专利名称:用于一体化反应堆的启停辅助装置及一体化反应堆的冷启动方法
技术领域：
本发明涉及的是一体化反应堆的启停辅助装置。本发明也涉及一种用一体化反应堆的启停辅助装置的一体化反应堆的冷启动方法。
背景技术：
由于空间布置的要求，一体化核反应堆倾向于采用紧凑高效的直流蒸汽发生器。二回路工质强制流过受热面，被一回路冷却剂加热，经预热、蒸发、过热而产生过热蒸汽送到汽轮机系统做功。直流蒸汽发生器具有结构简单，机动性好，热耗率低的特点，特别适合于需要经常变负荷运行的船用核动力装置。直流蒸汽发生器内部由几百个并联通道组成，每个通道的水动力特性曲线都各不相同，运行时蒸发管内存在着剧烈的相变过程，很容易产生多种形式的两相流动不稳定现象。为了保证直流蒸汽发生器的安全稳定运行，必须保证直流蒸汽发生器的最低给水流量。
压水堆核电站冷启动过程中，首先要实现一回路冷却剂的升温升压过程。而且一回路系统的升温速率必须严格控制在30-40°C /h以下，压力上升也不能太快。正常运行过程中直流蒸汽发生器的给水为来自冷凝器的过冷水，在反应堆冷启动过程中，持续不断的过冷给水会带走大量热量，单靠稳压器电加热功率和主泵的机械功无法完成一回路系统的升温升压过程。而且为满足启动要求，必须保证二次侧给水全部加热为过热蒸汽，这就要求反应堆启动完成以后要有与给水流量相对应的反应堆功率。启动过程中如何实现一回路冷却剂的升温升压，完成反应堆的启动，并将二回路给水加热为过热蒸汽；启动过程中直流蒸汽发生器出口产生的两相混合物如何处理，都是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在一体化反应堆启动的过程中能够实现一回路冷却剂的升温升压，避免流动不稳定现象的出现，并且有效回收工质和热量，缩短反应堆启动时间的用于一体化反应堆的启停辅助装置。本发明的目的还在于提供一种基于本发明的用于一体化反应堆的启停辅助装置的一体化反应堆的冷启动方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明的用于一体化反应堆的启停辅助装置包括启动分离器15、贮水箱16和循环水泵17 ;启动分离器15的进口与直流蒸汽发生器4的出口管道相连，启动分离器15的蒸汽出口经蒸汽阀20与主蒸汽管道相连，启动分离器15的疏水出口与贮水箱16相连；贮水箱16的底部出口与循环水泵17相连，贮水箱16出口有一路管道通过贮水箱出口截止阀25、贮水箱水位调节阀26以及减温降压装置27与凝汽器22相连；循环水泵17通过循环水流量控制阀18与直流蒸汽发生器4进口给水管道相连；给水泵23与凝汽器22相连、并通过主给水阀24与直流蒸汽发生器4进口管道相连、通过冷水阀28与贮水箱16相连；循环水流量控制阀18和主给水阀24与蒸汽发生器给水控制系统相连；贮水箱水位调节阀26、蒸汽阀20以及冷水阀28与贮水箱压力控制系统相连。
本发明的用于一体化反应堆的启停辅助装置还可以包括:
1、循环水泵17出口还有一路管道通过再循环水流量控制阀19与贮水箱16相连，再循环水流量控制阀19与蒸汽发生器给水控制系统相连。
2、所述的启动分离器15为外置式汽水分离器，启动过程中用于将汽、液两相流体进行分离，启动完成以后，通过流量控制阀28和流量控制阀29的切换将启动分离器退出二回路系统。
3、所述的循环水泵17为电力驱动的水泵，水泵转速在反应堆启、停过程中始终保持不变，用于在直流蒸汽发生器4、启动分离器15和贮水箱16之间建立稳定的循环水流量。
基于本发明的用于一体化反应堆的启停辅助装置的一体化反应堆的冷启动方法包括以下步骤:
