一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统及方法与流程

本发明属于核电，涉及一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统及方法。

背景技术：

1、高温气冷堆蒸汽发生器冷态功能试验是为了检验蒸汽发生器在常温氦气气氛和一定压力作用下的变形和位移，对支承系统的有效性做出初步判断，并对压力边界密封性能进行考验；热态功能试验是利用主氦风机对蒸汽发生器内氦气进行加热，检验蒸汽发生器在一定温度和压力下热位移和变形，并完成主氦风机的首次带热负荷启动运行。冷态和热态功能试验是蒸汽发生器投入正式运行前的关键性调试项目，目前的试验方法至少存在以下弊端：一是冷态和热态功能试验最高压力升至蒸汽发生器一次壳侧设计压力的1.1倍，现有的升压方式为通过大功率的氦气压缩机将氦气充入一次壳侧，由于蒸汽发生器体积较大，试验压力较高，无法精确控制试验压力，如果蒸汽发生器一次壳侧压力超过试验压力，大量高压氦气极易引起安全事故；二是蒸汽发生器二次管侧设计压力高于一次壳侧压力，在冷态和热态功能试验期间，蒸汽发生器二次管侧须高于一次壳侧压力，避免蒸汽发生器传热管反向承压，随着试验过程中一次壳侧压力阶段性升高，须阶段性将氮气充入二次管侧，现有试验方法采用人工在现场操作的方式，由于蒸汽发生器二次侧位于核岛厂房最底层，窒息性气体不易扩散，增加了工作区域人员的窒息风险；三是热态功能试验期间须测量蒸汽发生器在一定温度下的热位移，并完成主氦风机的首次带热负荷启动运行，现有试验方法无法达到热态功能试验期间蒸汽发生器二次管侧温度恒定，试验过程中蒸汽发生器一、二次换热导致蒸汽发生器一次壳侧温度不稳定，影响试验效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统及方法，该系统及方法能够实现蒸汽发生器冷态和热态功能试验中压力和温度的精确控制。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，包括蒸汽发生器、主氦风机、氦气储罐、氦气压缩机、第一控制器、第一电动阀、第一电动调节阀、第三控制器、氮气储罐、氮气压缩机、第二控制器、电加热器、第五控制器、第二电动阀、第二电动调节阀及第四控制器；

3、主氦风机位于蒸汽发生器的一次壳侧内，蒸汽发生器的一次壳侧入口依次经第一电动阀及氦气压缩机与氦气储罐的出口相连通；蒸汽发生器的一次壳侧出口经第一电动调节阀与氦气储罐的入口相连通，蒸汽发生器的二次管侧入口依次经第二电动阀及氮气压缩机与氮气储罐的出口相连通；蒸汽发生器的二次管侧出口经第二电动调节阀与氮气储罐的入口相连通；

4、第一控制器与氦气压缩机的控制端相连接，第二控制器与氮气压缩机的控制端相连接，第五控制器与电加热器的控制端相连接，第四控制器与第二电动调节阀的控制端相连接，第三控制器与第一电动调节阀的控制端相连接。

5、蒸汽发生器的一次壳侧出口与第一电动调节阀之间的管路上连接第一压力监测仪及第一温度监测仪。

6、蒸汽发生器的二次管侧出口与第二电动调节阀之间的管路上连接第二压力监测仪及第二温度监测仪。

7、氦气压缩机采用变频运行方式；氮气压缩机采用变频运行方式；电加热器采用电功率可调运行方式。

8、还包括壳侧压力偏差值输入模块、壳侧压力设定值输入模块、壳侧压力测量值输入模块、第一函数计算模块及氦气压缩机转速值输出模块；

9、壳侧压力偏差值输入模块的输入端与壳侧压力设定值输入模块及壳侧压力测量值输入模块相连接，壳侧压力偏差值输入模块的输出端经第一函数计算模块与氦气压缩机转速值输出模块的输入端相连接，氦气压缩机转速值输出模块的输出端与第一控制器的输入端相连接。

10、还包括第二函数计算模块及第一电动调节阀开度值输出模块；

11、壳侧压力偏差值输入模块的输出端经第二函数计算模块与第一电动调节阀开度值输出模块的输入端相连接，第一电动调节阀开度值输出模块的输出端与第三控制器的输入端相连接。

12、还包括管侧压力偏差值输入模块、壳侧压力测量值输入模块、管侧压力测量值输入模块、第三函数计算模块及氮气压缩机转速值输出模块；

13、管侧压力偏差值输入模块的输入端与壳侧压力测量值输入模块及管侧压力测量值输入模块相连接，管侧压力偏差值输入模块的输出端经第三函数计算模块与氮气压缩机转速值输出模块的输入端相连接，氮气压缩机转速值输出模块的输出端与第二控制器的输入端相连接。

