3.5 AP1000蒸汽发生器系统(SGS)

蒸汽发生器系统(SGS)2008.10生产准备部于炳瀛概述蒸汽发生器系统（SGS）是核电站一、二回路的枢纽，它的主要作用是将一回路冷却剂中的热量传递给二回路给水，使之产生蒸汽来驱动汽轮发电机组发电。由于一回路冷却剂流经堆芯带有放射性，因此蒸汽发生器也是一回路压力边界的一部分，用于防止放射性物质外泄。故在正常运行时，二回路不受一回路放射性冷却剂的污染，是不带放射性的。一、系统功能安全相关功能非安全相关功能非安全相关纵深防御功能与执照许可相关的功能安全相关功能（1）安全壳隔离SGS能够隔离贯穿安全壳的管线，以限制场外辐照水平。这些管线包括：主给水管线、启动给水管线、主蒸汽管线及蒸汽发生器排污管线。SGS为每条贯穿安全壳的管线至少设置一个安全壳隔离阀。（2）蒸汽发生器隔离蒸汽管线破裂或给水管线破裂时，SGS与电站控制系统PLS、主蒸汽系统MSS、主给水系统MFWS、启动给水系统SFWS共同作用防止超过一个蒸汽发生器的快速喷放。（3）给水隔离各种事故情况下，保护和安全监测系统PMS发出给水隔离信号，对蒸汽发生器主给水管线进行隔离，防止RCS过度冷却，保证安全停堆。（4）二次侧超压保护SGS为蒸汽发生器二次侧及主蒸汽隔离阀MSIV上游的主蒸汽管线提供能动的安全相关的超压保护。非安全相关功能（1）蒸汽和给水的输送（2）连续运行（3）主给水/启动给水控制自动转换（4）正常冷却工况余热排出（5）排污至蒸汽发生器排污系统（BDS）（6）主蒸汽管线预热（7）主蒸汽管线疏水（8）蒸汽管线取样（1）蒸汽和给水的输送SGS将具有一定温度的给水从MFWS输送至安全壳内的蒸汽发生器，并将蒸汽发生器内产生的蒸汽输送至MSS，再输送至汽轮机用于发电。（2）连续运行在功率运行期间，SGS（与RCS，FWS和MSS一起）排出RCS产生的热量，并通过蒸汽发生器将热量传至SGS。在二次侧水总装量正常运行范围内，SGS进行可靠、稳定的给水流量控制，防止不必要的停堆和停机。（3）主给水/启动给水控制自动转换SGS与启动给水控制系统对主给水和启动给水提供可靠稳定的自动转换，防止低功率时不必要的停堆，避免在启动给水接管处的热冲击。（4）正常冷却工况余热排出正常停堆工况时，SGS提供非安全相关的余热排出方法。从热态零负荷到正常余热排出系统（RNS）投入，给水流量根据蒸汽发生器液位控制系统自动控制，将反应堆的热量排出，同时通过蒸汽排放系统减少排到凝汽器的蒸汽量。（5）排污至蒸汽发生器排污系统（BDS）在启动、停堆、正常功率运行工况和蒸汽发生器全流量湿保养期间进行除氧与pH值控制工况时，SGS对蒸汽发生器二次侧进行连续的排污，保证二次侧工质满足化学要求。（6）主蒸汽管线预热SGS设置主蒸汽隔离阀旁路阀（V240），与MSIV平行，并且先于MSIV开启以平衡蒸汽压力。启动工况时，通过主蒸汽隔离阀旁路阀（V240）对蒸汽管线逐渐地进行预热，限制蒸汽管线的热瞬态；并且控制低温蒸汽管线管壁上蒸汽的凝结，避免发生水锤。（7）主蒸汽管线疏水SGS设置疏水装置，对MSIV上游主蒸汽管线凝结水进行收集和排出，避免由于夹带凝结水或潜在的水锤使设备损坏，允许机组跳闸后尽快重新开启MSIV，缩短停机时间。（8）蒸汽管线取样SGS在MSIV上游主蒸汽管线对蒸汽取样，对蒸汽的湿度进行评估。非安全相关纵深防御功能（1）衰变热排出在偏离正常运行时，SGS与RCS，MFWS，SFWS和MSS一起排出RCS中产生的热量并通过蒸汽发生器将其传至SGS。这样能够防止非能动余热排出不必要的启动。在凝汽器不可用时的停堆运行工况下，SGS输送启动给水至蒸汽发生器同时通过PORV排汽来实现衰变热的排出。（2）非安全相关超压保护SGS设置非安全相关的PORV，PORV为二次侧超压保护提供纵深防御并防止安全阀（V030～V035）开启。与执照许可相关的功能SGS向多样化驱动系统DAS提供输入信号。