核电站冷链系统设冷水出水温度调节方法与流程

本发明属于核电站热量排出领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站冷链系统及其设冷水出水温度调节方法。

背景技术：
核电站冷链系统由设备冷却水系统(即CCS或RRI)和厂用水系统(即SWS或SEC)组成，设备冷却水系统收集核电站中用户需要导出的热量(包括衰变热、设备排热等)，然后利用换热器与厂用水系统的冷却水换热，再通过厂用水系统将热量传递到环境中，从而保障核岛中的设备和系统都处于适当的工作参数范围内。由于输送的热量中包括停堆堆芯衰变热、乏燃料水池余热、主泵等核心安全设备的热量，因此只有安全可靠地排出这些热量，才能够避免核电站意外停机，从而保障核安全，并提高设备寿命及经济效益。由于一年中环境温度的变化幅度很大，使得厂用水系统中冷却水的冷却能力变化很大，而且设备冷却水系统的用户众多，用户热负荷变化幅度也很大，所以有必要通过适当的方式对设冷水的出水温度进行调节，使其保持在设定温度范围内；尤其是在低温厂址中，设冷水的温度调节更是必要需求。请参阅图1，为了对设冷水的出水温度进行调节，现有某些核电站机组在其厂用水系统中增设了一条不经过换热器10的大口径旁通支路12。该旁通支路12与换热器10的冷侧并联，当冷却水温度降低导致设冷水温度低于最低水温时，打开旁通支路12上的旁通阀14来降低换热器10的冷却水侧流量，达到调高设冷水出水温度的目的。但是，由于旁通阀14是大口径阀门，当环境温度大幅变化时，尤其是在冷却水温度极低的情况下，旁通阀14的微量变化都会引起设冷水出口温度的大幅变化，易于造成设冷水出水温度超出要求范围(低于要求的最低水温15.6℃，或高于最高水温37.8℃)，从而对核电站的设备造成冲击，影响核电站的安全稳定运行，甚至危及核安全。另外，还有一些核电站机组在冷链系统换热器的冷侧和热侧分别设置旁通支路，通过同时调节换热器两侧设冷水和冷却水流量的方式，达到控制换热的目的。但是，两侧调节换热器流量的控制过程比较复杂，而且由于冷链系统用户众多，控制设冷水流量会对用户造成更大的影响，以致在冷却水低温时会存在一定的设冷水结冰风险。有鉴于此，确有必要提供一种能够满足设冷水出水温度控制需求的核电站冷链系统及其设冷水出水温度调节方法。

技术实现要素：
本发明的目的在于：提供一种能够满足设冷水出水温度控制需求的核电站冷链系统及其设冷水出水温度调节方法，以实现在不影响设冷水流量的情况下对其出水温度进行精确调节。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站冷链系统，其包括通过换热器进行换热的设备冷却水系统和厂用水系统；设备冷却水系统位于换热器的热侧，利用设冷水收集用户需要导出的热量；厂用水系统位于换热器的冷侧，通过冷却水将热量传递到热阱中，其包括进水管、换热器冷侧和出水管，进水管和出水管分别将换热器冷侧的两端连接至热阱，从而在热阱和换热器冷侧之间形成冷却回路；所述厂用水系统还包括一个进水旁路和一个出水旁路，两个旁路均绕过换热器而连接在进水管和出水管之间，且进水旁路在进水管和出水管上的接入点分别位于出水旁路在进水管和出水管上的接入点上游。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述进水旁路上设有顺流进水调节阀，出水旁路上设有顺流出水调节阀；所述进水管在位于进水旁路和出水旁路的两个接入点之间的管段上设有逆流进水调节阀，出水管在位于进水旁路和出水旁路的两个接入点之间的管段上设有逆流出水调节阀。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述出水旁路包括至少两条设有不同口径顺流出水调节阀的并联支路。