14、还包括第四函数计算模块及第二电动调节阀开度值输出模块；

15、管侧压力偏差值输入模块的输出端经第四函数计算模块得到第二电动调节阀开度值输出模块的输入端相连接，第二电动调节阀开度值输出模块的输出端与第四控制器的输入端相连接。

16、还包括管侧温度偏差值模块、壳侧温度测量值输入端、管侧温度测量值输入端、第五函数计算模块及电加热器输出功率值输出模块；

17、管侧温度偏差值模块的输入端与壳侧温度测量值输入端及管侧温度测量值输入端相连接，管侧温度偏差值模块的输出端经第五函数计算模块与电加热器输出功率值输出模块的输入端相连接，电加热器输出功率值输出模块的输出端与第五控制器的输入端相连接。

18、本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验方法，包括：

19、1)冷态功能试验

20、初始状态：氦气压缩机、氮气压缩机及电加热器停运，第一电动阀、第二电动阀、第一电动调节阀及第二电动调节阀关闭；

21、11)一、二次侧初始压力建立

22、启动氮气压缩机并保持以最小频率运行，第二电动阀开启，将氮气储罐中的氮气缓慢充入蒸汽发生器的二次管侧，由第二压力监测仪监测蒸汽发生器二次管侧的压力，直至蒸汽发生器二次管侧的压力达到预设压力以上；启动氦气压缩机并保持以最小频率运行，第一电动阀开启，再将氦气储罐中的氦气缓慢充入蒸汽发生器的一次壳侧，由第一压力监测仪监测蒸汽发生器一次壳侧的压力，保持蒸汽发生器一次壳侧的压力低于1mpa；

23、12)压力调节过程

24、将氦气压缩机投入自动运行，由第一控制器跟踪并调节氦气压缩机转速，将氮气压缩机投入自动运行，由第二控制器跟踪并调节氮气压缩机转速，蒸汽发生器一次壳侧的压力缓慢上升，蒸汽发生器二次管侧的压力跟随一次壳侧的压力而升高，升压过程中，确保蒸汽发生器二次管侧的压力大于一次壳侧的压力，当蒸汽发生器一次壳侧的压力升至各目标试验压力值后，进行蒸汽发生器冷态功能试验；

25、13)泄压过程

26、冷态功能试验完成后，停运氦气压缩机，第一电动阀关闭，停运氮气压缩机，第二电动阀关闭，第一电动调节阀投入自动，由第三控制器跟踪并调节第一电动调节阀的开度，蒸汽发生器一次壳侧的氦气经第一电动调节阀回至氦气储罐，蒸汽发生器一次壳侧的压力缓慢下降，由第四控制器跟踪调节第二电动调节阀的开度，蒸汽发生器二次管侧的氮气经第二电动调节阀回至氮气储罐，蒸汽发生器二次管侧的压力跟随一次壳侧的压力而降低，泄压过程中，确保蒸汽发生器二次管侧的压力大于一次壳侧的压力，当蒸汽发生器一次壳侧的压力降为常压后，泄压完成，关闭第一电动调节阀；蒸汽发生器二次管侧的压力降为常压，关闭第二电动调节阀；

27、2)热态功能试验

28、初始状态：氮气压缩机、氦气压缩机及电加热器停运，第一电动阀、第二电动阀、第一电动调节阀及第二电动调节阀关闭；

29、21)一、二次侧充压过程

30、启动氮气压缩机，第二电动阀开启，将氮气储罐中的氮气缓慢充入蒸汽发生器的二次管侧，由第二压力监测仪监测蒸汽发生器二次管侧的压力，直至蒸汽发生器二次管侧的压力高于主氦风机的试验压力，启动氦气压缩机，第一电动阀开启，将氦气储罐中的氦气缓慢充入蒸汽发生器的一次壳侧，由第一压力监测仪监测蒸汽发生器一次壳侧的压力，直至蒸汽发生器一次壳侧的压力达到主氦风机的试验压力；

31、22)压力与温度调节过程

32、当蒸汽发生器一次壳侧的压力达到主氦风机试验压力后，主氦风机启动，蒸汽发生器一次壳侧的氦气吸收主氦风机热功率后温度升高，同时蒸汽发生器一次壳侧氦气压力也升高，当蒸汽发生器一次壳侧的压力和温度依次升至各目标试验压力和温度后，分别进行蒸汽发生器的热态功能试验；

33、将氦气压缩机投入自动运行，由第一控制器跟踪调节氦气压缩机转速，将氮气压缩机投入自动运行，由第二控制器跟踪调节氮气压缩机转速，蒸汽发生器一次壳侧的压力缓慢上升，蒸汽发生器二次管侧的压力跟随一次壳侧压力而升高，确保蒸汽发生器二次管侧的压力大于一次壳侧压力，将电加热器投入自动运行，由第五控制器跟踪调节电加热器输出功率，使得蒸汽发生器二次管侧的温度与一次壳侧氦气温度相接近；