二、设计基准安全相关设计基准非安全相关设计基准非安全相关纵深防御基准与执照许可相关的其他基准安全相关设计基准（1）概述SGS设备应按照标准工业质量规格来设计和制造，确保能执行其安全相关功能。SGS在火灾、外部飞射物或管道破裂等特定灾难时，仍能执行其安全相关功能。SGS的安全相关部分应不受地震、龙卷风及洪水等外部事件的影响。SGS设计考虑了冗余性和多样性，因此SGS具有足够的可靠性，降低了堆芯熔化和发生严重泄漏事故的概率。安全相关设计基准（2）安全壳隔离：SGS在每条贯穿安全壳的管线上都设置安全壳隔离阀，这些阀门位于安全壳外辅助厂房内，为安全B级，具有以下特征：MSIV对主蒸汽管线执行安全壳外隔离。安全壳隔离信号不触发MSIV关闭，接收到专设安全触发信号（S信号）和“蒸汽管线隔离信号”隔离主蒸汽管线时必须能关闭。大气释放阀隔离阀（V027）对PORV入口管线执行安全壳外隔离，接收到安全壳隔离信号时不会关闭，接收到蒸汽管线压力低信号时关闭。PORV泄漏或卡在开启位置，隔离阀需要关闭。主蒸汽隔离阀旁路阀（V240）接收与MSIV相同的S信号。MFIV隔离给水管线，布置在尽可能靠近安全壳的位置，也作为主给水管线安全壳隔离阀。MFIV接收到安全壳隔离信号时不会关闭，接收到“第二阶段给水隔离”信号隔离主给水管线时必须关闭。这主要是为了在某些事故期间防止隔离给水，维持给水流量。SFIV隔离启动给水管线，布置在尽可能靠近安全壳的位置，能对启动给水管线执行安全壳隔离。SFIV接收到安全壳隔离信号时不会关闭，接收到“启动给水隔离”信号时关闭。这主要是为了维持启动给水流量防止非能动余热排出启动。RCS冷管段冷却剂温度Tcold低时隔离启动给水，防止蒸汽发生器满溢。蒸汽发生器排污隔离阀（V074、V075），布置在尽可能靠近安全壳的位置，对BDS管线执行安全壳外隔离。该阀接收到非能动余热排出启动信号时关闭，保证蒸汽发生器作为热阱的功能。蒸汽发生器液位低时关闭排污隔离阀维持蒸汽发生器水装量。主蒸汽疏水管线隔离阀（V036，对疏水管线执行安全壳外隔离，接收到隔离蒸汽管线信号时关闭。安全相关设计基准（3）蒸汽发生器隔离如果蒸汽或给水管线破裂，隔离蒸汽发生器以保证其继续作为热阱使用，限制通过破裂管线释放到安全壳的介质和热量，同时限制反应堆压力容器的过冷瞬态。蒸汽管线或给水管线破裂后，SGS为故障的蒸汽发生器提供冗余的能动的安全相关的隔离，主要包括主给水隔离、启动给水隔离、蒸汽发生器排污隔离、主蒸汽疏水管线隔离，防止超过一个以上蒸汽发生器的喷放。安全相关设计基准（4）给水隔离SGS为蒸汽发生器主给水管线设置冗余能动的安全相关的MFIV，MFIV接收S信号并提供远程位置指示。SGS为蒸汽发生器启动给水管线设置冗余能动的安全相关SFIV，SFIV接收S信号并提供远程位置指示。安全相关设计基准（5）二次侧超压保护SGS为蒸汽发生器和MSIV上游的主蒸汽管线提供能动的安全相关的超压保护。在发生最严重的丧失热阱事故时，主蒸汽安全阀（V030～V035）提供充足的额定容量，防止蒸汽压力超过蒸汽发生器和MSS设计压力的110％。应最少化的设置主蒸汽安全阀（V030～V035）的数量，这取决于当一个或更多的安全阀退出运行检修降低功率运行时有足够数量的安全阀可用。非安全相关设计基准（1）性能和运行基准正常功率运行期间，SGS接收电厂控制系统PLS蒸汽发生器液位控制程序产生的信号，控制主给水流量。SGS与MSS设计必须考虑从蒸汽发生器到汽轮机主汽门的总压降，蒸汽发生器出口蒸汽湿度0.25％，这样在汽轮机主汽门处的蒸汽湿度只有0.50％。启动、停堆及其他低功率（约0－10％额定给水流量）运行期间，SGS通过启动给水管线自动控制给水流量而不导致停堆。SGS设置安全B级的主蒸汽隔离阀旁路阀（V240）与MSIV并联。旁路阀在启动时平衡MSIV前后压力，同时预热蒸汽管线并满足辅助蒸汽系统ASS和MSS对辅助蒸汽的要求。