(I)反应堆充水排气完成以后，反应堆处于满水状态，打开稳压器喷淋阀，使用稳压器电加热件9的功率和主泵3的机械功提高一回路冷却剂温度；
(2)—回路系统升温升压的同时，启停辅助系统贮水箱压力控制系统动作调节水箱压力满足要求，循环水泵17打开，循环水由贮水箱16经循环水流量控制阀18进入直流蒸汽发生器4，被一回路冷却剂加热后流回贮水箱16，完成一次循环；
(3)稳压器7温度满足要求后，通过下泄流量控制阀11排水建立稳压器7汽腔，然后利用稳压器电加热件9的功率提高稳压器7压力到额定运行压力；
(4)调整反应堆功率控制系统12实现反应堆临界，提升反应堆I功率，实现核加热升温，随着反应堆功率的提高，二回路循环水逐渐产生沸腾；
(5)随着反应堆功率的提升，蒸汽发生器给水控制系统不断调整再循环流量控制阀19、循环水流量控制阀18以及主给水阀24的开度，保证直流蒸汽发生器进口给水流量稳定。
本发明提供了一种配备循环水泵的一体化反应堆的启停辅助系统，该系统在一体化反应堆启动的过程中能够实现一回路冷却剂的升温升压，完成反应堆的启动；有效建立二回路启动压力和启动流量，避免流动不稳定现象的出现，并且有效回收工质和热量，缩短反应堆启动时间。
本发明的有益效果是，实现了反应堆冷启动过程中一回路冷却剂的升温升压及直流蒸汽发生器的安全稳定运行，能够回收大部分工质和热量，使用核-电联合加热的方式大大缩短了反应堆启动的时间。
图1为本发明的用于一体化反应堆的启停辅助装置的结构示意图。
图2 —体化反应堆启动过程曲线图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述:
结合图1，启动分离器15的进口与直流蒸汽发生器4的出口管道相连；启动分离器15的蒸汽出口经蒸汽阀20与主蒸汽管道相连；启动分离器15的疏水出口与贮水箱16相连；贮水箱16的底部出口与循环水泵17相连；循环水泵17通过循环水流量控制阀18与直流蒸汽发生器4进口给水管道相连；循环水泵17出口还有一路管道通过再循环水流量控制阀19与贮水箱16相连；贮水箱16出口有一路管道通过贮水箱出口截止阀25、贮水箱水位调节阀26以及减温降压装置27与凝汽器22相连；给水泵23与二回路凝结水系统相连，并通过主给水阀24与直流蒸汽发生器4进口管道相连；循环水流量控制阀18、再循环流量控制阀19和主给水阀24与蒸汽发生器给水控制系统相连；贮水箱水位调节阀26、蒸汽阀20以及冷水阀28与贮水箱压力控制系统相连。所述的启动分离器15为外置式汽水分离器，启动过程中用于将汽、液两相流体进行分离，启动完成以后，通过流量控制阀28和流量控制阀29的切换将启动分离器退出二回路系统。所述的循环水泵17为电力驱动的水泵，其特征在于水泵转速在反应堆启、停过程中始终保持不变，用于在直流蒸汽发生器4、启动分离器15和贮水箱16之间建立稳定的循环水流量。所述的再循环水流量控制阀19用于贮水箱16的低液位控制，当贮水箱16水位低于设定值时，通过调节再循环水流量控制阀19的开度，将一部分循环水重新打回水箱16，防止水箱被抽空。所述的蒸汽发生器给水控制系统根据再循环水的流量调节循环水流量控制阀18和主给水阀24的开度，保证蒸汽发生器进口给水流量始终保持不变。所述的贮水箱压力控制系统用于调节贮水箱16的压力，当压力低于限制时，冷水阀28打开将一部分给水打入水箱，提高压力；当压力高于限值时，贮水箱水位调节阀26或蒸汽阀20打开，分别通过排水和排汽来降低水箱压力。