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述逆流出水调节阀、顺流出水调节阀均采用PID控制开闭速率，PID以设冷水在换热器热侧的入口温度变化值与热侧流量值的乘积作为控制参数，并根据此乘积值的变化快慢来控制相关阀门的开闭速率。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述进水管上设有冷却水泵，进水旁路在进水管上的接入点位于冷却水泵下游。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述进水管上还设有进水调节主阀，出水管上设有出水调节主阀；进水旁路在进水管上的接入点位于进水调节主阀的下游，出水旁路在出水管上的接入点位于出水调节主阀的上游。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述进水调节主阀和出水调节主阀中的一个或两个为电动调节阀。作为本发明核电站冷链系统的一种改进，所述冷却水泵为变频泵。为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电站冷链系统设冷水出水温度调节方法，其冷链系统为上述任一段落所述的冷链系统，调节方式为：1)当环境温度高于低温临界值时，厂用水系统通过进水管、换热器冷侧和出水管，采用逆流换热模式对设备冷却水系统的设冷水进行冷却；2)当环境温度降低到等于或低于低温临界值时，厂用水系统通过不同管路上的阀门切换，通过进水旁路、换热器冷侧和出水旁路，采用顺流换热模式对设备冷却水系统的设冷水进行冷却；当环境温度回升至高于低温临界值时，再通过阀门切换将厂用水系统由顺流换热模式切换回逆流换热模式。作为本发明核电站冷链系统设冷水出水温度调节方法的一种改进，所述进水管上还设有位于进水旁路接入点上游的进水调节主阀，当厂用水系统切换到以顺流换热模式运行时，通过进水调节主阀的开度或冷却水泵的变频功能将厂用水系统的流量调节为额定流量的设定比例，实现设冷水出水温度的粗调。作为本发明核电站冷链系统设冷水出水温度调节方法的一种改进，所述出水管在位于进水旁路和出水旁路的两个接入点之间的管段上设有逆流出水调节阀，当厂用水系统以顺流换热模式运行时，通过逆流出水调节阀与出水旁路上设置的顺流出水调节阀的配合调节，来控制换热器冷侧的冷却水流量。作为本发明核电站冷链系统设冷水出水温度调节方法的一种改进，所述出水旁路包括至少两条设有不同口径顺流出水调节阀的并联支路；当厂用水系统以顺流换热模式运行时，首先关闭较小口径的顺流出水调节阀，采用较大口径的顺流出水调节阀对换热器冷侧的冷却水流量进行调节；当环境温度继续变冷，以致较大口径顺流出水调节阀已关小至最低设定比例时，设冷水出水温度仍旧低于最低设定值，则打开较小口径顺流出水调节阀并关闭较大口径顺流出水调节阀，改为采用较小口径的顺流出水调节阀对换热器冷侧的冷却水流量进行调节。与现有技术相比，本发明核电站冷链系统通过在传统厂用水系统中增设两条简单的旁路，使厂用水系统能够在低温下由逆流换热模式切换为顺流换热模式，从而有效地防止设冷水结冰风险。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站冷链系统、设冷水出水温度调节方法及其有益效果进行详细说明。图1为现有核电站冷链系统的结构示意图。图2为本发明核电站冷链系统的结构示意图。具体实施方式为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。请参阅图2，本发明核电站冷链系统包括通过换热器20进行换热的设备冷却水系统30和厂用水系统。设备冷却水系统30位于换热器20热侧，其利用设冷水收集用户需要导出的热量，并通过换热器20将热量传递给厂用水系统，再将降低到合适温度的设冷水提供给用户。厂用水系统位于换热器20的冷侧，其通过冷却水将热量传递到环境中。