核电站抽真空启动与水实体启动的对比分析

核电站抽真空启动与水实体启动的对比分析

胡连勇

国核示范电站有限责任公司 山东荣成 264300

摘要：核电站有两种启动方式：水实体启动和抽真空启动。本文对这两种典型的启动方式进行了详细介绍，将抽真空启动和水实体启动的差异进行了对比，并对抽真空启动过程中的要点及注意事项进行了详细分析，希望对采用抽真空启动的核电站在编制运行规程和执行启动操作方面有所帮助。

关键词：抽真空　水实体　汽腔　排气　汽蚀

1. 概述

核电站启动指核电厂从装料、充水排气、升温升压建立汽腔、提升控制棒到反应堆达到临界的过程。在启动前，由于经过了换料开盖操作，一回路主系统中会进入大量空气，这些空气如果不除去，在运行过程中会加剧设备的腐蚀，引起冷却剂放射性升高，同时这些气体还会影响稳压器的压力控制效果。因此，在启动过程中需要对主系统进行除气操作。由于启动过程中的除气操作比较特殊，根据除气方式定义了两种核电站启动方式：水实体启动和抽真空启动。目前国内核电站大多采用水实体启动，美国核电站基本采用抽真空启动。

2. 启动方式介绍

   1. 1. 抽真空启动

抽真空启动利用抽真空设备对主系统进行连续抽真空操作，使不凝结气体和析出的溶解氧被不断抽出，同时，主系统在真空状态下充水并建立稳压器汽腔。通过这种方式可以减少换料大修的时间，避免了多次启动主泵排气的操作，减少了对主泵的冲击，有利于核电厂的安全经济运行。

核电站抽真空启动的大致过程如下：

1. 一回路排水

当电站停堆换料及设备维修结束后，将换料水池排水到压力容器法兰面以下。将一体化上封头就位，通过下泄系统将一回路排水至半管运行水位。

2. 主泵定子腔室抽真空

通过便携式抽真空泵对主泵定子腔室抽真空。各主泵定子腔室抽真空管线经母管与便携式抽真空泵相连，启动抽真空泵，确认各主泵定子腔室压力以相同速率下降。

3. 一回路抽真空

当主泵定子腔室压力满足要求后，通过抽气喷射器对一回路抽真空。抽气点设置在稳压器顶部和压力容器顶部排气管线。抽气喷射器通过厂用压缩空气系统驱动，不凝结气体被抽出后经过滤处理从烟囱排出。

4. 主系统充水

当一回路压力降到规定值时，启动补水泵向一回路充硼水，并始终保持抽真空系统运行。直到稳压器液位达到目标值，停止充水操作并隔离抽真空管线，将抽真空装置移除。

5. 稳压器建立汽腔

投运稳压器电加热器进行升温升压，并调节余热排出系统冷却流量，控制一回路升温速率。稳压器内温度达到相应压力下的饱和温度后，继续升温，稳压器汽腔形成。

6. 主泵定子腔室充氮

当一回路压力升高后，将临时氮气瓶与主泵定子腔室相连，充入干燥氮气，最终保证主泵定子腔室在一个大气压，防止湿空气进入腐蚀定子部件。

7. 稳压器排气

继续升压升温，当稳压器压力达到设计值时进行排气操作，排出不凝结气体。

8. 升温升压

继续升温升压，满足条件后启主泵、加联氨除氧，待一回路压力达到正常值时，稳压器压力控制投自动。

1. 1. 2. 水实体启动

我国的二代压水堆核电站多数采用水实体启动。这种启动方式是在一回路充水过程中进行静态排气，当一回路充满水后，再通过多次点动主泵对一回路进行动态除气。

水实体启动操作过程如下：

1. 一回路充水静态排气

电站换料结束后向一回路充入含硼水。充水过程中，依次开启主泵泵壳排气阀，压力容器顶盖排气阀，稳压器顶部排气阀，当排气管线冒出稳定水流后，依次关闭排气阀，一回路充水至水实体。

2. 点动主泵动态排气

将下泄管线上的调节阀置一回路压力控制模式，调节一回路压力满足启泵条件后点动主泵排气，开启稳压器顶部、主泵泵壳和压力容器顶部的排气阀，直至排气管线冒出连续水流后关闭这些排气阀。重复上述动态排气操作直到排气结束。

