CP650機組I2.1規程中建立自然循環的分析
科技專論
作者：倪明強
【摘要】本文主要針對CP650機組失去主廠外電源的事故工況，重點分析了事故中失去強迫循環後建立自然循環的原理、要點和建立之後的現象。指導操縱員更快的建立自然循環，導出堆芯餘熱，避免堆芯融化。
【關鍵詞】廠外電源；主泵；自然循環；I2.1
1、前言
我廠廠外電源包括500KV主廠外電源和220KV輔助廠外電源，事故規程中針對失去廠外電源的規程為I2.1和I2.2，I2.1是失去主廠外電源，切換到輔助廠外電源；I2.2是同時失去主廠外電源和輔助廠外電源。主廠外電源失電的主要後果是廠用工作電源喪失，從而使6KV配電盤4條母線電源切換至廠外輔助電源供電，切換過程中，機組停機停堆，兩台主泵停運，一回路失去強迫循環。
2、建立自然循環，導出餘熱
針對一回路失去強迫循環，第一要點就是第一時間建立一回路自然循環，此時主泵惰轉有利於建立自然循環，而主泵完全停運後完全利用冷熱端的密度差建立冷卻流量在真實機組上是比較困難的。規程上要求用GCTa穩定TRIC當前值，而在實際操中，手動置GCTa大氣釋放閥固定小開度，更容易建立自然循環，在這種方式下，二回路操縱員一定要時刻關注TRIC值，以及穩壓器水位，防止一回路降溫過快。
自然循環是在閉合回路內依靠熱段（向上流）和冷段（向下流）中的流體密度差所產生的驅動壓頭來實現的循環。對於反應堆係統來說，在喪失強迫循環的條件下，利用這種驅動壓頭推動冷卻劑在一回路中循環，帶出堆內產生的熱量（裂變熱或衰變熱），對於保護堆芯有重大的意義。
對於一個封閉係統，流動的流體在熱源吸收Q輸入的熱量，通過W質量流量的流體帶到冷源，向外部釋放出Q輸出的熱量，在建立平衡後，Q輸入=Q輸出。
對於這樣一個係統
表示提升壓降，表示沿程阻力壓降，表示局部阻力壓降，表示加速壓降。對於一個封閉係統，所以上式表示為： 利用此公式可以計算出自然循環流量。通過在不同質量流量W下計算的，，驅動壓頭（）隨質量流量的增加而減少，阻力壓降隨質量流量的增加而增加。它們相等時的W即為自然循環流量。在實際機組上，我們可以監視的參數為，一回路質量流量，冷熱端溫度，堆芯出口溫度，GCTa排放流量（低流量狀態下，測量不準），而對於上麵的分析，驅動壓頭，阻力壓降以及一回路的剩餘熱量均為不可測量，隻能通過GCTa排出的熱量來控製，排出的熱量隻能通過GCTa的開度以及ASG供水量估算，因此建立自然循環對於操縱員的經驗十分重要。
首先分析一下強迫循環和自然循環導出堆芯餘熱與一回路溫差的關係，估算如下：強迫循環的一個環路設計流量為24290m3/h（本機組設計有兩個環路），假設此時一回路壓力15.4MPa，溫度290.8℃，查冷卻劑的定壓比熱和密度：Cp=5.24kJ/kg.K，ρ=746kg/m3，要帶走3%Pn（反應堆額定熱功率Pn為1930MW）的堆芯餘熱，由公式Q載熱=Cp*ΔT*Q*ρ（Q為體積流量），可以計算出ΔT=1.1℃
冷熱段溫度很接近，冷熱段溫度的變化可以及時反映一、二回路負荷之間的關係。溫度上升，說明二回路負荷小於一回路負荷；溫度下降，說明二回路負荷大於一回路負荷。但自然循環因主泵停運後，冷卻劑流量大大減少，因此還要靠建立一定的溫差才能導出堆芯餘熱。設Q1為堆芯內的衰變熱（不包括燃料的熱容），Q2為冷卻劑的載熱，Q3為二回路負荷。冷卻劑的載熱公式為Q2=WRCP×Cp×（Th-Tc）（WRCP為冷卻劑的質量流量，Cp為冷卻劑的定壓比熱）。主泵停運後，冷卻劑流量大大減少，自然循環建立前，所以載熱量Q2小於Q1，也小於Q3（二回路2×80m3/h的ASG供水量），所以最初表現為熱段溫度不斷上升，冷段溫度不斷下降，冷熱段溫差逐漸增大。自然循環建立存在一個溫差建立的過程（也就是密度差建立的過程），溫差建立後冷熱端的溫度變化取決於一、二回路負荷變化。