厂用水系统包括进水管40、换热器20的冷侧和出水管42，进水管40和出水管42分别将换热器20冷侧的A、B两端连接至热阱44，从而在热阱44和换热器20冷侧之间形成冷却回路。进水管40上设有冷却水泵400、进水调节主阀402和冷却水过滤器404，出水管42上设有出水调节主阀420。为了便于实现冷却水流量调节，冷却水泵400优选为变频泵，进水调节主阀402和出水调节主阀420优选为电动调节阀。为了在低温下保证换热器20热侧设冷水的出水温度，本发明还在厂用水系统中设置了两个绕过换热器20连接在进水管40和出水管42之间的旁路46、48。其中，进水旁路46在进水管40和出水管42上的接入点C、D分别位于出水旁路48在进水管40和出水管42上的接入点E、F上游，也就是说，接入点E位于CA管段上，接入点D位于BF管段上。进水旁路46在进水管40上的接入点C位于冷却水泵400和进水调节主阀402的下游，出水旁路48在出水管42上的接入点F位于出水调节主阀420的上游。进水旁路46上设有顺流进水调节阀460；出水旁路48上设有两个并联的顺流出水调节阀480、482，其中，顺流出水调节阀480为大口径调节阀，顺流出水调节阀482为小口径调节阀。进水管40位于进水旁路46和出水旁路48的两个接入点C、E之间的管段上设有逆流进水调节阀406，出水管42位于进水旁路46和出水旁路48的两个接入点D、F之间的管段上设有逆流出水调节阀426。本发明核电站冷链系统对设冷水出水温度进行调节的方法为：1)逆流换热：当环境温度高于低温临界值15℃(环境低温临界值是指按照常规逆流换热方法不能保证设冷水出水温度在设定范围内的环境温度临界值，通常为15℃)时，关闭顺流进水调节阀460、大口径顺流出水调节阀480、小口径顺流出水调节阀482，打开进水调节主阀402、逆流进水调节阀406、逆流出水调节阀426、出水调节主阀420，通过40、42以常规逆流方式对设备冷却水系统30的设冷水进行冷却；此工况下，进水调节主阀402、出水调节主阀420为全开，利用厂用水系统的最大能力，来保证设备冷却水系统30在最大热负荷时，设冷水出水温度小于要求的最高水温；2)大口径顺流换热：当环境温度由热变冷，厂用水温度降低到15℃时，关闭逆流进水调节阀406、逆流出水调节阀426，打开顺流进水调节阀460、大口径顺流出水调节阀480，将系统的换热模式切换为大口径顺流换热，并通过进水调节主阀402或冷却水泵400的变频功能将冷却水流量调节到额定流量的设定比例(例如50％左右，此比例可以变化，具体设定以能够保证调整后的流量足以排出最大热负荷为准)，实现设冷水出水温度的粗调；之后，即可根据厂用水温度的变化及热负荷的变化，通过监测设备监测到的换热器热侧进出口温度，来调节大口径顺流出水调节阀480和逆流出水调节阀426的开度(逆流出水调节阀426的开度通常也为固定比例，主要调节大口径顺流出水调节阀480)，使设冷水出水温度保持在最佳出水温度25℃上下波动，保证不超过设定范围18～32℃(设定范围是为确保设备冷却水系统用户正常工作而设定的设冷水温度，通常为18～32℃，但也可以根据实际情况有所调整，例如设定为20～30℃等)；具体来说，若环境温度降低或热负荷减小，通过缓慢开大逆流出水调节阀426及关小大口径顺流出水调节阀480来调小经过换热器20冷侧的冷却水流量，反之，若环境温度升高或热负荷增大，则通过缓慢关小逆流出水调节阀426及开大大口径顺流出水调节阀480来调大经过换热器20冷侧的冷却水流量；若环境温度升高到高于低温临界值15℃，则切换回逆流换热模式；3)小口径顺流换热：当环境温度继续变冷，以致大口径顺流出水调节阀480已关小至最低设定比例(根据大口径顺流出水调节阀480的的灵敏度及小口径顺流出水调节阀482的口径进行设定，一般为10％)时，设冷水出水温度仍旧低于最低设定值18℃，则打开小口径顺流出水调节阀482，同时缓慢地将大口径顺流出水调节阀480完全关闭，切换到小口径顺流换热模式；此工况下，根据厂