高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统及方法与流程
本发明属于核电，涉及一种高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统及方法。
背景技术：
1、高温气冷堆蒸汽发生器为直流蒸汽发生器，为了保证换热效果，蒸汽发生器运行时二次管侧压力高于一次壳侧，同时二次管侧的传热管与出口管板采用胀接加密封焊形式，该焊接结构使得蒸汽发生器运行时需保证蒸汽发生器二次管侧压力大于一次壳侧压力。在反应堆堆芯进行一回路升温升压试验过程中，蒸汽发生器一次壳侧作为一回路试验边界，需配合一回路进行相关试验，期间二次管侧保持隔离状态。为了避免试验过程中蒸汽发生器二次管侧压力小于一次壳侧压力，即避免蒸汽发生器传热管反向承压，现有试验方法为通过操作人员在现场将氮气阶段性充入传热管侧来提高二次管侧压力，至少存在以下弊端：一是现场人工操作充氮的方式很难精确控制二次管侧的压力和温度，其参数波动极易影响一次壳侧试验压力和温度的稳定性，尤其是二次管侧温度与一次壳侧温度相差较大时，管内外存在热传导，影响一回路升温升压试验结果的准确性；二是传热管侧充入介质为氮气，氮气属于窒息性气体且不易扩散，由于充氮部位为蒸汽发生器二次管侧底部，位于核岛厂房最底层，氮气泄露将带来工作区域人员窒息的安全隐患；三是在试验结束后的泄压过程中，原试验方法未考虑如何避免蒸汽发生器传热管反向承压。
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二回路反向承压防护系统及方法，该系统及方法能够降低试验过程中窒息性气体风险，实现蒸汽发生器试验过程中二次管侧压力和温度的精确控制，有效避免蒸汽发生器传热管反向承压。
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二回路反向承压防护系统，包括蒸汽发生器、氦气储罐、空气压缩机、三通阀、空气储罐、第二电动调节阀、氮气储罐及第三电动阀；
3、蒸汽发生器的一次壳侧与氦气储罐相连通，蒸汽发生器的二次管侧入口经空气压缩机与三通阀的出口相连通，三通阀的入口分为两路，其中，一路与空气储罐的出口相连通，空气储罐的入口与第二电动调节阀的出口相连通；另一路与氮气储罐的出口相连通，氮气储罐的入口与第三电动阀的出口相连通，第二电动调节阀的入口及第三电动阀的入口与蒸汽发生器的二次管侧出口相连通，蒸汽发生器的二次管侧出口处连接有第二压力监测仪、第二温度监测仪及氮气纯度监测仪。
4、蒸汽发生器的二次管侧入口经电加热器及空气压缩机与三通阀的出口相连通。
5、蒸汽发生器的二次管侧入口经第二电动阀、电加热器及空气压缩机与三通阀的出口相连通。
6、还包括主氦风机、氦气压缩机及氦气储罐；
7、主氦风机位于蒸汽发生器的一次壳侧，蒸汽发生器的一次壳侧入口经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与氦气储罐的入口相连通。
8、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有第一压力监测仪及第一温度监测仪。
9、蒸汽发生器的一次壳侧入口经第一电动阀及氦气压缩机与氦气储罐的出口相连通。
10、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。
11、本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护方法，包括承压前气体置换过程、性能试验过程及试验结束后的保养过程。
12、所述承压前气体置换过程的过程为：
13、初始状态：蒸汽发生器处于充氮保养状态，蒸汽发生器的二次管侧内充入氮气，空气储罐中充入压缩空气，氮气储罐中充入氮气，氦气压缩机、空气压缩机及电加热器停运，第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第一电动调节阀及第二电动调节阀关闭，三通阀的第一空气侧及第二氮气侧关闭；