图2的曲线图中借助重要的参数来表示一体化反应堆的冷启动过程，是通过模拟程序确定的一体化反应堆启动过程中过程参数与时间的关系。反应堆充水排气完成以后处于满水状态，稳压器不具有压力控制能力。首先打开稳压器喷淋阀8，启动主泵3高速运行，投入稳压器电加热元件9，利用稳压器电加热件的功率和主泵的机械功对一回路主冷却剂进行加热升温升压。随着一回路冷却剂温度的升高，一回路水体积膨胀，压力升高，需要间断打开下泄流量控制阀11进行排水，使一回路压力保持在规定限值之内。
一回路冷却剂升温升压过程中，启停辅助系统中充满水，压力靠贮水箱水位控制阀26和冷水阀28来控制。启动循环水泵保持15%的给水流量运行。蒸汽发生器出口的热水经过汽水分离器15进入贮水箱16，然后被循环水泵17重新打入蒸汽发生器4，形成一个循环。在一回路冷却剂温度低于233.(TC (3.0MPa压力对应的饱和温度)时，启停辅助系统内部水温与一回路冷却剂温度几乎相同。因为循环水温度升高体积膨胀，贮水箱压力控制系统调节贮水箱水位控制阀26进行排水，防止贮水箱超压。排水经减温降压器27降压后排入冷凝器22。
当一回路冷却剂温度达到210°C时，关闭稳压器喷淋阀8，提高稳压器电加热件9的功率，逐渐拉大稳压器8和一回路冷却剂之间的温差。当稳压器温度达到240°C时，关闭稳压器电加热件9，打开下泄流量控制阀11排水，建立稳压器气腔。然后打开稳压器电加热件9加热稳压器8内的汽水混合物，使稳压器压力上升到额定运行压力。升压过程中需要间断打开下泄流量控制阀11排水，保证稳压器水位。
一回路冷却剂压力满足要求后，调节反应堆功率控制系统12使反应堆临界，并逐渐提升反应堆功率进行核加热升温。一回路冷却剂温度低于3.0MPa压力对应的饱和温度时，二回路循环水为单相状态，通过贮水箱水位控制阀26的排水来稳定水箱内压力；随着反应堆功率的持续增大，一回路冷却剂温度迅速升高。启停辅助系统内的循环水逐渐被加热到饱和状态，当蒸汽发生器4出口产生两相混合物时，汽水分离器15对两相流体进行分离，饱和蒸汽在汽水分离器顶部积聚，为稳定压力，贮水箱水位控制阀26不断排水使得汽水分离器15内部水位不断下降，当水位满足要求后，可以打开主蒸汽阀20进行排气，通过调节主蒸汽阀20的开度来保证汽水分离器15的压力。
随着反应堆功率的增大，蒸汽产量不断升高，进入贮水箱16的饱和水流量降低，导致贮水箱16内水位下降，此时打开再循环流量控制阀19，使一部分循环水重新流入水箱16，防止水箱被抽空。同时蒸汽发生器给水流量控制系统调节循环水流量控制阀18和主给水阀24相互配合，利用主给水来补偿循环水流量的减小，保证直流蒸汽发生器进口给水流量保持不变。随着反应堆功率的升高，主给水流量不断增大，循环水流量逐渐减小，直到蒸汽发生器给水全部由主给水给定，循环水全部再循环流回水箱16，蒸汽发生器给水全部产生为过热蒸汽。可以关闭循环水流量控制阀18和循环水泵17，切换流量控制阀28和流量控制阀29将启停辅助系统退出，启动过程完成。启动过程中直流蒸汽发生器进口给水的温度由过冷水升高到接近饱和状态然后又过渡到过冷状态。
权利要求
1.一种用于一体化反应堆的启停辅助装置，其特征是:包括启动分离器(15)、贮水箱(16)和循环水泵(17);启动分离器(15)的进口与直流蒸汽发生器(4)的出口管道相连，启动分离器(15)的蒸汽出口经蒸汽阀(20)与主蒸汽管道相连，启动分离器(15)的疏水出口与贮水箱(16)相连；贮水箱(16)的底部出口与循环水泵(17)相连，贮水箱(16)出口有一路管道通过贮水箱出口截止阀(25)、贮水箱水位调节阀(26)以及减温降压装置(27)与凝汽器(22)相连；循环水泵(17)通过循环水流量控制阀(18)与直流蒸汽发生器(4)进口给水管道相连；给水泵(23 )与凝汽器(22 )相连、并通过主给水阀(24)与直流蒸汽发生器(4)进口管道相连、通过冷水阀(28)与贮水箱(16)相连；循环水流量控制阀(18)和主给水阀(24)与蒸汽发生器给水控制系统相连；贮水箱水位调节阀(26)、蒸汽阀(20)以及冷水阀(28)与贮水箱压力控制系统相连。
