一种核反应堆热工水力系统试验二回路启动方法与流程

1.本发明涉及核反应堆热工水力系统试验技术领域，具体涉及一种核反应堆热工水力系统试验二回路启动方法。


背景技术：

2.核反应堆热工水力系统试验一般包括一回路系统和二回路系统。系统试验装置的二回路结构组成较为复杂，包含的设备多。反应堆系统试验的启动关键在于二回路的启动。二回路的启动与一回路的功率变化紧密耦合，而且涉及到回路系统由纯水变蒸汽的过程，操作过程中稍有不慎可能会导致水锤、冷凝器液位过低等危险物理现象。启动过程复杂，需要科学合理的启动方法，才能安全、有效地启动核反应堆热工水力系统实验的二回路。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：核反应堆热工水力系统试验的二回路的启动过程与一回路的功率变化紧密耦合，启动困难，而且涉及到回路系统由纯水变蒸汽的过程，操作过程存在着稍有不慎可能会导致水锤、冷凝器液位过低等危险物理现象，本发明目的在于提供一种核反应堆热工水力系统试验二回路启动方法，结合一回路的功率和温度变化来启动二回路，以解决上述技术问题。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.本方案提供一种核反应堆热工水力系统试验二回路启动方法，所述二回路包括：给水单元、蒸汽单元和冷凝器，所述给水单元、蒸汽单元和冷凝器依次连通构成回路；二回路启动方法包括以下步骤：
6.步骤一：对核反应堆热工水力系统试验的一回路进行升温升压，并实时获取一回路的温度信息；
7.步骤二：对二回路的蒸汽单元和冷凝器进行预处理；
8.步骤三：启动二回路的给水单元，同时维持一回路的升温速率为v1；
9.当冷凝器的压力超过阈值时，连通冷凝器和给水单元使给水单元中的冷却水通入冷凝器；保持冷凝器的压力恒定；
10.步骤四：根据一回路的温度状态信息与参考温度比对结果调节二回路使给水单元的给水流量直至到达参考流量。
11.本方案工作原理：由于一回路的功率和温度变化，核反应堆热工水力系统试验二回路的启动是一个复杂的过程，启动过程中如果操作不合适很容易导致水锤、冷凝器液位过低等现象，存在较大的安全隐患；本发明提供的一种核反应堆热工水力系统试验的二回路启动方法，通过一回路与二回路的配合，设计合理、有序的操作步骤，解决高温高压核反应堆热工水力系统试验过程中二回路启动困难问题，能够使系统试验的二回路安全、有效地启动。
12.在启动过程中，实时获取一回路的温度信息，根据一回路的温度信息调节二回路
使给水单元的给水流量；与一回路紧密配合，考虑了二回路设备运行过程中的参数要求，使核反应堆热工水力系统试验能够安全、稳定地启动，为实际核反应堆瞬态热工水力系统提供数据基础。
13.进一步优化方案为，所述预处理过程包括：
14.将蒸汽单元和冷凝器从二回路中隔离，排空蒸汽单元内的液态水并降低冷凝器的液位至初始阈值；
15.令蒸汽单元排出蒸汽，经过时间t后蒸汽单元停止排出蒸汽。
16.在启动给水单元之前，先对蒸汽单元和冷凝器进行预处理，将蒸汽单元中多余的液态水和冷凝器的液位初始化，以防止影响后续调节操作。
17.进一步优化方案为，所述初始阈值为冷凝器液位最高值的一半。
18.进一步优化方案为，在启动二回路的给水单元时，令蒸汽单元与冷凝器隔断，同时蒸汽单元与给水单元隔断。
19.进一步优化方案为，步骤四包括以下子步骤：
20.s41、当一回路的温度满足第一温度等级时，调节给水单元、蒸汽单元和一回路升温速率，使给水单元的给水流量到达正式试验所需最小值；
