第三代核电站与二代核电站的化学与容积控制系统的对比

李悦　李明

摘 要：化学与容积控制系统是反应堆冷却重要辅助系统，主要承担水化学及容积控制。该文介绍了第三代压水堆型化学与容积控制系统（CVS）和二代压水堆电站化学与容积控制系统（RCV）的设计特点及系统流程；分析了化学与容积控制系统在这两种堆型中的主要差异。通过对这两种堆型中化学与容积控制系统的差异性比较，从理论上验证了第三代堆型化学与容积控制系统的简化性和优越性，系统设计简化、系统设计级别降低及设备级别降低，不仅降低造价，而且有助于实现相关国产化自主化目标。

关键词：化学与容积控制系统 压水堆 设计特点 对比

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0058-02

化学与容积控制系统（CVS）是反应堆冷却剂系统（RCS）的一个主要的辅助系统。对RCS进行水化学控制、容积控制，同时也提供了反应性控制手段，在反应堆启动、停运及正常运行过程中起着十分重要的作用。就三代堆型CVS与传统压水堆型中的化学与容积控制系统（RCV）作比较，分析两系统的设计差异。

1 三代核电CVS设计和流程

三代核电CVS提供安全隔离、终止RCS意外硼稀释、保持RCS压力边界完整性、隔离超量补水、CVS下泄隔离的安全相关功能。同时提供补充RCS水装量、RCS硼化、稳压器辅助喷淋的纵深防御功能。

CVS由下泄热交换器、再生热交换器、离子交换器、补水泵、过滤器、水箱及相关阀门、管道及仪表组成。系统由一个位于反应堆安全壳厂房内的净化回路和位于安全壳厂房外的补水下泄设备构成（图1）。

CVS包括以下功能子系统。

净化环路子系统：净化回路位于安全壳内，运行在RCS压力下，由反应堆冷却剂泵（主泵）来提供净化流量的驱动压头。在功率运行期间，冷却剂通过整个净化环路连续循环。从主泵出口开始，通过再生热交换器，被上充流冷却后，经过下泄热交换器进一步被冷却。下泄冷却剂通过混床（必要时再通过阳床）再通过后置过滤器，最后回流至再生式热交换器内加热，回到主泵入口。由于净化回路的驱动力是由闭合的RCS回路主泵压头提供的，所以维持净化不需要补水泵运行。

补水子系统：包括高压补水泵及相关的吸入排出管道。通过一根入口母管从硼酸储存箱和/或除盐水系统取水。两台补水泵的出口管道合并成补水总管，然后与反应堆冷却剂过滤器下游的净化回路相连。补水泵用于向RCS提供补水、向RCS添加化学药品、一回路充水和压力试验，以及为稳压器辅助喷雾提供硼化补水。

下泄子系统：包括反应堆冷却剂过滤器下游的排水管线。流体通过一个下泄孔板和安全壳隔离阀，输送到放射性液体废物系统。下泄管线的功能是在正常电站运行、功率变化、启动和停堆期间降低RCS装量。

锌/氢注入子系统：来自注锌组件和氢添加管线的管道合并成一条母管，进入安全壳内，连接到净化回路再生热交换器壳侧出口管的下游。氢气由位于厂区的高压氢气瓶提供。注锌组件位于汽轮机厂房以极小的流量和高于RCS运行的压力向RCS添加醋酸锌溶液。

辅助喷淋子系统：是再生热交换器下游净化回流管线上的分支管线，需要时向稳压器供应喷淋含硼水。

2 第二代电站RCV的设计和流程

RCV由4部分组成，还有一条低压下泄管线和一条除硼管线（图2）。

净化回路：下泄流经一个三通阀进入混合离子床，进入间断运行的除阳离子床。再经后过滤器进入容积控制箱。当下泄流温度高于570 ℃时，混合离子床前的三通阀便受控将下泄流导向旁路，经下游的三通阀流入硼回收系统。

下泄回路：经两个隔离阀进入再生热交换器壳侧，实施下泄流的一次降温。再经一组减压孔板，实施一次降压。下泄流经隔离阀进入下泄热交换器的管侧，壳侧由设冷水将下泄流二次降温。经压力调节阀二次降压后，进入过滤器滤去悬浮颗粒。

