第一節化學和容積控制系統授課人：日期：中電投高級培訓中心主要內容1.1系統功能1.2系統描述1.3主要設備結構及工作原理1.4主要技術參數要求1)了解系統主要功能和工藝流程；2)熟悉主要設備結構、作用和運行方式；3)了解本系統和其它系統的相互關系；4)熟悉系統和設備的主要技術參數。1化學和容積控制系統功能系統概述（1）

化學和容積控制系統（CVS）是反應堆冷卻劑系統（RCS）的一個主要的輔助系統。它在反應堆的啟動、停運及正常運行過程中都起著十分重要的作用，它為反應堆冷卻劑系統的水容積控制、化學控制和反應性控制提供了手段。系統概述（2）

與常規的壓水堆核電廠相比，AP1000的化學和容積控制系統有較大的簡化，其主要特點如下：由于主泵采用無軸密封的全屏蔽式結構，取消了主泵軸封水系統，因此化學和容積控制系統不需保持連續的上充流和下泄流；為補償一回路的正常泄漏，補水泵根據穩壓器的液位信號間斷啟動運行；利用運行主泵的壓頭作為凈化流的驅動力，實現安全殼內高壓凈化；負荷跟蹤期間，一回路不調節硼濃度，取消了硼回收系統；采用高壓加氫技術，取消了化學和容積控制箱；將常規壓水堆的硼水補給系統合并入化學和容積控制系統，簡化了系統設計。系統主要功能

主要實現三大基本功能：容積控制：通過上充和下泄功能維持穩壓器水位，保持一回路水容積。反應性控制：調節冷卻劑硼濃度，補償反應堆緩慢的反應性變化。化學控制：控制反應堆冷卻劑的pH值、氧含量和其他氣體含量，防止腐蝕，裂變氣體積聚和爆炸；除去腐蝕和裂變產物，降低冷卻劑的放射性水平。2化學和容積控制系統描述系統描述

化容系統按功能劃分，可分為以下子系統：凈化子系統補水子系統下泄子系統樹脂充排子系統鋅/氫氣注入子系統輔助噴淋子系統

化學和容積控制系統簡圖凈化

系統凈化單元的高壓設備布置在安全殼內，利用主泵提供RCS的旁路凈化流的強制循環驅動壓頭。凈化流從一臺主泵的出口引出，經再生式熱交換器和下泄熱交換器冷卻，降溫至54.4℃后再經一臺混床、一臺陽床和過濾器；然后返回再生式熱交換器，被加熱后再進入主泵的入口。如果反應堆冷卻劑裂變產物的濃度較高，化容系統的下泄流可通過節流孔板降壓，然后排入放射性廢液處理系統的脫氣裝置，除去放射性裂變氣體。脫氣后的含硼水進入暫存箱，由補水泵送回RCS，以實現循環除氣。在正常余熱排出系統投運后，與正常余熱排出系統配合，由余排泵提供強制循環壓頭對主回路的水進行低壓凈化。容積控制

一回路平均溫度的改變或一回路的泄漏均會造成一回路冷卻劑的體積改變，從而引起穩壓器水位的變化。AP1000通過反應堆補水控制系統（RMCS）來控制穩壓器水位。反應堆補水控制系統通過控制補水子系統和下泄子系統將穩壓器水位控制在一個正常范圍內。當穩壓器水位低時，RMCS自動控制三通控制閥V115，以向一回路提供一定濃度的含硼水。接著補水泵自動啟動，向RCS系統進行補水。當穩壓器水位高時，RMCS系統控制下泄隔離閥自動開啟，將一回路冷卻劑經下泄孔板降壓后排向核島液體廢物系統。硼濃度調節（1）

RCS的硼濃度調節是為了補償啟堆、停堆、換料和燃耗引起的長周期、大量反應性變化。RCS的硼化和稀釋分別采用2.5%的硼酸溶液和除鹽水，以上充和下泄配合的方式進行。2.5%濃度的硼酸溶液由硼酸制備罐制備后儲存在硼酸儲存箱內。硼濃度調節（2）

