CN101620892A

CN101620892A - 一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计

Info

Publication number: CN101620892A
Application number: CN200910089130A
Authority: CN
Inventors: 陆道纲; 张小茹
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: CN101620892B

Abstract

本发明公开了属于核电能源技术领域的一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，包括具有四进口四出口的主容器和两个双向流动换热管压水堆蒸汽发生器；采用每台有两个入口和两个出口的两台蒸汽发生器，4台反应堆的冷却水泵分别与两台蒸汽发生器的四个出口相连，冷却水泵再通过冷段主管道和主容器的入口相接，而主容器的四个出口分别通过四条热段主管道与所述两台蒸汽发生器的四个入口相接，从而保证了一回路系统中冷却水的双向流动循环和热量传输。有利于实现单机大功率核电机组运行时，其堆芯上腔室流场的均匀性和主容器出口接管处应力水平的降低，很好地解决了压水堆核电机组单堆功率大型化所遇到的安全和维护成本较高的问题。

Description

一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计

技术领域

本发明属于核电能源技术领域，特别涉及一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计。

背景技术

压水堆核电站一回路系统的主要设备包括：主容器、蒸汽发生器、冷却水泵，以及连接这些设备的主管道。目前的在役或在建压水堆核电站的一回路系统的布置方案分为两代四类。其中第二代压水堆核电站的两类一回路布置方案有：主容器有两个对称分布的进口和两个对称分布的出口，每个出口分别通过一条热段主管道与一台蒸汽发生器的入口相连，每个主容器进口分别通过一条冷段主管道依次与冷却水泵、蒸汽发生器出口相连，以此构成主容器两进口两出口两台蒸汽发生器的两环路布置方案；第二类是主容器有三个均匀分布的进口和三个均匀分布的出口，每两个相邻的进口和出口通过一条冷段、冷却水泵、一条热段主管道与一台蒸汽发生器相连，以此构成主容器三个进口三个出口三台蒸汽发生器的三环路布置方案。第三代压水堆核电站具有代表性的一回路布置方法主要有两类：主容器有四个进口四个出口(如图1b所示)，相邻的进口和出口通过一条冷段、冷却水泵、一条热段主管道与一台蒸汽发生器相连，以此构成主容器四个进口四个出口四台蒸汽发生器的四环路布置方案；另一类是图1所示我国在建的首堆核电站的一回路布置方式简化示意图，其中a.为核电站AP1000的一回路布置方式简化示意图。b为N4核电站的一回路布置方式简化示意图。图中标号100为主容器，图1a、图1b中标号101为蒸汽发生器，图1a为2个、图1b为4个。图1a、图1b中标号109为一回路系统的热管段，图1a为2个、图1b为4个。图1a、图1b中标号107、108、110和111为一回路系统的冷管段，即主容器100有四个与标号为107、108、110和111的四根冷管段连接的一回路系统进口；蒸汽发生器采用△-125型蒸汽发生器；标号为103、104、105和106的四台冷却水泵通过107、108、110和111四根冷管段连接到一回路系统进口，实现一回路系统的冷却水循环。

上述只有两个出口接管的AP1000核电站或四个出口接管的N4核电站的压水堆单机功率如果向经济性更好的大型压水堆发展，主容器上腔室流场的不均匀性将进一步加剧，有可能会带来控制棒导向筒等上腔室内部结构件及出口接管处的流致振动问题；因此，我国在建的和现役核电站机组相比于大型先进压水堆机组，功率和经济性仍有待提高，它们的一回路布置方案已经不能满足更大功率下核电站一回路布置的安全性和经济性的要求；并且国外已有的大型核电站研究方案，基本上属于第三代适度改进型先进压水堆核电站，其经济性和安全性仍有进一步提高的余地。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，其特征在于，所述大功率压水堆核电站一回路系统包括具有四进口四出口的主容器和两个双向流动换热管压水堆蒸汽发生器；采用每台有两个入口和两个出口的两台蒸汽发生器，4台反应堆的冷却水泵分别与两台蒸汽发生器的四个出口相连，冷却水泵再通过冷段主管道和主容器的入口相接，而主容器的四个出口分别通过四条热段主管道与所述两台蒸汽发生器的四个入口相接，从而保证了一回路系统中冷却水的双向流动循环和热量传输。

所述主容器的四个进口和四个出口在主容器的周向上是均匀分布的，而各自在同一水平面上；四个出口所在的轴向高度要低于四个进口所在的轴向高度。

所述蒸汽发生器为一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，在下封头水室内“十”字型隔板将水室均分为冷热水室相互交替的四个水室，在下封头水室管板上表面连接倒U型管管束，在下封头水室底部与热水室和冷水室对应的安装冷却水进口和出口。

所述主容器的四个进口和四个出口的横截面积相等。

本发明的有益效果是在综合考虑了核电站的可靠性、经济性，借鉴4环路4蒸汽发生器和AP1000的一回路布置方案的基础，较之大功率压水堆核电机组下的AP1000环路布置法更有利于实现主容器在4个进口和4个出口条件下的堆芯上腔室流场的均匀性，以及相同的主容器出口总面积条件下，降低主容器出口接管处的应力水平；也减少了回路管道建材和厂房占地。

附图说明

图1是现有技术首堆核电站AP1000的一回路布置方式简化示意图，其中a.为核电站AP1000的一回路布置方式简化示意图；b.为N4核电站的一回路布置方式简化示意图。