上充回路：下泄流经三通阀进入容积控制箱。当容积控制箱液位高时，三通阀则将下泄的部分或全部导向硼回收系统。容积控制箱为上充泵提供水源，上充泵将下泄流的压力提高。

轴封水及过剩下泄回路：轴封水流经过滤器除去固体杂质后进入主泵1号轴封。轴封水大部分顺轴而下冷却轴承后进入RCP，剩余部分则经1号轴封的结合面作为轴封水回流被回收。轴封水回流经过滤器除去固体颗粒并经轴封回流热交换器冷却后返回上充泵入口。

低压下泄管线：当RCP压力较低时，从三组降压孔板下泄的流量很小。此时将从余热排出热交换器出口引出下泄流经气动阀，从降低孔板下游进入下泄回路，此管线称为低压下泄管线。在反应堆处于换料或维修冷停堆时，下泄流经净化回路处理后，不经过容积控制箱和上充泵，直接返回余热排出系统。

除硼管线：如果RCP硼浓度太高，则要进行除硼操作。此时，由一个三通阀把下泄流引向除硼单元，经处理后，再经返回容积控制箱。

3 CVS和RCV的对比

3.1 安全级别方面

当一回路发生失水事故时，RCV上充泵还将作为高压安注泵将硼水注入一回路的冷端或冷、热双端。三代技术非能动安全设施以及不调硼负荷跟踪技术的应用，CVS不再执行相关安全功能，上充泵只用作上充，不兼顾高压安注功能，也不参与负荷跟踪，取消了硼回收系统。CVS由主泵提供驱动压头，其他部分位于安全壳以外，不构成冷却剂的承压边界。因此降低为非安全级，除少量隔离设施外，系统中其他设施均为非安全相关设施。

3.2 净化方面

RCV利用上冲泵提供净化流量的驱动压头，完成一回路水质净化；CVS净化回路位于安全壳内，由主泵来提供净化流量的驱动压头，取消了容积控制箱，实现安全壳内高压净化，并简化了系统。

3.3 加氢方面

当一回路含氧量增加时会导致加大化学腐蚀，所以正常运行时，化学与容积控制系统要向一回路加入一定量的氢气来抑制水辐照分解产生氧。RCV向容控箱内充入氢气，通过上充泵进入一回路，而CVS取消了容积控制箱，氢是通过直接向RCS注入高压氢气来实现的。

3.4 主泵的改动引起CVS不同

二代电站中的主泵采用的是轴密封冷却剂泵，需要RCV保持连续的上充流和下泄流，来提供主泵的轴封水，第三代核电的主泵采用无轴密封的全屏蔽式结构，取消了主泵轴封水系统，因此化学与容积控制系统不需保持连续的上充流和下泄流，并杜绝了轴封注水管线破裂事故，不仅降低了系统的要求、简化了系统，还提升了安全性。

4 结语

通过两种堆型化学与容积控制系统的对比，差异主要体现CVS有较大的简化，其主要特点如下：取消了硼回收系统和容积控制箱，采用高压加氢技术；CVS净化回路利用运行主泵的压头作为净化流的驱动力，实现安全壳内高压净化；第三代核电的主泵采用了无泄漏且不需要轴封注入的屏蔽式泵，取消了主泵轴封水系统，因此CVS不需保持连续的上充流和下泄流；棒控系统可以在不调硼的条件下进行负荷跟踪，故正常运行时位于安全壳外的CVS子系统不需要连续运行。

参考文献

[1] 陈国伟.600 MW压水堆电站热力系统建模分析与研究[D].重庆大学，2009.

[2] 潘超祥，段卫江，邹廷云.秦山300 MW核电机组全范围仿真机一回路辅助系统建模[J].核动力工程，1996（2）：141-146，140.

[3] 彭云康，许厚明，罗志远，等.停堆余热冷却系统-化学容积控制系统热工水力特性分析[J].核动力工程，2000（5）：393-397.