用水温度的变化及热负荷变化，通过调整小口径顺流出水调节阀482的开度使设冷水出水温度保持在最佳出水温度25℃上下波动，保证不超过设定范围18～32℃；具体来说，若环境温度降低或热负荷减小，通过缓慢关小小口径顺流出水调节阀482来调小经过换热器20冷侧的冷却水流量，反之，若环境温度升高或热负荷增大，则通过缓慢开大小口径顺流出水调节阀482来调大经过换热器20冷侧的冷却水流量，若小口径顺流出水调节阀482全开设冷水出水温度仍旧高于最高设定值32℃时，则缓慢打开大口径顺流出水调节阀480，同时缓慢地将小口径顺流出水调节阀482完全关闭，即切换为大口径顺流换热模式。为了使换热器20的输热能力随用户热负荷的变化更趋平稳，避免设冷水温度的大幅振荡，本发明采用PID(比例积分微分控制器)进行控制，以设冷水在换热器20热侧的入口温度变化值与热侧流量值的乘积，作为PID控制的参数，并根据此乘积值的变化快慢来控制逆流出水调节阀426、大口径顺流出水调节阀480、小口径顺流出水调节阀482、进水调节主阀402等阀门的开闭速率，因此更能适应用户投入退出而引起的热负荷大幅度变化。通过以上描述可知，本发明通过在核电站冷链系统独创性地设计了多方式、多梯级地组合温度控制方式，通过将厂用水系统的换热模式由逆流换热切换为顺流换热，提高设冷水出水温度并防止设冷水结冰风险；在热阱44低温下，利用进水管40上的进水调节主阀402或冷却水泵400的变频功能对设冷水出水温度进行初步的粗调，并利用并联的大口径及小口径顺流出水调节阀480、482对设冷水出水温度系统进行精确梯级调节；根据换热器输入热量采用PID控制，使系统运行更趋平稳；以上组合调控方式使冷链系统对热阱低温具有了更大范围的适应能力，从而彻底解决了涵盖环境温度变化范围内及用户热负荷变化范围内的所有运行工况的控制，避免了控制盲区及可能发生的设冷水温度大幅振荡，达到了期望的控制精度，使系统的运行更加平稳可靠。与现有技术相比，本发明核电站冷链系统至少具有以下优点：1)采用多方式综合调节，实现冷链系统参数的适应性调节：通过顺逆流换热模式切换、系统冷却水流量控制粗调、大小口径流量细调等多种方式的综合调节，增强对换热器20换热能力的更大范围的精确控制，使冷链系统能够适应更广泛的厂址温度变化及热负荷变化，有效避免单一方式的局限性及控制震荡；2)有效防止换热器20冻结风险：在厂用水温度低于零度的厂址，在冷链系统运行或备用时，由于厂用水温度太低，可能会造成换热器20设冷水侧局部结冰，造成设备损坏或系统故障无法投运，影响核电站可用性而造成经济损失，甚至出现核安全风险；本发明在低温下将逆流换热模式切换为顺流换热，可以有效地防止设冷水结冰风险；3)多路节流控制增强系统调节能力：在环境温度及热负荷大范围变化时，尤其是在厂用水温度较低的情况下，少量的冷却水流量变化都会造成换热量大幅度变化，本发明根据需要设定两路或多路并联的口径不同的换热器20冷却水流量控制支路，从而实现精确的换热器冷侧流量调节，达到控制换热量的目的，保证了设冷水出水温度能够达到要求，使系统的运行更加平稳可靠；4)仅调节厂用水系统流量，不对设备冷却水系统的设冷水流量进行调节：为了避免从设冷水侧调节流量导致对众多用户产生影响，本发明仅从冷却水侧实施控制，主要通过改变逆流顺流换热方式、系统冷却水流量控制方式(采用系统节流阀或变频泵实现)、换热器多支路旁流方式的组合，对厂用水系统流量进行调节；5)结构简单：本发明仅需在传统厂用水系统中增设两条旁路46、48和几个阀门，结构相对简单；6)控制方式灵活可靠：本发明采用简单、可靠的全自动控制，避免手动调节滞后和误动作造成不能达到控制要求的问题；同时，采用PID控制，让换热器20热侧入口温度变化速率参与阀门的调节，使控制更加合理，更能适应用户投入退出而引起的热负荷大幅度变化。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。