主蒸汽管线疏水应满足以下基准：•疏水流速不能超过3.05m/s（10ft/s）•低位疏水点位置的设计应考虑管线的冷热工况•低位疏水系统应包括一个直径至少为0.3m（12in）的疏水罐•低位疏水应位于每个MSIV之前•疏水管线倾斜角度至少为1cm/m（1/8in/ft）MSS疏水排往凝汽器蒸汽发生器排污管线的结构和尺寸应满足BDS功能的要求。SGS设计保证在水化学控制、蒸汽发生器冷却、蒸汽发生器湿保养、蒸汽发生器管板冲洗、蒸汽发生器排空等工况下保持一定的排污流量，尤其需要注意的是在保证排污流量的同时限制压降避免在排污管线内出现闪蒸。非安全相关设计基准（2）可靠性、可用性和可维修性基准SGS的设计，采用被加热的启动给水、蒸汽发生器采用单独的启动给水接管以及合理的给水流量控制，这样既能够避免发生水冲击又能够提高蒸汽发生器给水管接管和管线的可靠性。SGS主给水调节阀（V250）、主给水逆止阀（V058）、MFIV、MSIV设计可靠性高，很大程度上保证了SGS的可靠性和可利用性。SGS设计保证某一单个支持系统（如仪表空气或场外电源）丧失不会使MFWS和SFWS失效，从而能够防止在正常运行工况下安全相关的非能动余热排出不必要启动，提供在异常运行工况下的纵深防御余热排出。蒸汽发生器液位控制系统具有很高的容错能力，能够稳定控制给水流量。SGS排污隔离阀接收到PLS中BDS压力高或温度高信号时关闭，保护汽轮机厂房内的BDS部件，确保不超出其运行或设计限值。非安全相关设计基准（3）ALARA基准SGS设计限制巡检和维修相关人员的个人辐照剂量。尽可能将SGS部件布置在安全壳外或蒸汽发生器隔间外，减少维修期间人员的辐照剂量。SGS排污隔离阀接收到放射性高信号时关闭，这是为了减少由于一次侧向二次侧泄漏或传热管破裂事故导致的SGS和BDS的放射性总量。非安全相关纵深防御基准（1）余热排出每个启动给水调节阀（V255）能够向单台蒸汽发生器提供足够的启动给水流量，维持单台蒸汽发生器的液位。主给水丧失后，启动给水调节阀执行余热排出功能，防止非能动余热排出在主给水丧失或者失去场外电源事故后启动。每台蒸汽发生器的启动给水流量至少为16.4kg/s(260gpm)，温度46.1℃(115℉)。PORV能够提供充足的排汽能力，能够保证机组从零负荷冷却到RNS投入，在压力为7.584MPa(1100psia)时最小流量60.56kg/s(480,000lb/hr)。这能够保证RCS八小时的自然循环冷却；保证机组从热态零负荷工况到RNS投入过程的冷却；保证遵守AP1000事故后运行剂量分析要求。非安全相关纵深防御基准（2）DAS输入每台蒸汽发生器设置两个宽量程液位测量通道，并将信号传送给DAS，用于多样化的自动和手动触发。非安全相关纵深防御基准（3）非安全相关超压保护PORV具有充足的蒸汽排放能力，并设置适当的自动触发设定值，在异常瞬态（如汽机跳闸、阶跃甩负荷、主蒸汽管线隔离及其他事故工况）时能够防止非能动余热排出启动或主蒸汽安全阀（V030～V035）开启。与执照许可相关的其他基准SGS向DAS提供输入信号。三、系统描述SGS由两列相同的设备组成，每列有一个蒸汽发生器。在功能方面，每列由三个主要子系统组成：蒸汽管线给水管线蒸汽发生器排污管线蒸汽管线六个主蒸汽安全阀（V030～V035）——提供蒸汽发生器超压保护功能一个主蒸汽隔离阀MSIV（V040）——提供安全壳和蒸汽发生器隔离一个主蒸汽隔离阀旁路阀（V240）——提供安全壳和蒸汽发生器隔离的同时在启动时平衡MSIV前后压力并预热蒸汽管线一个大气释放阀PORV（V233）及其隔离阀（V027）——蒸汽排往凝汽器不可用时可控冷却反应堆给水管线一个主给水隔离阀MFIV（V057）和一个启动给水隔离阀SFIV（V067）一个主给水调节阀（V250）——大约在10％功率到100％功率范围内控制给水流量一个启动给水调节阀（V