21.s42、当一回路的温度满足第二温度等级时，调节给水单元使给水单元的给水流量到达正式试验所需最大值；
22.s43、当一回路的温度满足第三温度等级时，调节给水单元、蒸汽单元和一回路升温速率，使给水单元的给水流量到达参考流量。
23.进一步优化方案为，所述蒸汽单元包括蒸汽调节阀和蒸汽发生器；所述给水单元包括：给水箱、给水泵和给水调节阀；
24.所述蒸汽调节阀安装在蒸汽发生器与冷凝器之间，给水调节阀安装在蒸汽发生器与给水泵之间，给水泵与给水箱连接，给水箱与冷凝器之间通过截止阀连接。
25.进一步优化方案为，所述第一温度等级为160℃，第二温度等级为tref-30℃，第三温度等级为tref-10℃；所述tref为一回路在正式试验时需保持的温度。
26.进一步优化方案为，步骤s41具体包括：
27.当一回路的平均温度升至160℃时，确保给水泵已经盘车并且有冷却水向冷凝器供应；
28.在给水泵的40％最大频率下启动给水泵，将蒸汽调节阀开度调至10％，同时维持一回路的升温速率为v2；调节给水调节阀开度使给水单元的给水流量增至正式试验所需最小值；
29.将给水泵频率升至最大频率的60％，同时维持一回路的升温速率为v3，其中v3≤60℃/h，且v1＜v2＜v3；
30.当冷凝器压力超过20％p
ref
时，打开截止阀连通冷凝器与给水水箱，同时调整冷却水阀门开度使冷却水进入冷凝器，保持冷凝器压力在20％p
ref
。其中p
ref
是指二回路蒸汽参考压力，压力点的位置在蒸汽管道上的文丘里之前。
31.进一步优化方案为，步骤s42具体包括：
32.当一回路平均温度升至tref-30℃时，增加给水泵频率同时减小给水调节阀开度使给水单元的给水流量维持不变，增加蒸汽单元的压力，直至给水泵频率升至正式试验所
需最大值；
33.进一步优化方案为，步骤s43具体包括：
34.当一回路平均温度升至tref-10℃时，维持给水泵频率不变并增加给水调节阀开度，调节蒸汽调节阀开度，使给水单元的给水流量达到参考流量且蒸汽压力接近p
ref
，同时维持一回路的升温速率≤60℃/h。
35.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
36.本发明提供的一种核反应堆热工水力系统试验二回路启动方法，通过一回路与二回路的配合，设计合理、有序的操作步骤，解决高温高压核反应堆热工水力系统试验过程中二回路启动困难问题，能够使系统试验的二回路安全、有效地启动；在启动过程中，实时获取一回路的温度信息，根据一回路的温度信息调节二回路使给水单元的给水流量；与一回路紧密配合，考虑了二回路设备运行过程中的参数要求，使核反应堆热工水力系统试验能够安全、稳定地启动，为实际核反应堆瞬态热工水力系统提供数据基础。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
38.图1为核反应堆热工水力系统试验二回路结构示意图。
39.附图中标记及对应的零部件名称：
40.1-给水泵，2-给水调节阀，3-给水流量计，4-蒸汽发生器，5-蒸汽流量计，6-蒸汽调节阀，7-冷凝器，8-截止阀，9-给水箱，10-排水阀，11-冷却水调节阀，12-给水管道，13-蒸汽管道。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
42.核反应堆系统试验的启动关键在于二回路的启动。二回路的启动与一回路的功率变化紧密耦合，而且涉及到回路系统由纯水变蒸汽的过程，操作过程中稍有不慎可能会导致水锤、冷凝器液位过低等危险物理现象；启动过程复杂，需要科学合理的启动方法，才能安全、有效地启动核反应堆热工水力系统实验的二回路。鉴于此，本发明提供以下实施例以解决上述技术问题。
