙在热交换器内沉积问题，以致热交换器流道堵塞，影响设备冷却水系统的安全运行，故未计划采用第一种方案。

4.3 福清核电改进方案建议

在板式换热器的SEC侧进出口位置增加电动隔离阀。SEC系统在板换入口前的海水母管上增加一条海水主旁通管。在主旁通管上增加2个手动蝶式隔离阀，1个电动蝶式调节阀和流量计。通过电动调节阀使海水主旁通管的阻力特性与流经一台板换的海水流道的阻力特性相同。

在板换海水入口前的电动蝶阀两侧设置一条海水辅助旁通管，在辅助旁通管增加2个手动蝶式隔离阀，1个电动蝶式调节阀。

调节阀可以远传至主控室的控制器，同时要求可就地显示并可以修改参数，实现现场控制和主控室远传控制功能，见图1。

5 运行模式分析

根据重要常用水系统（SEC）的管路配置，提供了以下几种调节板换内海水流量的运行模式。

5.1 旁通整列RRI热交换器

RRI单泵运行时，打开海水主旁通管，使海水同时流经主旁通管路和两台热交换器。在这种情况下经过每台板换的海水流量只有总流量的1/3。

5.2 旁通单台RRI热交换器

RRI单泵运行时，打开海水主旁通管，全关其中一台板换的海水侧隔离阀，使海水只流经一台板换及海水主旁通管。在这种情况下通过热交换器的海水只有总流量的一半。

5.3 旁通单台RRI热交换器+减少热交换器内海水流量

在旁通单台RRI热交换器的前提下，打开运行热交换器的海水辅助旁通管，全关此热交换器的隔离阀，海水辅助旁通管上设置有调节阀，可以实现调节通过板换的海水流量。

6 结论

冬季海水温度过低导致设备冷却水温度偏低问题，在同行电厂中普遍存在。为了从根本上解决此问题，需要对系统进行优化设计改进。本文从RRI系统冬季温度偏低问题出发，在采取干预措施失效的情况下，提出了系统优化设计改进优化建议。福清核电群堆模式建设下，相同机组可能存在类似问题，针对RRI系统采取的措施和相关改进建议对于后续机组有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]福建福清核电1、2号机组高级运行培训教材.内部培训教材.

[2]设备冷却水系统手册[S].中国核电工程有限公司，2014.

[3]化学与容积控制系统手册[S].中国核电工程有限公司，2014.