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中核霞浦核電有限公司 福建霞浦 355100

快堆有兩個不完全獨立的并聯(lián)環(huán)路，由柵板聯(lián)箱、堆芯、熱冷鈉池、鈉循環(huán)泵、中間熱交換器等設備組成。本系統(tǒng)調(diào)試工作主要包括儀表及通道試驗、鈉循環(huán)泵試驗、中間熱交換器性能試驗、換料機調(diào)試等；本文通過對一回路主冷卻系統(tǒng)的調(diào)試準備、存在的風險、可能碰到的困難及問題等進行分析研究，指導調(diào)試工作的開展，以實現(xiàn)安全質(zhì)量進度受控。

1 一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試分析研究

1.1 調(diào)試目的

檢驗系統(tǒng)的設計、設備制造、建造和安裝的質(zhì)量；驗證系統(tǒng)及設備性能是否達到設計要求，證明系統(tǒng)能夠安全運行，其技術(shù)指標符合設計要求；對系統(tǒng)及設備進行運行考驗，暴露并消除缺陷，以提高系統(tǒng)運行的安全可靠性；調(diào)整運行參數(shù)，制定合理的運行方式；收集試驗數(shù)據(jù)，提供運行資料及事故分析資料；

1.2 調(diào)試項目確定

示范快堆冷卻劑是液態(tài)金屬鈉，鈉循環(huán)泵是進口設備，目前在國內(nèi)還沒有成熟的調(diào)試運行經(jīng)驗，需對系統(tǒng)設備的調(diào)試準備。通過對快堆關(guān)鍵系統(tǒng)試驗項目進行梳理，該系統(tǒng)在調(diào)試期間，需要實施6項試驗，即電氣傳動控制試驗、儀表和測量通道試驗、一回路鈉循環(huán)泵性能試驗、系統(tǒng)特性試驗、一回路熱平衡試驗、堆芯流量分配試驗，編制試驗邏輯圖[1]。

1.3 調(diào)試思路

四個重要節(jié)點的控制：①設備及管道清潔度控制介入。難點：安裝階段防異物控制、清潔度控制。②系統(tǒng)抽真空、氬氣置換及氣體加熱。難點：真空度目標、氦檢漏、耗氣量、溫度控制。③堆容器進鈉。難點：液態(tài)金屬鈉中雜質(zhì)控制、鈉的純度、鈉泄漏處理。④鈉循環(huán)泵試驗。難點：首次啟動、參數(shù)偏離限值、問題處理。

1.4 一回路總壓降計算

鈉冷池式快堆的一回路系統(tǒng)都在堆容器內(nèi)，是一個開式的回路，但冷卻劑的循環(huán)是封閉的；鈉冷快堆的開放式回路，都是由若干個設備和連接它們的管道組合而成，以完成熱量傳遞的作用[2]。

鈉循環(huán)泵是主要的強迫循環(huán)驅(qū)動力，當冷卻劑流經(jīng)每個設備或每段管道時都會產(chǎn)生壓降，在進行反應堆熱工水力分析時，需求出冷卻劑在一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動的總壓降ΔPt=f（W，T，P）

W：循環(huán)流量

T：冷卻劑的平均溫度

P：熱功率

示范快堆鈉循環(huán)泵的設計功率4000KW，鈉的密度0.93g/cm3，質(zhì)量流量3502Kg/S。

鈉循環(huán)泵消耗的熱功率計算如下：

40 00= 1.43＊3502/930ΔPt

ΔPt≈742KPa

式中：

Δpt-整個回路的總壓降；

k-總壓降系數(shù)；

A-泵出口的流通面積；

W-流體的質(zhì)量流量；

ρ-流體的密度；

η-泵的總效率，一般取η≈0.7。

泵的功率近似與流速的三次方成正比，大的流速會使泵耗功增大；高流速可能會使所流經(jīng)的設備或管道發(fā)生振動而造成損傷，并增大侵蝕。

對于鈉冷快堆，在堆芯中流速一般為4-5m/s；在回路的管道中一般為2m/s左右。

2 一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試問題分析

（1）冷卻劑鈉中雜質(zhì)控制。為了使鈉滿足純度要求，必須投運凈化系統(tǒng)，通過沉降、過濾和冷阱的方法除去鈉中的鈣和氧等雜質(zhì)，有效控制鈉品質(zhì)；