43.实施例1
44.本实施例提供一种核反应堆热工水力系统试验二回路启动方法，所述二回路包括：给水单元、蒸汽单元和冷凝器，所述给水单元、蒸汽单元和冷凝器依次连通构成回路；所述蒸汽单元包括蒸汽调节阀和蒸汽发生器；所述给水单元包括：给水箱、给水泵和给水调节阀；
45.所述蒸汽调节阀安装在蒸汽发生器与冷凝器之间，给水调节阀安装在蒸汽发生器
与给水泵之间，给水泵与给水箱连接，给水箱与冷凝器之间通过截止阀连接。
46.二回路启动方法包括步骤：
47.步骤一：对核反应堆热工水力系统试验的一回路进行升温升压，并实时获取一回路的温度信息；
48.步骤二：对二回路的蒸汽单元和冷凝器进行预处理；
49.步骤三：启动二回路的给水单元，同时维持一回路的升温速率为v1；
50.当冷凝器的压力超过阈值时，连通冷凝器和给水单元使给水单元中的冷却水通入冷凝器；保持冷凝器的压力恒定；
51.步骤四：根据一回路的温度状态信息与参考温度比对结果调节二回路使给水单元的给水流量直至到达参考流量。
52.所述预处理过程包括：
53.将蒸汽单元和冷凝器从二回路中隔离，排空蒸汽单元内的液态水并降低冷凝器的液位至初始阈值；
54.令蒸汽单元排出蒸汽，经过时间t后蒸汽单元停止排出蒸汽。
55.所述初始阈值为冷凝器液位最高值的一半。
56.在启动二回路的给水单元时，令蒸汽单元与冷凝器隔断，同时蒸汽单元与给水单元隔断。
57.步骤四包括以下子步骤：
58.s41、当一回路的温度满足第一温度等级时，调节给水单元、蒸汽单元和一回路升温速率，使给水单元的给水流量到达正式试验所需最小值；
59.当一回路的平均温度升至160℃时，确保给水泵已经盘车并且有冷却水向冷凝器供应；
60.在给水泵40％最大频率下启动给水泵，将蒸汽调节阀开度调至10％，同时维持一回路的升温速率为v2；调节给水调节阀开度使给水单元的给水流量增至正式试验所需最小值；
61.将给水泵频率升至最大频率的60％，同时维持一回路的升温速率为v3，其中v3≤60℃/h，且v1＜v2＜v3；
62.当冷凝器压力超过20％p
ref
时，打开截止阀连通冷凝器与给水水箱，同时调整冷却水阀门开度使冷却水进入冷凝器，保持冷凝器压力在20％p
ref
；其中p
ref
是指二回路蒸汽参考压力；压力点的位置在蒸汽管道上的文丘里之前。
63.s42、当一回路的温度满足第二温度等级时，调节给水单元使给水单元的给水流量到达正式试验所需最大值；
64.当一回路平均温度升至tref-30℃时，增加给水泵频率同时减小给水调节阀开度使给水单元的给水流量维持不变，增加蒸汽单元的压力，直至给水泵频率升至正式试验所需最大值；
65.s43、当一回路的温度满足第三温度等级时，调节给水单元、蒸汽单元和一回路升温速率，使给水单元的给水流量到达参考流量。
66.当一回路平均温度升至tref-10℃时，维持给水泵频率不变并增加给水调节阀开度，调节蒸汽调节阀开度，使给水单元的给水流量达到参考流量且蒸汽压力接近p
ref
，同时
维持一回路的升温速率≤60℃/h。
67.所述tref为一回路在正式试验时需保持的温度。
68.实施例2
69.如图1所示，热工水力系统试验的二回路包括给水泵1、给水调节阀2、给水流量计3、蒸汽发生器4、蒸汽流量计5、蒸汽调节阀6、冷凝器7、截止阀8、冷却水调节阀9、给水箱9、蒸汽管道13、排水管以及排气管等。需要在试验装置的一回路布置温度测点，用来测量一回路平均温度。在二回路的给水流量计3和蒸汽流量计5用于测量二回路的给水流量、蒸汽流量和蒸汽的温度等。
