论文部分内容阅读
摘要 针对AP1000和CPR1000反应堆冷却剂系统的异同，笔者从反应堆冷却剂系统的系统设计、系统组成、系统设备参数等方面进行介绍、对比和总结。
关键词 AP1000核电；CPR1000核电；反应堆冷却剂系统
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)081-0187-01
目前，国内在建核电主要有AP1000、CPR1000、EPR1000三种堆型，在建核电以AP1000和CPR1000核电堆型为主。AP1000和CPR1000核电各自整体特点及对比在其他文献中已有介绍，本文主要针对反应堆冷却剂系统分别对两种核电堆型进行介绍和比较。
1 AP1000与CPR1000核电反应堆冷却剂系统相同点
AP1000反应堆冷却剂系统（RCS）和CPR1000应堆冷却剂系统（RCP）又称一回路系统，其主要功能是使冷却剂循环流动，将堆芯中核裂变产生的热量通过蒸汽发生器传输给二回路给水使之转化为高温饱和蒸汽，并输送到汽轮发电机组转化为电能。同时冷却堆芯，防止燃料元件烧毁或毁坏。
冷却剂：两种核电堆型冷却剂均为轻水，它具有比较好的中子慢化能力，使裂变产生的快中子减速成为热中子维持链式裂变反应。冷却剂中溶有硼酸可吸收中子。
压力和反应性控制：RCS和RCP系统都通过稳压器加热器和喷淋来控制系统压力，以防止系统超压和堆芯中发生不利于燃料元件传热的偏离泡核沸腾现象。有助于防止相关安全系统的触发，增大电厂的可用率。二者均通过改变硼溶度和控制棒位置来实现反应性控制。
放射性屏障：RCS和RCP系统压力边界均作为裂变产物放射性的第二道屏障，用来包容反应堆冷却剂同时，也可以在燃料元件包壳破损泄露时，限制放射性物质外逸到安全壳。
系统设备：RCS和RCP系统都包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、冷却剂泵、冷却剂主管道热管段和冷管段、稳压器及与其相连的管道、排汽管路。
2 AP1000与CPR1000核电反应堆冷却剂系统差异
2.1 系统设计和组成差异
AP1000反应堆冷却剂系统由反应堆和相连的两条环路组成，每条环路包括一台蒸汽发生器、两台反应堆冷却剂泵以及一根冷却剂主管道热管段、两根冷管段，共同组成一条反应堆冷却剂闭式循环回路，稳压器接在其中一条环路上。RCS还包括自动卸压系统（ADS），ADS分4级卸压子系统，包含四组按一定顺序开启的阀门以降低反应堆冷却剂系统的压力，启避免压力升到17.1 MPa，还能使非能动堆芯冷却系统投入为堆芯提供长期冷却。第4级卸压子系统有四条管线4列阀门，分成两个子组。每个子组通过一个入口接头与一个热管段相连，每列都包含一个正常开的电动闸阀和一个正常关的爆破阀。每个爆破阀都有2个单独的1E级供电设施。爆破阀优点：低压降、零泄漏、开要求时的可靠性、不会有非预期的频繁开启。第4级阀门的开启与RCS 宽量程压力测量通道互锁，防止第4级阀门在RCS 压力高于8.3 MPa时开启。
CPR1000核电反应堆冷却剂系统由反应堆和与其相连的三条并联的输热闭合环路组成，每条环路包含一台蒸汽发生器、一台主冷却剂泵以及相应的管道和阀门仪表组成，稳压器接在其中一条环路上。稳压器安全阀通过排放管线与卸压箱相连接，卸压箱的功能是收集、冷凝和冷却稳压器安全阀、余热排出系统安全阀、化学和容积控制系统安全阀排放的蒸汽及一回路系统阀门杆填料装置泄露的冷却剂。卸压箱使一回路的冷却剂不向反应堆安全壳排放，避免带有放射性的一回路流体对安全壳的污染。在满功率运行工况下，卸压箱能接收110%的稳压器蒸汽空间的蒸汽，即在稳压器安全阀开启30 s的时间内，卸压箱大约可以接收1.7 t蒸汽。但是卸压箱的容积有限，它不能接受稳压器安全阀连续不断的排放蒸汽。
2.2 系统设备参数比较
系统概括：AP1000与CPR1000核蒸汽供应系统功率分别为3415 MW、2905 MW；功率运行反应堆冷却剂液体容量CPR1000稍大。AP1000与CPR1000系统环路数目分别为2和3，系统环路不同，其主要的设备也不同。