14、打开第三电动阀，蒸汽发生器二次管侧输出的氮气经第三电动阀进入氮气储罐，打开第二电动阀，打开三通阀的第一空气侧，空气储罐中的空气依次经三通阀、空气压缩机、电加热器及第二电动阀进入蒸汽发生器的二次管侧中，逐渐增加三通阀的第一空气侧开度，随着蒸汽发生器二次管侧内的氮气不断排放至氮气储罐，蒸汽发生器二次管侧内的空气含量不断增多，利用氮气纯度监测仪监测蒸汽发生器二次管侧出口处的氮气纯度，当所测氮气的纯度低于预设纯度时，则气体置换过程结束，关闭第三电动阀。
15、所述性能试验过程为：
16、初始状态：蒸汽发生器二次管侧已置换为空气，氦气压缩机、空气压缩机及电加热器停运，第一电动阀、第三电动阀、第一电动调节阀及第二电动调节阀关闭，第二电动阀及三通阀的第一空气侧开启；
17、11)蒸汽发生器一、二次侧充压过程
18、启动空气压缩机，并保持以最小频率运行，将空气储罐中空气逐渐充入蒸汽发生器的二次管侧，通过第二压力监测仪监测蒸汽发生器二次管侧处的压力，待蒸汽发生器二次管侧的压力达到预设压力以上后，打开第一电动阀，启动氦气压缩机，并保持以最小频率运行，开始将氦气储罐中的氦气逐渐充入蒸汽发生器的一次壳侧，通过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压力低于预设压力；
19、12)主氦风机启动试验
20、逐步增加氦气压缩机的频率，蒸汽发生器的一次壳侧压力逐渐升高，将空气压缩机投入自动运行并跟踪蒸汽发生器的一次壳侧压力，保证第二压力监测仪所测压力始终大于第一压力监测仪所测压力，当第一压力监测仪所测压力达到预设压力阈值后，主氦风机启动并以最小频率运行；
21、13)蒸汽发生器一次壳侧额定工况下试验
22、逐渐增加氦气压缩机的频率，蒸汽发生器一次壳侧继续充压至预设充压压力时，在充压过程中，空气压缩机保持自动运行状态并跟踪蒸汽发生器的一次壳侧压力，保证第二压力监测仪所测压力始终大于第一压力监测仪所测压力；
23、逐步增加主氦风机的频率，蒸汽发生器一次壳侧中的氦气吸收主氦风机的热功率后温度升高，将电加热器投入自动运行并跟踪蒸汽发生器的一次壳侧温度，保证第一温度监测仪所测温度与第二温度监测仪所测温度相接近，直至蒸汽发生器的一次壳侧温度升至预设温度，进行蒸汽发生器额定工况下性能试验。
24、所述试验结束后的保养过程的操作为：
25、初始状态：蒸汽发生器二次管侧已置换为空气，氦气压缩机、空气压缩机及电加热器运行，第一电动阀、第二电动阀及三通阀第一空气侧开启；第三电动阀、第一电动调节阀及第二电动调节阀关闭；
26、21)泄压过程
27、性能试验完成后，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，停运氦气压缩机及空气压缩机，第二电动阀关闭，关闭三通阀的第一空气侧，第一电动调节阀投入自动并跟踪蒸汽发生器的一次壳侧压力，蒸汽发生器的一次壳侧压力逐渐下降，第二电动调节阀投入自动并跟踪蒸汽发生器的二次管侧压力，蒸汽发生器的二次管侧压力跟随蒸汽发生器的一次壳侧压力而降低，确保第二压力监测仪所测压力大于第一压力监测仪所测压力，当蒸汽发生器的一次壳侧压力降为常压后，泄压完成，关闭第一电动调节阀；
28、22)氮气置换空气过程
29、打开第二电动阀及第二电动调节阀，打开三通阀的第二氮气侧，氮气储罐中的氮气依次经三通阀、空气压缩机、电加热器及第二电动阀进入蒸汽发生器的二次管侧，逐渐增加三通阀的第二氮气侧开度，随着蒸汽发生器二次管侧内氮气的增加，蒸汽发生器二次管侧内剩余的空气经第二电动调节阀不断排放至空气储罐，蒸汽发生器二次管侧内的氮气含量增加，利用氮气纯度监测仪监测蒸汽发生器二次管侧出口处的氮气纯度，当氮气纯度监测仪所测氮气纯度高于预设氮气纯度时，关闭第二电动阀、第二电动调节阀及三通阀的第二氮气侧，气体置换过程结束。
30、本发明具有以下有益效果：
31、本发明所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统及方法在具体操作时，通过配置空气压缩机及电加热器，自动跟踪蒸汽发生器一次壳侧压力和温度，实现蒸汽发生器二次管侧压力和温度的精确控制，保证一回路升压过程中，蒸汽发生器二次管侧压力始终大于一次壳侧压力，有效避免蒸汽发生器传热管反向承压，同时保证一回路升温过程中，蒸汽发生器二次管侧温度始终接近一次壳侧温度，从而提高试验结果的准确性。同时，二次管侧充压介质采用压缩空气来替代氮气，极大地降低试验过程中窒息性气体风险。