70.试验装置二回路的具体启动步骤如下：
71.a.在一回路升温升压过程中，将二回路系统给水段和蒸汽段各调节阀调至合适开度。给水段的调节阀开度为0，蒸汽段调节阀开度设为40％-80％之间的任一开度值。
72.b.关闭给水调节阀2，关闭截止阀8，使蒸汽管道13和冷凝器7进出口与二回路其他装置保持隔开；打开蒸汽调节阀6，保持蒸汽管道13与冷凝器连通7；关闭冷凝器的冷却水调节阀11；防止冷却水进入冷凝器7使冷凝器内形成负压。
73.c.打开蒸汽管道13的下游排气阀，打开蒸汽管道13的两个排水阀，将蒸汽管道13内液态水全部排出，关闭蒸汽管道13的两个排水阀；打开冷凝器7的一次侧排气阀，打开冷凝器7的底部排水阀10，冷凝器7液位降到最高值的一半时关闭冷凝器的排水阀10。经过多次实验得到冷凝器液位降低到最高值一半时会使冷凝器液位在后面的实验中保持一个合理的范围。如果冷凝器液位过高会导致水锤现象的产生，如果冷凝器液位过低会导致后续工况变化实验过程中冷凝器内水全部失去而无法完成实验。
74.d.保持蒸汽管道13下游排气阀和冷凝器7的一次侧排气阀打开；待蒸汽管道13下游排气阀冒出蒸汽时，关闭此排气阀；待冷凝器7的一次侧排气阀冒出大量蒸汽5min后，关闭此排气阀；这时冷凝器液位上方的空气都随蒸汽从排气阀排出，冷凝器上方没有空气。
75.e.当一回路平均温度升至160℃时，确保给水泵1已经盘车并且有冷却水为给水泵冷却，为给水泵1送电。在40％给水泵最大频率下启动给水泵1，将蒸汽调节阀6开度缓慢调至10％，同时加大一回路加热功率维持一回路系统升温速率v2。缓慢调节给水调节阀3的开度，使给水单元的给水流量到达正式试验所需最小值；给水泵1频率升至最大频率的60％，同时加大一回路的加热功率控制一回路系统升温速率为v3，v3小于等于60℃/h；观察冷凝器7的压力，当冷凝器7的压力超过阈值20％p
ref
，打开截止阀8连通冷凝器7与给水箱9，同时调整冷却水阀门11开度使冷却水进入冷凝器7，保持冷凝器7的压力在20％p
ref
左右。其中p
ref
是指二回路蒸汽参考压力。压力点的位置在蒸汽管道上的文丘里之前。冷凝器压力过低会导致水箱内的水倒吸入冷凝器；而冷凝器压力过高会导致冷凝器液位过低。
76.f.当一回路平均温度升至(tref-30)℃时，缓慢增加给水泵1频率同时减小给水调节阀2开度并适当调节蒸汽调节阀开度，使给水单元的给水流量基本维持不变、蒸汽单元的压力缓慢增加；直至给水泵频率升至本次试验所需最大值。其中tref是一回路在正式试验时需要保持的温度。
77.g.当一回路平均温度升至(tref-10)℃时，维持给水泵1频率不变并缓慢增加给水调节阀3开度并适当调节蒸汽调节阀6开度，使给水单元的给水流量达到试验所需值且蒸汽压力接近p
ref
。调节给水调节阀3开度，控制一回路系统升温速率不大于60℃/h，如果升温速
率过快会导致一回路泄露。
78.h.将二回路流量调节至需要的工况，同时手动调节一回路功率配合二回路流量变化。
79.本发明是基于反应堆热工水力系统试验回路启动的需要，研发出来的一种新型的反应堆热工水力系统试验装置的二回路启动方法；此二回路启动方法能够保证反应堆热工水力系统试验能够安全、稳定地启动，二回路包括蒸汽发生器、蒸汽调节阀、冷凝器、给水水箱、给水泵、蒸汽管道排水管以及排气管等，通过与一回路紧密配合，二回路分步启动，有效保护了各设备，避免水锤和冷凝器液位过低现象的发生，并保证蒸汽的顺利产生。
80.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。