图2是本发明主容器四进口四出口和两蒸汽发生器的回路系统结构示意图。其中(a)为回路系统结构布置方式示意图；(b)是回路系统结构布置方式简化示意图。

图3是图2的右蒸汽发生器示意图。

图4是图2的左蒸汽发生器示意图。

图5是图1方案下的上腔室速度场。

图6是图2方案下的上腔室速度场。

具体实施方式

本发明提供一种大功率压水堆核电站一回路系统。下面结合实施例及其附图对本本发明作进一步描述。

图2所示是本发明主容器四进口四出口和两蒸汽发生器的回路系统结构示意图。其中(a)为回路系统结构布置方式示意图；(b)是回路系统结构布置方式简化示意图。图中，在主容器1的上腔室2位置上，沿周向方向上均匀分布着第一冷却水入口6、第二冷却水入口9、第三冷却水入口13和第四冷却水入口18，以及第一冷却水出口5、第二冷却水出口10、第三冷却水出口14和第四冷却水出口17，其中第一冷却水入口6、第二冷却水入口9、第三冷却水入口13和第四冷却水入口18所在的水平面在轴向上要高于主容器的第一冷却水出口5、第二冷却水出口10、第三冷却水出口14和第四冷却水出口17所在的水平面；第一冷却水出口5、第二冷却水出口10、第三冷却水出口14和第四冷却水出口17分别与主容器的第一热段主管道7、第二热段主管道11、第三热段主管道16、第四热段主管道19相连，第一热段主管道7、第二热段主管道11的另一端分别与右蒸汽发生器4的第一入口22、第二入口24相连接，第三热段主管道16、第四热段主管道19的另一端分别与左蒸汽发生器3的第三入口26、第四入口28相连接，主容器的第一冷段主管道8、第二冷段主管道12、第三冷段主管道15、第四冷段主管道20的一端分别与第一冷却水泵29、第二冷却水泵30、第三冷却水泵31、第四冷却水泵32的出口接管相连，第一冷却水泵29、第二冷却水泵30的入口接管分别与右蒸汽发生器4的第一出口21、第二出口23相连，第三冷却水泵31、第四冷却水泵32的入口接管分别与左蒸汽发生器3的第三出口25、第四出口27相连。上述冷段主管道、热段主管道及主容器的四个进口和四个出口的横截面积相等。

图3是图2的右蒸汽发生器示意图，图中所示蒸汽发生器为一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，在下封头水室303内，“十”字型隔板316将水室均分为冷热水室相互交替的第一热水室304和第一冷水室310、第二热水室305和第二冷水室311等四个水室；在下封头水室管板303上表面连接有序排列的倒U型管管束307，在下封头水室303底部与热水室和冷水室对应的安装冷却水第一入口21、第二入口23和第一出口22、第二出口24。

图4是图2的左蒸汽发生器示意图。左蒸汽发生器3结构与右蒸汽发生器4结构完全相同，只是部件标号改变：第三冷却水泵31、第四冷却水泵32的入口接管分别与左蒸汽发生器3的第三出口25、第四出口27相连。

按照上述方法布置的一回路系统运行时，高温高压的冷却水分别从反应堆的主容器1的第一冷却水出口5、第二冷却水出口10、第三冷却水出口14和第四冷却水出口17进入主容器的第一热段主管道7、第二热段主管道11、第三热段主管道16、第四热段主管道19，其中第一热段主管道7、第二热段主管道11内的冷却水进入右蒸汽发生器4的冷却水第一入口21、第二入口23，第三热段主管道16、第四热段主管道19内的冷却水进入左蒸汽发生器3的第三入口26、第四入口28；高温高压的冷却水在左蒸汽发生器3、右蒸汽发生器4中冷却后，分别由右蒸汽发生器4的第一出口22、第二出口24进入第一冷却水泵29、第二冷却水泵30；由左蒸汽发生器3的第三出口25、第四出口27进入第三冷却水泵31、第四冷却水泵32，之后第一冷却水泵29、第二冷却水泵30将冷却后的冷却水泵入与主容器1的第一冷却水入口6、第二冷却水入口9相连的第一冷段主管道8、第二冷段主管道12，并进入主容器1继续循环，第三冷却水泵31、第四冷却水泵32也将冷却后的冷却水泵入与主容器1的第三冷却水入口13和第四冷却水入口18相连的第三冷段主管道15、第四冷段主管道20进入主容器1继续被加热为高温高压的冷却水后进入下一个循环。

图5和图6是在出口总面积相等、冷却水的初始物性参数和总流量相同的计算条件下，两种对比方案下的上腔室流场中的速度分布情况，对比表明，本发明的上腔室流场分布更均匀，更有利于堆芯上腔室内部结构件的安全。

Claims

1.一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，其特征在于，所述大功率压水堆核电站一回路系统包括具有四进口四出口的主容器和两个双向流动换热管压水堆蒸汽发生器；采用每台有两个入口和两个出口的两台蒸汽发生器，4台反应堆的冷却水泵分别与两台蒸汽发生器的四个出口相连，冷却水泵再通过冷段主管道和主容器的入口相接，而主容器的四个出口分别通过四条热段主管道与所述两台蒸汽发生器的四个入口相接，从而保证了一回路系统中冷却水的双向流动循环和热量传输。

2.根据权利要求1所述一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，其特征在于，所述主容器的四个进口和四个出口在主容器的周向上是均匀分布的，而各自在同一水平面上；四个出口所在的轴向高度要低于四个进口所在的轴向高度。

3.根据权利要求1所述一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，其特征在于，所述蒸汽发生器为一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，在下封头水室内“十”字型隔板将水室均分为冷热水室相互交替四个水室，在下封头水室管板上表面连接倒U型管管束，在下封头水室底部与热水室和冷水室对应的安装冷却水进口和出口。

4.根据权利要求1所述一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，其特征在于，所述主容器的四个进口和四个出口的横截面积相等。

5.根据权利要求1所述一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计，其特征在于，所述冷段主管道和热段主管道的横截面积相等。