當需要增加一回路硼濃度時，RMCS設置為硼化模式，自動控制三通控制閥V115全開向硼酸儲存箱，然后啟動補水泵，向RCS系統中注入濃硼酸。當穩壓器水位升高至設定值時，下泄子系統自動投入，維持穩壓器水位在正常范圍內。當需要降低一回路硼濃度時，RMCS設置為稀釋模式，自動控制三通控制閥V115全開向除鹽水系統，然后啟動補水泵，向RCS系統中注入除鹽水。當穩壓器水位升高至設定值時，下泄子系統自動投入，維持穩壓器水位在正常范圍內。pH值控制

控制RCSpH值的化學添加劑為氫氧化鋰（Li7OH）。功率運行時，Li_7的濃度是變化的。壽期初由于硼的濃度較高，10B(n，)7Li輻照分解反應產生較多的Li_7，需要連續投入陽床，除去過多的鋰離子，控制pH值。壽期末RCS的硼濃度低，10B(n，)7Li反應較弱，只需要間斷投運陽床除鋰離子。如果pH值變小，需要向一回路添加Li7OH，以提高pH值。含氧量控制

在啟動階段，RCS升溫升壓初期（82℃），向RCS添加化學除氧藥物。功率運行時，向RCS加H2。溶解H2的濃度應高于25cm3(STP)/kgH2O。利用放射性廢液處理系統的脫氣裝置進行RCS的除氣操作。因此在計劃停堆前24小時內，溶解H2的濃度可降至15cm3/kg左右。系統設有一臺加鋅（Zn）計量泵，連續向RCS添加醋酸鋅，維持冷卻劑中鋅的濃度（5-40ppb），以減少RCS內表面氧化膜的溶解，從而降低電廠職業輻射劑量。硼酸配制回路

化容系統的硼酸制備罐可以為用戶制備不同濃度的硼酸溶液。硼酸溶液的用戶有：CVS系統硼酸儲存箱、非能動堆芯冷卻系統的堆芯補水箱、安注箱和安全殼內換料水箱（IRWST）以及乏燃料水池。2.5%濃度的硼酸溶液是在硼酸溶液制備罐中配制的。箱內裝有電加熱器和攪拌器。配制的方法是將結晶狀的硼酸（H3BO3）同除鹽水系統的除鹽水相混合，用攪拌器攪拌，同時加熱使硼酸晶體溶解，得到相應濃度的溶液。化學添加劑制備回路

CVS系統中有一個化學加藥罐。需添加化學藥物時，將化學藥物手動倒入容器內，然后用除鹽除氧水沖到補水泵的入口，由補水泵打入一回路系統。所加氫氧化鋰所含Li_7同位素的豐度必須超過99.9%。容積控制原理

所謂容積控制就是通過化容系統的下泄排放能力和廢液系統的暫存箱吸收部分一回路水容積變化量，維持穩壓器水位在一個整定的范圍內。穩壓器不能全部吸收一回路水溶劑的變化。水的比容隨溫度變化曲線圖

050100150200250300350T（℃）21.81.61.41.21.010-3(m3/kg)容積控制原理圖化學控制原理

冷卻劑在一回路內循環流動，其水化學特性在整個回路都相同。由于水的溫度增高，水中含氧量增加，一回路水PH值降低，都將導致一回路部件的腐蝕。冷卻劑通過堆芯時，由于中子的輻照，水中的腐蝕產物被活化；而且，冷卻劑也有可能帶出從元件包殼破裂處逸出的裂變產物。化學控制原理圖反應性控制原理（1）反應堆在長期功率運行期間，影響反應性變化的因素主要有以下幾點：燃料燃耗；燃料溫度變化引起多普勒效應；燃料元件中產生裂變產物，如氙-135，釤-149，它們是吸收中子的毒物，并且濃度隨功率變化而改變；一回路冷卻劑的溫度效應。反應性控制原理（2）反應性控制的目的是，調節一回路水的硼濃度以保證在壓水堆功率運行時，控制棒組件的調節棒組可以位于正常的調節帶范圍，保證反應堆獲得足夠的停堆裕度。可采取如下措施：

