摘要：随着科技的不断创新和发展，AP1000机组化学容积控制系统的设计也取得了极大的进步，相对于CPR1000来说，AP1000是引进的美国西屋公司设计的第三代核电机组。能够抵御多重故障甚至是一些比较极端的工况，其各方面的指标都达到了国际先进水平。但是在净化回路压力状态、系统管路、设备布置等方面两者都存在差异，在此主要将两者进行比较分析，探讨AP1000机组化学容积控制系统与CPR1000相比较存在的优点及不足之处。
关键词：CPR1000机组；AP1000机组；化学容积控制系统
引言：
对反应堆冷却系统及非能动堆芯冷却系统来说，AP1000机组化学容积控制系统具有举足轻重的作用，因为其提供了非常重要的支持和辅助功能。其主要的功能体现在以下七个方面：含氧量控制、净化功能、调硼及化学控制、反应堆冷却剂水装量控制功能、辅助设备（包括安注箱、安全壳内置换料水箱、堆芯补水箱等）、稳压器辅助喷淋系统、硼水补充。另外，在乏燃料冷却系统和化容系统之间还建立了接口关系，这样在一方硼水不足的时候，另一方会提供水源进行补水。在此主要将CPR1000和AP1000进行比较，从以下几个方面探讨分析AP1000的设计特性。
1 AP1000三代核电技术的特点
AP1000是美国西屋电器公司利用AP600的非能动安全设计概念，加上系统80+双环路设计思想，以降低容量成本为目标，使AP1000的安全性和经济性都大为提高。
AP1000设计采用了非能动安全系统的概念来改进电厂安全，并且大范围地简化电站设计来提高电站的安全、建造、运行和维护。
AP1000更强调依靠自然力量的安全特性，安全系统采用自然力如压缩空气、重力流动、自然循环和对流。安全系统尽量少用泵、风机、柴油机、冷水机或别的能动机械并且无须安全级别支持系统，如交流电、冷却水、通风等。
2 AP1000化容系统净化回路的运行特点
AP1000包括许多的工艺系统，其中一个最重要的工艺系统就是化学和容积控制系统（CVS），化学和容积控制系统主要是由热交换器、除盐床、过滤器、补水泵、箱体和相关阀门、管道、仪表组成，它的安全功能包括安全壳隔离、终止反应堆冷却剂系统（RCS）意外硼稀释、维持RCS压力边界完整性、隔离过多补水和下泄隔离。非安全相关功能主要包括净化、氧控制、稳压器辅助喷淋、反应堆冷却剂系统的水装量控制和补给、调硼和化学控制、RCS的充水和压力试验以及为其他的系统提供含硼水，化学和容积控制系统在AP1000的运行过程中起着非常重要的作用。
根据设计，CVS净化回路在正常运行期间以及设计基准燃料破损情况下，能维持RCS放射性水平在技术规格书的限值之内。CVS能提供至少每16小时净化一个完整的RCS装量的RCS净化流量。净化流量设计为22.7m³/h，留有一定裕量，能降低职业照射，更好的接近RCS设备。CPR1000机组化容系统净化回路的压力经过混床的节流孔板的时候压力值会从15.5MPa降低到2.4MPa，这就改善了下泄热交换器的外围运行环境，间接的降低了下泄热交换器的设计指标要求。下泄流经过热交换器后下泄阀的压力就会降低到0.2MPa到0.3MPa，同时也降低了混床、阳床及下游过滤器的运行压力，改善了树脂、滤芯的运行环境，降低了它们的制造标准。相对于CPR1000机组来说，AP1000机组化容系统的净化回路系统对于设计的压力要求高很多，在RCS运行压力（15.4MPa）下运行。正常功率运行期间，CVS利用反应堆冷却剂泵的压头驱动净化流体。由于AP1000机组的净化回路对于净化系统的设计制造及使用寿命都有较高的要求，特别是对于树脂床都要求有较高的运行压力，保障了树脂床的净化能力延长了使用寿命【1】。
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3 化学和容积控制系统设备布置优化设计
3.1 补水泵的功能减少