過濾：鈉通過過濾器的流動當作流體通過顆粒床的流動，計算鈉通過過濾器的壓力降與流動速度之間的關(guān)系可以采用流體在固定床中的壓力降與流動速度之間的關(guān)系，根據(jù)泊謖葉方程：

冷阱：鈉在冷阱內(nèi)的停留時間一般為5min，冷阱的有效體積通常為總鈉量的（0.5-3）%，快堆一回路鈉中氧或氫的除去速度隨時間而指數(shù)地下降；冷阱效率對于不同的冷阱結(jié)構(gòu)和不同的雜質(zhì)是不一樣的。快堆一回路鈉中氧或氫的除去速度隨時間而指數(shù)地下降。

（2）鈉泄漏。鈉的化學性質(zhì)很活潑，它在自然界里不能以游離態(tài)存在，只能以化合態(tài)存在，主要以氯化鈉的形式存在。鈉泄漏發(fā)生鈉火。鈉燃燒的火焰溫度1350℃ ；鈉燃燒會產(chǎn)生大量的白色鈉氣溶膠，眼睛和肺感到不適，能見度嚴重失常。鈉氣溶膠對人體呼吸系統(tǒng)和皮膚有嚴重的傷害，對農(nóng)作物、儀器和設備也有傷害。液態(tài)鈉，都要用氬氣覆蓋；在調(diào)試過程中，需確保不會發(fā)生鈉泄漏，如果發(fā)生鈉泄漏，容易產(chǎn)生鈉火，引起火災。發(fā)生鈉火，可用惰性材料、干沙子和膨脹石墨滅火劑覆蓋以隔絕氧氣從而達到滅火的效果[3]。

（3）鈉泵潤滑油泄漏。潤滑油是用于鈉循環(huán)泵主軸的工作密封建立液封，起到密封、冷卻、潤滑的作用。如果潤滑油漏入泵腔內(nèi)，鈉中雜質(zhì)含量將會增加，在高溫下與鈉發(fā)生反應，生成元素碳，甲烷和其它碳氫化合物，由于燃料元件表面溫度在反應堆運行時較高，漏油易粘在它們的表面，其反應產(chǎn)物較多時會堵塞流道，進而還會燒毀元件；此外，由于該類雜質(zhì)難以除去，該堆的正常運行帶來麻煩。

（4）電加熱問題。快堆采用液態(tài)金屬鈉作為冷卻劑，電加熱顯得極其重要，電加熱出現(xiàn)問題，將使得系統(tǒng)的調(diào)試及運行不能正常開展，電加熱可能存在的問題如下：電加熱絲布置不合理、與管道及設備貼合不緊密；電加熱器本身沒有保護，或保護設置不足，加熱棒過熱損壞；電氣接線不牢固、不對應造成接觸不良而燒毀接線端子，電加熱區(qū)實際控制與DCS指示不對應；電加熱器功率設置不合適、電加熱器控制存在不足；電加熱器功率過大造成電加熱器燒壞或電加熱絲功率設置不足，加熱系統(tǒng)溫度指示正常，但實際管道溫度已下降、出現(xiàn)了冷點的情況；保溫設置不足等。

4 結(jié)語

本文對一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試目的、調(diào)試思路、調(diào)試技術(shù)準備等進行思考研究，認真分析一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試可能遇到的問題，對后續(xù)現(xiàn)場一回路主冷卻系統(tǒng)調(diào)試實施具有參考意義。