3. 一回路升温升压

继续升温升压，满足条件后启主泵、加联氨除氧。通过投入稳压器电加热器和控制上充下泄流量建立汽腔。待一回路压力升至正常运行值后，稳压器压力控制投自动。

3. 抽真空启动和水实体启动分析比较

抽真空启动和水实体启动差异较大，主要体现在是否要水实体、是否启动主泵排气、何时启动主泵、何时建立汽腔等。

抽真空启动耗时短，缩短了换料大修的时间，电站经济性提高；稳压器较早建立汽腔，一回路压力比较容易控制。但采用屏蔽泵，需要先对定子腔室抽真空，有损坏定子屏蔽套的风险；抽真空过程中压力仪表没有主控指示，有过程控制风险；抽真空时水位要严格控制在半管水位，需要操纵员精细控制，且此时处于真空状态，余热排出泵汽蚀风险较大；需要增加额外的抽真空装置，投资成本和维护成本增大。

水实体启动采用主泵除气，无需额外抽气装置，降低了采购和维护成本；一回路维持在满水状态且压力相对高，除气效果较好，余热排出泵汽蚀风险较低。但采用机械密封泵，需要提供持续轴封水流量，有丧失轴封水跳泵风险；需要多次点动主泵进行排气，耗时较长，且启动过程泵电机电流很大，影响主泵的使用寿命；稳压器建立汽腔前，压力靠下泄背压调节阀控制，一回路有低温超压风险。

另外，抽真空启动先建立汽腔后启主泵，波动管热应力在建立汽腔时小，启动主泵时大。而水实体启动先启主泵后建立汽腔，波动管热应力在建立汽腔时大，启动主泵时小。

4. 抽真空启动的要点分析

目前我国引进的美国三代核电技术，采用的是抽真空启动，需关注以下事项：

1. 一回路温度。维持冷却剂在尽量低的温度，能达到的真空度就越高，除气效果越好。而冷却剂温度与停堆时间、环境温度、各冷却水的温度和流量等有关。

2. 一回路真空度。真空度并不是越高越好，过高引起冷却剂大面积汽化，可能会导致燃料棒表面发生硼结晶，不利于堆芯余热排出；沸腾会使冷却剂硼浓度降低，引起硼稀释事件，反应堆停堆深度降低，不利于反应堆安全运行。同时真空度也不能低，否则除气效果不好，进而影响自然循环的建立，不利核电站安全；此外还会延长稳压器建立汽腔的时间。

3. 主泵定子腔室的抽真空。主泵定子屏蔽套非常薄，且不能承受自外向内的压力，必须在一回路抽真空前先对主泵定子腔室抽真空，保证整个过程中主泵定子腔室的压力始终小于或等于一回路压力。

4. 一回路水装量。维持在半管运行值，基于两个原因，一是该水位足够高，能有效保证余热排出泵的静正吸入压头，二是该水位足够低，能保证SG的U型管无水封，利于不凝结气体有效抽出。

5. 稳压器液位。抽真空启动过程中稳压器液位略有升高是正常现象，但上升过多有可能导致SG的U型管封闭，必要时可暂停抽真空，通过下泄管路排水。

6. 余热排出泵的安全运行。此阶段一回路压力很低且在半管水位，随着排气进行，部分气体进入泵腔内引起出口流量不稳定。如果这个过程很短暂，则视为正常现象，并不是发生了泵汽蚀。操纵员应该事先预期到这一现象，以免误判泵汽蚀而停运余热排出系统。发生该现象的具体压力和时间，各机组应在调试阶段进行验证并详细记录。

7. 稳压器充水目标液位。稳压器水位越高，建汽腔过程中水位波动越小，对波动管的影响越小，同时高水位更加有利于稳压器内不凝结气体的排出。但水位过高又会带来冷却剂进入抽真空管线的问题。

8. 一回路的取样。为保证满足停堆深度，技术规格书对取样频度是有要求的，抽真空时一回路压力太低，取样系统处于不可用状态。因此抽真空前应确认化学人员刚测过硼浓度，以免违反技术规格书要求。

5. 结语

综上所述，抽真空启动具有缩短停堆时间，减少低温超压事件，避免点动主泵过程对主泵的冲击等诸多优点，但抽真空启动在国内同行电站中采用较少，经验匮乏，因此需加强运行人员的技能培训，学习国外操作经验，严格记录调试数据，全面风险分析后编写完善的运行规程指导实际操作，确保机组顺利启动。

参考文献：

[1]压水堆核电厂的运行（第二版）/朱继洲主编.—北京：原子能出版社，2008.8