主要设备参数：主泵：AP1000与CPR1000主泵个数分别为4和3；AP1000为密封壳式电机；泵转子转动惯量931 kg/m2、3800 kg/m2。
蒸汽发生器：AP1000与CPR1000蒸汽发生器数目分别为2和3；
总蒸汽流量为2×944.35 kg/sec、3×538.33 kg/sec；出口蒸汽压力分别为5.61 MPa、6.89 MPa；每台蒸汽发生器传热管数目分别为10025和4474，AP1000数目多换热大；传热管管壁厚度分别为1.02 mm、1.09 mm，AP1000管壁薄换热效率高。稳压器：AP1000与CPR1000稳压器均为1个，波动管线接管直径分别为457.2 mm、355 mm；稳压器总容量分别为59.46 m3、39.7 m3，AP1000容积更大。
3 总结
综上所述，AP1000反应堆冷却剂系统包括两条环路比CPR1000少一条环路，但AP1000反应堆热功率大于CPR1000，同时又采用2台增大的蒸汽发生器，所以AP1000核蒸汽供应系统输出功率大于CPR1000，因此在单机容量上AP1000要稍高于CPR1000。AP1000大容积稳压器设计更有利于压力控制，在自动卸压控制上，AP1000通过ADS能可靠地降低一回路压力，从而避免发生高压熔堆事故。AP1000主泵采用屏蔽式电动泵，主管道简化设计，减少焊缝和支撑更有利于提高安全性。AP1000仪控系统采用成熟的数字化技术设计，通过多样化的安全级、非安全级仪控系统和信息提供、操作避免发生共模失效。这都是AP1000优于CPR1000的特点。
然而，CPR1000作为二代加百万千瓦级压水堆核电技术，技术成熟，经济性好，具备实现自主化、国产化基础。与之相比，AP1000 需要加快工程性验证和实现国产化。
参考文献
[1]黄厚坤,张辉.900 MW压水堆核电站系统与设备[J].原子能出版社,2005.
[2]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[J].原子能出版社,2008.
[3]顾军.AP1000核电厂系统与设备[J].原子能出版社,2010.
关键词 AP1000核电；CPR1000核电；反应堆冷却剂系统
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)081-0187-01
目前，国内在建核电主要有AP1000、CPR1000、EPR1000三种堆型，在建核电以AP1000和CPR1000核电堆型为主。AP1000和CPR1000核电各自整体特点及对比在其他文献中已有介绍，本文主要针对反应堆冷却剂系统分别对两种核电堆型进行介绍和比较。
1 AP1000与CPR1000核电反应堆冷却剂系统相同点
AP1000反应堆冷却剂系统（RCS）和CPR1000应堆冷却剂系统（RCP）又称一回路系统，其主要功能是使冷却剂循环流动，将堆芯中核裂变产生的热量通过蒸汽发生器传输给二回路给水使之转化为高温饱和蒸汽，并输送到汽轮发电机组转化为电能。同时冷却堆芯，防止燃料元件烧毁或毁坏。
冷却剂：两种核电堆型冷却剂均为轻水，它具有比较好的中子慢化能力，使裂变产生的快中子减速成为热中子维持链式裂变反应。冷却剂中溶有硼酸可吸收中子。
压力和反应性控制：RCS和RCP系统都通过稳压器加热器和喷淋来控制系统压力，以防止系统超压和堆芯中发生不利于燃料元件传热的偏离泡核沸腾现象。有助于防止相关安全系统的触发，增大电厂的可用率。二者均通过改变硼溶度和控制棒位置来实现反应性控制。
放射性屏障：RCS和RCP系统压力边界均作为裂变产物放射性的第二道屏障，用来包容反应堆冷却剂同时，也可以在燃料元件包壳破损泄露时，限制放射性物质外逸到安全壳。
系统设备：RCS和RCP系统都包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、冷却剂泵、冷却剂主管道热管段和冷管段、稳压器及与其相连的管道、排汽管路。
2 AP1000与CPR1000核电反应堆冷却剂系统差异
2.1 系统设计和组成差异