在CPR1000机组中，化容系统的补水泵功能是把水压力升高到17.7MPa输送到另一个回路，补水泵其实这时候就扮演了高压安注泵的功能，同时维持一个回路主泵轴封水得到循环冷却。所以补充泵在CPR1000机组中三台泵至少有一台在运行。但是在AP1000化容控制系统中，补水泵只能用来补水，并没有增压功能。因为AP1000机组冷却剂泵用的是屏蔽泵，所以主泵轴封的循环冷却系统就被取消掉，同时CVS不承担负荷的跟踪功能，这样一来补水泵的工作要求就降低，正常运行时，只用于一回路调硼、补水以及其他系统补水等作用。泵的能耗和维护费用也得到了极大的降低。
3.2 化容系统没有混床前置的过滤器和旁通管路
AP1000机组化容系统混床起到了过滤器的作用。除盐混床设计压力为RCS全压，有树脂添加和疏排、冲洗、疏水接管。容器中有一个截留滤网，并在反冲洗出口管嘴处安装网筛。滤网能以最小压降截留树脂。入口管嘴带有一个挡板，将流体转向，保护树脂床。相对于CPR1000系统来说，AP1000机组化容系统混床上游因为安置了温度传感器，所以当下泄流的温度高于树脂床的温度限定值的时候，温度传感器就会监测到高温信号，在CPR1000系统中收到该高温信号时就会打开三通阀泄压，这就间接保护了树脂避免被高温破坏【2】。AP1000机组化容系统因为没有主泵轴封水循环冷却系统，不用考虑补水泵流量保护问题，也不用考虑主泵轴封补水问题，但也设置了旁路管线，用于电厂升温除气通过运行旁路管线避免为除氧添加联氨造成对除盐床树脂性能的损害。此外，当净化流温度过高时，可以手动切换到除盐床旁路运行，防止树脂被高温破坏。
3.3 设备和工艺管道的优化设计。
按照化学和容积控制系统的性能以及辐射分区安排，化学和容积控制系统的大部分重要设备都是被优化布置在反应堆核辅助厂房的-12.5m到+16.5m的地方。在反应堆核辅助厂房的-12.5m楼道里主要安排布局了过滤器、热交换器和补水泵机组，这三者中，补水泵机组能够达到建造以及检查验用的标准，因为工艺管道里面有很多具有放射性的流动气体和液体，离心泵机组被布局安置到专门的房间内。这个房间和工艺管道走廊紧紧挨着，走廊里隐藏了大多数跟离心泵关联的工艺管道，于是房间内部的空间就变得比较大，相关工作人员在安装或者检修离心泵的时候操作也比较方便。
工艺管道走廊是一个形状较长的房间，体积大约是20 X 3 X 8立方米，在这个房间内大约有十几条不同内径大小的动力管道。这些动力管道的安排布局整齐规范，管道之间相互平行，大多呈直线状，弯状管道较少而且管道之间的相互交错也很少，这样不仅能够减少管道制作材料，而且也减少了相关工作人员在安装时候的麻烦。考虑到热胀冷肃的因素，针对3 寸或者4寸内径的管道应该在管廊内部设置一些π形补偿器，从而确保管道在温度较高时的状态，防止因为热胀冷缩发生问题。π形补偿器在设置前必须提前进行拉伸，拉伸的长度应该是热伸长量的一半。而且管廊里面的所有阀门在安装的时候都应该安装于一些方便相关工作人员进行操作的位置。尽量密集地分布安排这些阀门也方便于安排操作平台以及梯子。
综上所讲，可以看出依托先进的制造技术AP1000技术“减”的设计理念得到了充分的展示，虽然净化回路对于树脂床的设计制造要求比较高，对于稳定性及后期的维护带来了巨大的挑战，但是可以有效的降低补水泵的能量消耗，同时也降低了其他设备的投资及维护费用。使用屏蔽泵可以取消以往化容系统中的主泵轴封水循环冷却系统，这样就直接的简化了AP1000机组化容系统，让系统得到优化升级。而对于非能动安注系统的利用也起到了重要的作用，其降低了补水泵的运行要求标准，系统的整体维护费用得到了极大的优化降低。因此相对于CPR1000来说，AP1000的优势更加明显，并且随着世界核电设备的不断发展，后者的发展优势将更加明显。
参考文献：
[1]董旭，杜晓彬，陈洪涛 - 《城市建设理论研究（电子版）》2016年8期
[2]金衍胜。关于AP1000机组化学容积控制系统设计特性的探讨[J]。资源节约与环保，2015，（10）：56.
论文作者:郑家学
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：系统论文; 机组论文; 容积论文; 控制系统论文; 管道论文; 回路论文; 水泵论文; 《电力设备》2018年第27期论文;