—加硼，在補水泵吸入口注入預先規定數量的硼酸溶液。在正常功率運行時，為了將調節棒組調整到正常使用范圍；或者，反應堆停運時，為了增加停堆深度，需進行加硼操作。

—稀釋，用等量的除鹽水代替一部分一回路冷卻劑的硼水。

—除硼，用離子交換樹脂吸附一回路水中的硼酸。3化學和容積控制系統主要設備及工作原理設備描述化學和容積控制系統由再生式熱交換器、下泄熱交換器、離子交換器、過濾器、補水泵、硼酸制備罐、硼酸儲存箱、化學加藥罐、管道、閥門和儀表等組成。離子交換床化容系統離子交換床的功能主要是除去放射性的腐蝕產物和離子狀的裂變產物。混床使用的交換樹脂為Li型陽樹脂和HO型陰樹脂。在燃料破損率達到設計基準事故的工況下，除鹽床能在一個換料周期內采用全流量的方式處理下泄冷卻劑。為避免稀釋反應堆冷卻劑，混床在與主回路連接之前，應使樹脂內所含硼酸飽和，也叫“除鹽床硼飽和”操作。兩臺混床并聯，正常運行中一臺運行，另一臺備用。陽床為H型陽樹脂，間斷運行，主要用來控制Li_7的濃度，Li_7主要來自于10B(n，)7Li反應。陽床也能夠確保反應堆冷卻劑中銫136的濃度應低于1μCi/cm3。正常運行時，陽床間斷運行，當燃料元件破損或需要降低RCS的pH值時投入陽床。過濾器三臺過濾器是折疊紙制濾網過濾器，前后壓差為0.069MPa，可以過濾掉直徑大于0.1μm的顆粒，過濾效率可達98%。過濾器分別用來過濾除鹽床后的雜質、樹脂碎片和上充水中的雜質。過濾器結構圖

主法蘭起吊螺栓法蘭蓋定位板固定組件含O型密封圈吊耳支撐方管殼體底蓋出口(N2)濾芯濾芯管板進口（N1)放空口（N3）網孔管主螺栓補水泵補水泵是臥式、多級離心泵，通過聯軸器和交流電動機連接。補水泵的電機和潤滑油冷卻器均采用房間內的空氣進行冷卻。每臺補水泵設置有一條小流量管線，每條管線上有一臺小流量熱交換器，由設冷水為小流量熱交換器提供冷卻。泵的出口母管上有一只流量調節閥，控制補水流量。每臺補水泵能補償一回路內徑為Ф9.5mm的破口或蒸汽發生器一根傳熱管破裂后的泄漏量。再生熱交換器再生熱交換器將從高溫流體導出的熱量用于加熱即將進入一回路的凈化流體，從而降低由于上充子系統補入的冷水進入高溫的一回路系統而對一回路管道造成的熱沖擊。未凈化的流體經過再生熱交換器的管側，而凈化后的流體經過再生熱交換器的殼側。再生熱交換器的管側和殼側均采用不銹鋼制造。再生熱交換器外觀圖下泄熱交換器下泄熱交換器是U形管式熱交換器，冷卻水來自設備冷卻水系統。下泄流體的出口溫度由一個調節冷卻水流量的設備冷卻水流量調節閥控制，使下泄流體溫度適宜離子交換床的運行要求。高溫凈化流體經過下泄熱交換器的管側，冷卻水經過殼側。管側材料是不銹鋼制造，殼側材料為碳鋼。下泄熱交換器外觀圖下泄孔板下泄孔板實現的是降壓功能，使用奧氏體不銹鋼制造。孔板按正常下泄流設計，正常下泄壓降一般為13.1Mpa。孔板設置旁路管線，在一回路卸壓后旁通下泄孔板，維持低壓下泄流量。硼酸儲存箱硼酸儲存箱位于廠房外面的空地，是一個立式、圓柱形的不銹鋼罐。因為正常運行期間，一回路基本不使用調硼的方式調節功率，故此硼酸使用量很少，硼酸附帶引入的氧氣體積對一回路的含氧量影響有限。所以，硼酸儲存箱直接與大氣連同。硼酸儲存箱內部和硼酸輸送管道上裝有電加熱器，防止4350PPm濃度的硼酸溶液結晶。硼酸制備箱硼酸制備箱是一個奧氏體不銹鋼圓柱形箱體，用于制備2.5%濃度的硼酸溶液。在硼酸溶液制備之后，將硼酸溶液傳輸至硼酸儲存箱。硼酸制備箱上部設有添加硼酸晶體的接管，側面設有與除鹽水系統的接口及溢流管線，