AP1000反应堆冷却剂系统由反应堆和相连的两条环路组成，每条环路包括一台蒸汽发生器、两台反应堆冷却剂泵以及一根冷却剂主管道热管段、两根冷管段，共同组成一条反应堆冷却剂闭式循环回路，稳压器接在其中一条环路上。RCS还包括自动卸压系统（ADS），ADS分4级卸压子系统，包含四组按一定顺序开启的阀门以降低反应堆冷却剂系统的压力，启避免压力升到17.1 MPa，还能使非能动堆芯冷却系统投入为堆芯提供长期冷却。第4级卸压子系统有四条管线4列阀门，分成两个子组。每个子组通过一个入口接头与一个热管段相连，每列都包含一个正常开的电动闸阀和一个正常关的爆破阀。每个爆破阀都有2个单独的1E级供电设施。爆破阀优点：低压降、零泄漏、开要求时的可靠性、不会有非预期的频繁开启。第4级阀门的开启与RCS 宽量程压力测量通道互锁，防止第4级阀门在RCS 压力高于8.3 MPa时开启。
CPR1000核电反应堆冷却剂系统由反应堆和与其相连的三条并联的输热闭合环路组成，每条环路包含一台蒸汽发生器、一台主冷却剂泵以及相应的管道和阀门仪表组成，稳压器接在其中一条环路上。稳压器安全阀通过排放管线与卸压箱相连接，卸压箱的功能是收集、冷凝和冷却稳压器安全阀、余热排出系统安全阀、化学和容积控制系统安全阀排放的蒸汽及一回路系统阀门杆填料装置泄露的冷却剂。卸压箱使一回路的冷却剂不向反应堆安全壳排放，避免带有放射性的一回路流体对安全壳的污染。在满功率运行工况下，卸压箱能接收110%的稳压器蒸汽空间的蒸汽，即在稳压器安全阀开启30 s的时间内，卸压箱大约可以接收1.7 t蒸汽。但是卸压箱的容积有限，它不能接受稳压器安全阀连续不断的排放蒸汽。
2.2 系统设备参数比较
系统概括：AP1000与CPR1000核蒸汽供应系统功率分别为3415 MW、2905 MW；功率运行反应堆冷却剂液体容量CPR1000稍大。AP1000与CPR1000系统环路数目分别为2和3，系统环路不同，其主要的设备也不同。
主要设备参数：主泵：AP1000与CPR1000主泵个数分别为4和3；AP1000为密封壳式电机；泵转子转动惯量931 kg/m2、3800 kg/m2。
蒸汽发生器：AP1000与CPR1000蒸汽发生器数目分别为2和3；
总蒸汽流量为2×944.35 kg/sec、3×538.33 kg/sec；出口蒸汽压力分别为5.61 MPa、6.89 MPa；每台蒸汽发生器传热管数目分别为10025和4474，AP1000数目多换热大；传热管管壁厚度分别为1.02 mm、1.09 mm，AP1000管壁薄换热效率高。稳压器：AP1000与CPR1000稳压器均为1个，波动管线接管直径分别为457.2 mm、355 mm；稳压器总容量分别为59.46 m3、39.7 m3，AP1000容积更大。
3 总结
综上所述，AP1000反应堆冷却剂系统包括两条环路比CPR1000少一条环路，但AP1000反应堆热功率大于CPR1000，同时又采用2台增大的蒸汽发生器，所以AP1000核蒸汽供应系统输出功率大于CPR1000，因此在单机容量上AP1000要稍高于CPR1000。AP1000大容积稳压器设计更有利于压力控制，在自动卸压控制上，AP1000通过ADS能可靠地降低一回路压力，从而避免发生高压熔堆事故。AP1000主泵采用屏蔽式电动泵，主管道简化设计，减少焊缝和支撑更有利于提高安全性。AP1000仪控系统采用成熟的数字化技术设计，通过多样化的安全级、非安全级仪控系统和信息提供、操作避免发生共模失效。这都是AP1000优于CPR1000的特点。
然而，CPR1000作为二代加百万千瓦级压水堆核电技术，技术成熟，经济性好，具备实现自主化、国产化基础。与之相比，AP1000 需要加快工程性验证和实现国产化。
参考文献
[1]黄厚坤,张辉.900 MW压水堆核电站系统与设备[J].原子能出版社,2005.
[2]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[J].原子能出版社,2008.
[3]顾军.AP1000核电厂系统与设备[J].原子能出版社,2010.