华龙一号电气厂房冷水系统设计优化研究

中国核电工程有限公司 赵 晓 孙兰飞 魏川铖 刘占盛 张凤阁

0 引言

华龙一号堆型作为我国自主研发的第三代核电堆型，安全指标相比第二代有了很大提升。为了保证核电站的稳定安全运行，安装了一系列的专设安全系统，以及为保证专设安全系统能执行其安全功能的辅助支持系统。其中，热阱是事故后专设安全系统能否执行其安全功能的关键因素之一。热阱系统不仅包括直接导出反应堆衰变热的热阱系统，还包括为安全系统设备运行及电气仪控设备(电气柜、仪控柜等)提供必要环境条件的热阱系统，后者涉及到通风系统、冷水系统及设备冷却水系统。

华龙一号核岛共设置了5个冷水系统，分别为电气厂房冷水(WEC)系统、安全厂房冷水(WSC)系统、核岛冷水(WNC)系统、人员通行厂房冷水(WAC)系统和核废物厂房冷水(WWC)系统。WEC系统是核岛唯一的核级冷水系统，为安全级的通风系统及中低压安注泵电动机提供冷水，保证其稳定安全运行，是重要的核岛辅助系统之一。

1 WEC系统功能

WEC系统的冷水回路为封闭式回路，其功能是将电气厂房、安全厂房、燃料厂房和辅助厂房等厂房内设置的通风空调系统冷却盘管及中低压安注泵电动机冷却时所回收的热量，通过冷水机组传递给设备冷却水(WCC)系统或室外大气，以确保核电厂的主控室、分散式控制系统(DCS)设备及中低压安注泵的正常运行及主控室操作人员的可居留性。

WEC系统冷水供/回水温度采用国标推荐温度7 ℃/12 ℃；WCC系统冷却水供水温度为10～45 ℃。图1为WEC系统流程简图。

注：VEB为电气柜间通风系统；VEE为电气厂房机械设备区通风系统；VCL为主控室空调系统；VMO为安全厂房机械设备区通风系统；VEC为控制柜间通风系统；RSI为安全注入系统；VFL为核燃料厂房通风系统；SL为左安全厂房；SR为右安全厂房；MP为远传压力表；LP为就地压力表；MT为远传温度计；VNA为辅助厂房通风系统。图1 WEC系统流程简图

WEC系统设置2台(一用一备)水冷式冷水机组和相应的冷水泵，1台模块化风冷式冷水机组和相应的冷水泵。另外，还设置了1台冷水储存罐，用于冷水机组切换时为末端用户提供持续的冷水。正常工况下，A列或B列水冷系列运行，另一列水冷系列备用。风冷机组处于热备用状态。在丧失最终热阱工况下水冷机组失效，此时运行的水冷系列的冷水泵继续运行，在风冷机组启动前这段时间内，通过冷水储存罐向末端用户提供冷水，直至风冷机组系列启动完毕。

2 WEC系统水冷机组与风冷机组启停切换

在WEC系统原设计中，水冷机组、风冷机组和冷水泵前后均设置有手动隔离阀。运行列的前后隔离阀为常开状态，备用列和风冷列的隔离阀为常闭状态。运行列和备用列之前的切换为手动切换。列间切换时，需要就地手动切换相应的隔离阀。手动切换需要一定时间，在此期间，由系统中的冷水储存罐为末端用户提供持续冷源。

为了提高WEC系统的自动化水平，对原方案进行如下优化改进：

1) 将每台备用列冷水泵和冷水机组前后的隔离阀由常闭状态改为常开状态。依靠水泵出口的止回阀进行运行列与备用列之间的隔离，同时冷水泵与对应列的冷水机组进行连锁启停，实现一个冷水列只需要启动冷水机组就可以连锁该列水泵的启动。

2) 为了实现主控室自动启停切换水冷列与风冷列设备，考虑采用“冷水机组综合故障停机”反馈信号，只要运行列的水冷机组故障停机，该故障停机信号就送至主控室，连锁启动风冷机组，第一时间保证持续供冷。风冷机组启动后，从主控室发出指令派现场运维人员查看水冷机组故障停机原因，视情况可将风冷机组切换到备用的水冷列运行。

优化后的流程如图2所示。该优化改进方案提高了WEC系统的自动化控制水平，实现了WEC系统水冷/风冷列机组之间的自动切换，水冷机组故障停机后，风冷机组自动启动，第一时间保证冷水的持续供给，从而维持了主控室人员的可居留性、核级电气柜和DCS机柜等设备适宜的环境温度，保证了末端安全级用户的可靠运行，进一步保障了电站运行的安全性、可靠性。

图2 优化后的WEC系统流程

3 外部灾害防护

WEC系统的风冷机组布置在厂房屋面，需要考虑龙卷风、飞射物等外部灾害的影响。在原设计中，如果出现飞射物导致室外风冷机组或管道破裂，造成系统失水过多，引起两列安全级水冷机组因流量不足而停运，则手动隔离室外管网，并打开除盐水补水阀进行补水。该操作需要几小时。由于末端通风用户的热惰性，在丧失冷水期间，各房间温度不会超温。为了更好地应对外部灾害，需要采取更有利的措施。

图3为增加高位电动隔离阀后的WEC系统流程简图，该方案采取了以下优化改进措施：

图3 增加高位电动隔离阀的WEC系统流程简图

1) 在风冷机组前后设置电动隔离阀，与系统低压报警连锁，当系统压力低(无论是WEC系统其他部位渗漏，还是风冷机组及室外管道破口)报警时，连锁关闭电动隔离阀，切断风冷机组回路；当检测到风冷机组在运行时，该连锁信号将被屏蔽。

2) 将补水隔离阀由手动改为电动，与低压报警连锁。当系统压力低报警时，连锁补水电动阀打开，进行自动补水。

采取以上2项改进措施后，可在第一时间应对因外部灾害引起的系统失水问题，从而保证安全级水冷机组列能够正常运行。

4 结论

通过将WEC系统的冷水机组和水泵前后的手动阀由常闭改为常开，冷水机组连锁启停冷水泵，由“冷水机组综合故障停机”信号自动连锁启动风冷机组，实现了水冷机组与风冷机组的自动切换，降低了对冷水储存罐的容量需求，以较小的改动，使系统自动化水平显著提升，提高了核级冷源的可靠性。

通过在风冷机组前后增设电动隔离阀，并与系统低压报警连锁，将手动补水改为电动补水，解决了龙卷风、飞射物等可能引起WEC系统两列安全级机组共模失效问题，增强了系统的外部灾害防护能力。

通过对华龙一号电气厂房冷水系统的优化改进，使我们再次认识到，需要持续不断地思考总结新堆型的系统设计，不断提出更优的设计方案，以使系统的设计更加完善。