34、23)泄压过程

35、热态功能试验完成后，停运主氦风机，停运电加热器，停运氦气压缩机，第一电动阀关闭，停运氮气压缩机，第二电动阀关闭，第一电动调节阀投入自动，由第三控制器跟踪调节第一电动调节阀开度，蒸汽发生器一次壳侧的压力缓慢下降，由第四控制器跟踪调节第二电动调节阀的开度，蒸汽发生器二次管侧的压力跟随一次壳侧压力而降低，确保蒸汽发生器二次管侧的压力大于一次壳侧压力，当蒸汽发生器一次壳侧的压力降为常压后，泄压完成，关闭第一电动调节阀；蒸汽发生器二次管侧压力降为常压后，关闭第二电动调节阀。

36、本发明具有以下有益效果：

37、本发明所述高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统及方法在具体操作时，通过配置变频运行的氦气压缩机、氮气压缩机和电加热器，同时配置控制器，实现蒸汽发生器冷态和热态功能试验中压力和温度控制，保证试验效果；同时在升压和泄压过程中实现远程自动控制，有效减少人员操作风险。另外，本发明针对高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验存在技术难度较大和安全风险均较高的特点，在具体操作时，在蒸汽发生器升压和泄压过程中，通过实时读取蒸汽发生器一次壳侧和二次管侧压力，由压力控制器调节蒸汽发生器二次管侧压力跟随一次壳侧压力而升高，并确保二次管侧压力大于一次壳侧压力，能够有效地避免反向承压问题。同时在蒸汽发生器升温过程中，通过实时读取蒸汽发生器一次壳侧和二次管侧温度，由温度控制器调节蒸汽发生器二次管侧温度跟随一次壳侧温度而升高，使得二次管侧温度接近于一次壳侧温度，有力地保证了热态功能试验的准确性。

技术特征：

1.一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，包括蒸汽发生器(1)、主氦风机(2)、氦气储罐(3)、氦气压缩机(4)、第一控制器(5)、第一电动阀(6)、第一电动调节阀(7)、第三控制器(8)、氮气储罐(9)、氮气压缩机(10)、第二控制器(11)、电加热器(12)、第五控制器(13)、第二电动阀(14)、第二电动调节阀(15)及第四控制器(16)；

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，蒸汽发生器(1)的一次壳侧出口与第一电动调节阀(7)之间的管路上连接第一压力监测仪(17)及第一温度监测仪(18)。

3.根据权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，蒸汽发生器(1)的二次管侧出口与第二电动调节阀(15)之间的管路上连接第二压力监测仪(19)及第二温度监测仪(20)。

4.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，氦气压缩机(4)采用变频运行方式；氮气压缩机(10)采用变频运行方式；电加热器(12)采用电功率可调运行方式。

5.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，还包括壳侧压力偏差值输入模块(21-4)、壳侧压力设定值输入模块(21-1)、壳侧压力测量值输入模块(21-2)、第一函数计算模块(21-6)及氦气压缩机转速值输出模块(21-7)；

6.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，还包括第二函数计算模块(21-8)及第一电动调节阀开度值输出模块(21-9)；

7.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，还包括管侧压力偏差值输入模块(21-5)、壳侧压力测量值输入模块(21-2)、管侧压力测量值输入模块(21-3)、第三函数计算模块(21-10)及氮气压缩机转速值输出模块(21-11)；

8.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，还包括第四函数计算模块(21-12)及第二电动调节阀开度值输出模块(21-13)；

9.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，其特征在于，还包括管侧温度偏差值模块(22-3)、壳侧温度测量值输入端(22-1)、管侧温度测量值输入端(22-2)、第五函数计算模块(22-4)及电加热器输出功率值输出模块(22-5)；

10.一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验方法，其特征在于，基于权利要求3所述的高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统，包括：

技术总结
本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器冷态和热态功能试验系统及方法，属于核电技术领域，主氦风机位于蒸汽发生器的一次壳侧内，蒸汽发生器的一次壳侧入口依次经第一电动阀及氦气压缩机与氦气储罐的出口相连通；蒸汽发生器的一次壳侧出口经第一电动调节阀与氦气储罐的入口相连通，蒸汽发生器的二次管侧入口依次经第二电动阀及氮气压缩机与氮气储罐的出口相连通；蒸汽发生器的二次管侧出口经第二电动调节阀与氮气储罐的入口相连通，该系统及方法能够实现蒸汽发生器冷态和热态功能试验中压力和温度的精确控制。

技术研发人员：刘俊峰,王威,张斌,吴志军,陈碧强,陈旭东,孙龙飞,赵亮,曹宪翔
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23