32、进一步，在蒸汽发生器一次壳侧和二次管侧配置电动调节阀，通过电动调节阀自动调节泄压速率，泄压过程中，避免蒸汽发生器传热管反向承压问题。
33、进一步，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。
技术特征：
1.一种高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，其特征在于，包括蒸汽发生器(1)、氦气储罐(3)、空气压缩机(10)、三通阀(9)、空气储罐(7)、第二电动调节阀(13)、氮气储罐(8)及第三电动阀(14)；
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，其特征在于，蒸汽发生器(1)的二次管侧入口经电加热器(11)及空气压缩机(10)与三通阀(9)的出口相连通。
3.根据权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，其特征在于，蒸汽发生器(1)的二次管侧入口经第二电动阀(12)、电加热器(11)及空气压缩机(10)与三通阀(9)的出口相连通。
4.根据权利要求3所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，其特征在于，还包括主氦风机(2)、氦气压缩机(4)及氦气储罐(3)；
5.根据权利要求4所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，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(6)之间的管路上连接有第一压力监测仪(15)及第一温度监测仪(16)。
6.根据权利要求5所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，其特征在于，蒸汽发生器(1)的一次壳侧入口经第一电动阀(5)及氦气压缩机(4)与氦气储罐(3)的出口相连通。
7.根据权利要求6所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，其特征在于，蒸汽发生器(1)的一次壳侧出口经第一电动调节阀(6)与氦气储罐(3)的入口相连通。
8.一种高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护方法，其特征在于，基于权利要求8所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统，包括承压前气体置换过程、性能试验过程及试验结束后的保养过程。
9.根据权利要求8所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护方法，其特征在于，所述承压前气体置换过程的过程为：
10.根据权利要求8所述的高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护方法，其特征在于，所述性能试验过程为：
技术总结
本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器二回路反向承压防护系统及方法，属于核电技术领域，蒸汽发生器的二次管侧入口经空气压缩机与三通阀的出口相连通，三通阀的入口分为两路，一路与空气储罐的出口相连通，空气储罐的入口与第二电动调节阀的出口相连通；另一路与氮气储罐的出口相连通，氮气储罐的入口与第三电动阀的出口相连通，第二电动调节阀的入口及第三电动阀的入口与蒸汽发生器的二次管侧出口相连通，蒸汽发生器的二次管侧出口处连接有第二压力监测仪、第二温度监测仪及氮气纯度监测仪，该系统及方法能够降低试验过程中窒息性气体风险，实现蒸汽发生器试验过程中二次管侧压力和温度的精确控制，避免蒸汽发生器传热管反向承压。
技术研发人员：刘俊峰,王威,张斌,吴志军,令彤彤,吴寿贵,吴肖
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