2.根据权利要求
1所述的用于一体化反应堆的启停辅助装置，其特征是:循环水泵(17)出口还有一路管道通过再循环水流量控制阀(19)与贮水箱(16)相连，再循环水流量控制阀(19)与蒸汽发生器给水控制系统相连。
3.根据权利要求
1或2所述的用于一体化反应堆的启停辅助装置，其特征是:所述的启动分离器(15)为外置式汽水分离器，启动过程中用于将汽、液两相流体进行分离，启动完成以后，通过流量控制阀(28)和流量控制阀(29)的切换将启动分离器退出二回路系统。
4.根据权利要求
1或2所述的用于一体化反应堆的启停辅助装置，其特征是:所述的循环水泵(17)为电力驱动的水泵，水泵转速在反应堆启、停过程中始终保持不变，用于在直流蒸汽发生器(4)、启动分离器(15)和贮水箱(16)之间建立稳定的循环水流量。
5.根据权利要求
3所述的用于一体化反应堆的启停辅助装置，其特征是:所述的循环水泵(17)为电力驱动的水泵，水泵转速在反应堆启、停过程中始终保持不变，用于在直流蒸汽发生器(4)、启动分离器(15)和贮水箱(16)之间建立稳定的循环水流量。
6.一种基于权利要求
1所述用于一体化反应堆的启停辅助装置的一体化反应堆的冷启动方法，其特征是: (1)反应堆充水排气完成以后，反应堆处于满水状态，打开稳压器喷淋阀，使用稳压器电加热件(9)的功率和主泵(3)的机械功提高一回路冷却剂温度； (2)—回路系统升温升压的同时，启停辅助系统贮水箱压力控制系统动作调节水箱压力满足要求，循环水泵(17)打开，循环水由贮水箱(16)经循环水流量控制阀(18)进入直流蒸汽发生器(4)，被一回路冷却剂加热后流回贮水箱(16)，完成一次循环； (3 )稳压器(7 )温度满足要求后，通过下泄流量控制阀(11)排水建立稳压器(7 )汽腔，然后利用稳压器电加热件(9)的功率提高稳压器(7)压力到额定运行压力； (4)调整反应堆功率控制系统(12)实现反应堆临界，提升反应堆(I)功率，实现核加热升温，随着反应堆功率的提高，二回路循环水逐渐产生沸腾； (5)随着反应堆功率的提升，蒸汽发生器给水控制系统不断调整再循环流量控制阀(19)、循环水流量控制阀(18)以及主给水阀(24)的开度，保证直流蒸汽发生器进口给水流量稳定。
专利摘要
本发明提供的是一种用于一体化反应堆的启停辅助装置及一体化反应堆的冷启动方法。启动分离器的进口与直流蒸汽发生器的出口管道相连、的蒸汽出口经蒸汽阀与主蒸汽管道相连、疏水出口与贮水箱相连；贮水箱的底部出口与循环水泵相连、出口有一路管道通过贮水箱出口截止阀、贮水箱水位调节阀以及减温降压装置与凝汽器相连；循环水泵通过循环水流量控制阀与直流蒸汽发生器进口给水管道相连；给水泵与凝汽器相连、并通过主给水阀与直流蒸汽发生器进口管道相连、通过冷水阀与贮水箱相连。本发明在反应堆启动的过程中能够实现一回路冷却剂的升温升压；有效建立二回路启动压力和启动流量，避免流动不稳定现象的出现，并且有效回收工质和热量，缩短启动时间。
文档编号G21D3/12GKCN103117101SQ201310020289
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月19日
发明者夏庚磊, 彭敏俊, 杜雪, 余大力 申请人:哈尔滨工程大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan