管理类ap1000第2章一回路辅助01节化学和容积控制系统

第一节化学和容积控制系统授课人：日期：中电投高级培训中心主要内容1.1系统功能1.2系统描述1.3主要设备结构及工作原理1.4主要技术参数要求1)了解系统主要功能和工艺流程；2)熟悉主要设备结构、作用和运行方式；3)了解本系统和其它系统的相互关系；4)熟悉系统和设备的主要技术参数。1化学和容积控制系统功能系统概述（1）

化学和容积控制系统（CVS）是反应堆冷却剂系统（RCS）的一个主要的辅助系统。它在反应堆的启动、停运及正常运行过程中都起着十分重要的作用，它为反应堆冷却剂系统的水容积控制、化学控制和反应性控制提供了手段。系统概述（2）

与常规的压水堆核电厂相比，AP1000的化学和容积控制系统有较大的简化，其主要特点如下：由于主泵采用无轴密封的全屏蔽式结构，取消了主泵轴封水系统，因此化学和容积控制系统不需保持连续的上充流和下泄流；为补偿一回路的正常泄漏，补水泵根据稳压器的液位信号间断启动运行；利用运行主泵的压头作为净化流的驱动力，实现安全壳内高压净化；负荷跟踪期间，一回路不调节硼浓度，取消了硼回收系统；采用高压加氢技术，取消了化学和容积控制箱；将常规压水堆的硼水补给系统合并入化学和容积控制系统，简化了系统设计。系统主要功能

主要实现三大基本功能：容积控制：通过上充和下泄功能维持稳压器水位，保持一回路水容积。反应性控制：调节冷却剂硼浓度，补偿反应堆缓慢的反应性变化。化学控制：控制反应堆冷却剂的pH值、氧含量和其他气体含量，防止腐蚀，裂变气体积聚和爆炸；除去腐蚀和裂变产物，降低冷却剂的放射性水平。2化学和容积控制系统描述系统描述

化容系统按功能划分，可分为以下子系统：净化子系统补水子系统下泄子系统树脂充排子系统锌/氢气注入子系统辅助喷淋子系统

化学和容积控制系统简图净化

系统净化单元的高压设备布置在安全壳内，利用主泵提供RCS的旁路净化流的强制循环驱动压头。净化流从一台主泵的出口引出，经再生式热交换器和下泄热交换器冷却，降温至54.4℃后再经一台混床、一台阳床和过滤器；然后返回再生式热交换器，被加热后再进入主泵的入口。如果反应堆冷却剂裂变产物的浓度较高，化容系统的下泄流可通过节流孔板降压，然后排入放射性废液处理系统的脱气装置，除去放射性裂变气体。脱气后的含硼水进入暂存箱，由补水泵送回RCS，以实现循环除气。在正常余热排出系统投运后，与正常余热排出系统配合，由余排泵提供强制循环压头对主回路的水进行低压净化。容积控制

一回路平均温度的改变或一回路的泄漏均会造成一回路冷却剂的体积改变，从而引起稳压器水位的变化。AP1000通过反应堆补水控制系统（RMCS）来控制稳压器水位。反应堆补水控制系统通过控制补水子系统和下泄子系统将稳压器水位控制在一个正常范围内。当稳压器水位低时，RMCS自动控制三通控制阀V115，以向一回路提供一定浓度的含硼水。接着补水泵自动启动，向RCS系统进行补水。当稳压器水位高时，RMCS系统控制下泄隔离阀自动开启，将一回路冷却剂经下泄孔板降压后排向核岛液体废物系统。硼浓度调节（1）

RCS的硼浓度调节是为了补偿启堆、停堆、换料和燃耗引起的长周期、大量反应性变化。RCS的硼化和稀释分别采用2.5%的硼酸溶液和除盐水，以上充和下泄配合的方式进行。2.5%浓度的硼酸溶液由硼酸制备罐制备后储存在硼酸储存箱内。硼浓度调节（2）

当需要增加一回路硼浓度时，RMCS设置为硼化模式，自动控制三通控制阀V115全开向硼酸储存箱，然后启动补水泵，向RCS系统中注入浓硼酸。当稳压器水位升高至设定值时，下泄子系统自动投入，维持稳压器水位在正常范围内。当需要降低一回路硼浓度时，RMCS设置为稀释模式，自动控制三通控制阀V115全开向除盐水系统，然后启动补水泵，向RCS系统中注入除盐水。当稳压器水位升高至设定值时，下泄子系统自动投入，维持稳压器水位在正常范围内。pH值控制

控制RCSpH值的化学添加剂为氢氧化锂（Li7OH）。功率运行时，Li_7的浓度是变化的。寿期初由于硼的浓度较高，10B(n，)7Li辐照分解反应产生较多的Li_7，需要连续投入阳床，除去过多的锂离子，控制pH值。寿期末RCS的硼浓度低，10B(n，)7Li反应较弱，只需要间断投运阳床除锂离子。如果pH值变小，需要向一回路添加Li7OH，以提高pH值。含氧量控制

在启动阶段，RCS升温升压初期（82℃），向RCS添加化学除氧药物。功率运行时，向RCS加H2。溶解H2的浓度应高于25cm3(STP)/kgH2O。利用放射性废液处理系统的脱气装置进行RCS的除气操作。因此在计划停堆前24小时内，溶解H2的浓度可降至15cm3/kg左右。系统设有一台加锌（Zn）计量泵，连续向RCS添加醋酸锌，维持冷却剂中锌的浓度（5-40ppb），以减少RCS内表面氧化膜的溶解，从而降低电厂职业辐射剂量。硼酸配制回路

化容系统的硼酸制备罐可以为用户制备不同浓度的硼酸溶液。硼酸溶液的用户有：CVS系统硼酸储存箱、非能动堆芯冷却系统的堆芯补水箱、安注箱和安全壳内换料水箱（IRWST）以及乏燃料水池。2.5%浓度的硼酸溶液是在硼酸溶液制备罐中配制的。箱内装有电加热器和搅拌器。配制的方法是将结晶状的硼酸（H3BO3）同除盐水系统的除盐水相混合，用搅拌器搅拌，同时加热使硼酸晶体溶解，得到相应浓度的溶液。化学添加剂制备回路

CVS系统中有一个化学加药罐。需添加化学药物时，将化学药物手动倒入容器内，然后用除盐除氧水冲到补水泵的入口，由补水泵打入一回路系统。所加氢氧化锂所含Li_7同位素的丰度必须超过99.9%。容积控制原理

所谓容积控制就是通过化容系统的下泄排放能力和废液系统的暂存箱吸收部分一回路水容积变化量，维持稳压器水位在一个整定的范围内。稳压器不能全部吸收一回路水溶剂的变化。水的比容随温度变化曲线图

050100150200250300350T（℃）21.81.61.41.21.010-3(m3/kg)容积控制原理图化学控制原理

冷却剂在一回路内循环流动，其水化学特性在整个回路都相同。由于水的温度增高，水中含氧量增加，一回路水PH值降低，都将导致一回路部件的腐蚀。冷却剂通过堆芯时，由于中子的辐照，水中的腐蚀产物被活化；而且，冷却剂也有可能带出从元件包壳破裂处逸出的裂变产物。化学控制原理图反应性控制原理（1）反应堆在长期功率运行期间，影响反应性变化的因素主要有以下几点：燃料燃耗；燃料温度变化引起多普勒效应；燃料元件中产生裂变产物，如氙-135，钐-149，它们是吸收中子的毒物，并且浓度随功率变化而改变；一回路冷却剂的温度效应。反应性控制原理（2）反应性控制的目的是，调节一回路水的硼浓度以保证在压水堆功率运行时，控制棒组件的调节棒组可以位于正常的调节带范围，保证反应堆获得足够的停堆裕度。可采取如下措施：

—加硼，在补水泵吸入口注入预先规定数量的硼酸溶液。在正常功率运行时，为了将调节棒组调整到正常使用范围；或者，反应堆停运时，为了增加停堆深度，需进行加硼操作。

—稀释，用等量的除盐水代替一部分一回路冷却剂的硼水。

—除硼，用离子交换树脂吸附一回路水中的硼酸。3化学和容积控制系统主要设备及工作原理设备描述化学和容积控制系统由再生式热交换器、下泄热交换器、离子交换器、过滤器、补水泵、硼酸制备罐、硼酸储存箱、化学加药罐、管道、阀门和仪表等组成。离子交换床化容系统离子交换床的功能主要是除去放射性的腐蚀产物和离子状的裂变产物。混床使用的交换树脂为Li型阳树脂和HO型阴树脂。在燃料破损率达到设计基准事故的工况下，除盐床能在一个换料周期内采用全流量的方式处理下泄冷却剂。为避免稀释反应堆冷却剂，混床在与主回路连接之前，应使树脂内所含硼酸饱和，也叫“除盐床硼饱和”操作。两台混床并联，正常运行中一台运行，另一台备用。阳床为H型阳树脂，间断运行，主要用来控制Li_7的浓度，Li_7主要来自于10B(n，)7Li反应。阳床也能够确保反应堆冷却剂中铯136的浓度应低于1μCi/cm3。正常运行时，阳床间断运行，当燃料元件破损或需要降低RCS的pH值时投入阳床。过滤器三台过滤器是折叠纸制滤网过滤器，前后压差为0.069MPa，可以过滤掉直径大于0.1μm的颗粒，过滤效率可达98%。过滤器分别用来过滤除盐床后的杂质、树脂碎片和上充水中的杂质。过滤器结构图

主法兰起吊螺栓法兰盖定位板固定组件含O型密封圈吊耳支撑方管壳体底盖出口(N2)滤芯滤芯管板进口（N1)放空口（N3）网孔管主螺栓补水泵补水泵是卧式、多级离心泵，通过联轴器和交流电动机连接。补水泵的电机和润滑油冷却器均采用房间内的空气进行冷却。每台补水泵设置有一条小流量管线，每条管线上有一台小流量热交换器，由设冷水为小流量热交换器提供冷却。泵的出口母管上有一只流量调节阀，控制补水流量。每台补水泵能补偿一回路内径为Ф9.5mm的破口或蒸汽发生器一根传热管破裂后的泄漏量。再生热交换器再生热交换器将从高温流体导出的热量用于加热即将进入一回路的净化流体，从而降低由于上充子系统补入的冷水进入高温的一回路系统而对一回路管道造成的热冲击。未净化的流体经过再生热交换器的管侧，而净化后的流体经过再生热交换器的壳侧。再生热交换器的管侧和壳侧均采用不锈钢制造。再生热交换器外观图下泄热交换器下泄热交换器是U形管式热交换器，冷却水来自设备冷却水系统。下泄流体的出口温度由一个调节冷却水流量的设备冷却水流量调节阀控制，使下泄流体温度适宜离子交换床的运行要求。高温净化流体经过下泄热交换器的管侧，冷却水经过壳侧。管侧材料是不锈钢制造，壳侧材料为碳钢。下泄热交换器外观图下泄孔板下泄孔板实现的是降压功能，使用奥氏体不锈钢制造。孔板按正常下泄流设计，正常下泄压降一般为13.1Mpa。孔板设置旁路管线，在一回路卸压后旁通下泄孔板，维持低压下泄流量。硼酸储存箱硼酸储存箱位于厂房外面的空地，是一个立式、圆柱形的不锈钢罐。因为正常运行期间，一回路基本不使用调硼的方式调节功率，故此硼酸使用量很少，硼酸附带引入的氧气体积对一回路的含氧量影响有限。所以，硼酸储存箱直接与大气连同。硼酸储存箱内部和硼酸输送管道上装有电加热器，防止4350PPm浓度的硼酸溶液结晶。硼酸制备箱硼酸制备箱是一个奥氏体不锈钢圆柱形箱体，用于制备2.5%浓度的硼酸溶液。在硼酸溶液制备之后，将硼酸溶液传输至硼酸储存箱。硼酸制备箱上部设有添加硼酸晶体的接管，侧面设有与除盐水系统的接口及溢流管线，