EPR機(jī)組一回路水壓試驗(yàn)壓力控制策略探討

余維銘++邱小平++陳世記++伍家彬

摘要：文章主要介紹了歐洲先進(jìn)壓水堆（EPR）核電機(jī)組一回路水壓試驗(yàn)（PHT）的相關(guān)要求，分析了PHT期間的壓力控制方法，基于可能造成一回路壓力波動(dòng)的主要工況，通過建立模型進(jìn)行分析計(jì)算，得出了EPR機(jī)組PHT期間的壓力控制策略和超壓保護(hù)配置方法。

關(guān)鍵詞：EPR機(jī)組；一回路水壓試驗(yàn)；壓力控制；瞬態(tài)；失電；超壓保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM623 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0073-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.036

工程階段的一回路水壓試驗(yàn)（PHT，Primary Hydraulic Test）是一個(gè)非常重要的里程碑，它全面檢驗(yàn)了核電機(jī)組設(shè)計(jì)、采購(gòu)和安裝的質(zhì)量。而臺(tái)山項(xiàng)目作為全球EPR首堆，PHT無(wú)先例可循。根據(jù)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范，一回路正常升降壓速率為±4bar/min，由于EPR機(jī)組化學(xué)容積控制系統(tǒng)（RCV）的上充、下泄方式以及水壓試驗(yàn)泵（RBS4220PO）的特殊性，需要對(duì)PHT的升壓方式和超壓保護(hù)做專門的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)PHT可靠的壓力控制，確保工程調(diào)試期間水壓試驗(yàn)瞬態(tài)次數(shù)不超出《最終安全分析報(bào)告》的限值，防止一回路壓力大幅波動(dòng)損壞設(shè)備。

1 一回路單相壓力控制問題

根據(jù)核電廠設(shè)計(jì)和建造規(guī)則RCCM-2007的要求以及現(xiàn)場(chǎng)安裝邏輯，臺(tái)山核電機(jī)組PHT壓力為1.33倍的設(shè)計(jì)壓力（PS）1.33*PS=233bar.g。根據(jù)泵的出力特性，在165bar.g之前用RCV上充泵給一回路升壓，165bar.g到最終試驗(yàn)壓力233bar.g用RBS4220PO給一回路升壓。下文的計(jì)算以250bar壓力舉例計(jì)算。

圖1為臺(tái)山PHT升壓、降壓方式的簡(jiǎn)化示意圖，在一回路單相水實(shí)體工況下，利用了上充和下泄流量的不平衡使一回路壓縮升壓或膨脹降壓，升、降壓速率取決于上充流量與下泄流量的差值。由于PHT時(shí)一回路是單相水實(shí)體工況，因此上充、下泄流量不平衡越大，壓力波動(dòng)越明顯。165bar.g之前RCV上充泵控制一回壓力的情況下，由于上充流量可以通過化學(xué)容積控制系統(tǒng)（RCV）閥門RCV6114VP來調(diào)節(jié)，因此只要將上充、下泄流量調(diào)節(jié)到足夠小的范圍，對(duì)于事故情況下失去上充流量或下泄流量，其失壓或超壓風(fēng)險(xiǎn)是可控的。但是165bar.g以上用水壓試驗(yàn)泵RBS4220PO給一回路升降壓的工況比較特殊，通過以下分析可知，PHT壓力控制最大的風(fēng)險(xiǎn)，源于165bar.g以上的高壓力平臺(tái)發(fā)生失電或者化學(xué)容積控制系統(tǒng)（RCV）下泄流量調(diào)節(jié)閥（RCV1314VP或RCV1324VP）故障全開。

3 解決方案

3.1 正常升壓過程

3.1.1 165bar.g之前用上充泵給一回路升壓。

3.1.2 165bar.g平臺(tái)時(shí)，將上充流量調(diào)節(jié)在RBS4220PO流量范圍內(nèi)（比12m3/h略小），然后啟動(dòng)RBS4220PO，水壓試驗(yàn)泵啟動(dòng)后上充泵流量瞬間被水壓試驗(yàn)泵代替，上充泵轉(zhuǎn)入小流量運(yùn)行作為水壓試驗(yàn)泵的備用。通過這種方法解決了RBS泵流量不可調(diào)節(jié)，上充流量無(wú)擾地從上充泵切換到水壓試驗(yàn)泵。

3.1.3 165bar.g平臺(tái)到233bar.g平臺(tái)，由水壓試驗(yàn)泵和下泄流量調(diào)節(jié)閥控制一回路壓力。

3.2 165bar.g以上平臺(tái)的壓力保護(hù)

3.2.1 水壓試驗(yàn)泵機(jī)械故障。通過前面分析可知，一旦判斷水壓試驗(yàn)泵發(fā)生機(jī)械故障無(wú)法提供上充流量，應(yīng)立即關(guān)小下泄流量調(diào)節(jié)閥，將一回路壓力穩(wěn)定住。由于水壓試驗(yàn)泵流量不可調(diào)節(jié)，水壓試驗(yàn)泵故障處理好以后，需要先平衡一回路上充和下泄流量后，再重新啟動(dòng)水壓試驗(yàn)泵，防止RBS4220PO重新啟動(dòng)過程中一回路超壓或RBS4220PO出口憋壓。

3.2.2 電源切換過程應(yīng)對(duì)措施。根據(jù)泵出廠試驗(yàn)報(bào)告在260bar.g背壓下惰轉(zhuǎn)時(shí)間為3s，由于當(dāng)前ANT自動(dòng)切AST的時(shí)間超過RBS無(wú)擾切換所需的時(shí)間，解決的方法有兩個(gè)：一個(gè)是通過設(shè)計(jì)優(yōu)化使得ANT自動(dòng)切換到AST的時(shí)間在2s以內(nèi)，切換時(shí)間小于惰轉(zhuǎn)時(shí)間，一回路壓力波動(dòng)可以接受；另一個(gè)是如果電源切換時(shí)間超出水壓試驗(yàn)泵的惰轉(zhuǎn)時(shí)間，可以通過臨時(shí)控制變更，將ANT故障自動(dòng)切換到AST的信號(hào)引到水壓試驗(yàn)泵和下泄流量調(diào)節(jié)閥，出現(xiàn)這種電源故障工況時(shí)自動(dòng)跳開水壓試驗(yàn)泵和下泄流量調(diào)節(jié)閥。

3.2.3 下泄流量控制閥設(shè)置應(yīng)對(duì)異外泄壓。為應(yīng)對(duì)下泄流量調(diào)節(jié)閥門異常全開造成的壓力瞬態(tài)，考慮到下泄流量，可以由兩列互為配用的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，結(jié)合表1（閥門開度與壓力梯度關(guān)系）的計(jì)算結(jié)果，165bar.g之前用正常不設(shè)開度限制的流量控制閥調(diào)節(jié)一回路壓力；165bar.g壓力平臺(tái)之后用帶有30%限制開度的閥門手動(dòng)控制一回路壓力，通過機(jī)械調(diào)整限制保證即使閥門異常開啟最多也只能達(dá)到30%，不會(huì)100%全開。閥門機(jī)械行程限制方法，如圖4，通過調(diào)整閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部控制凸輪的角度，使下泄流量調(diào)節(jié)閥RCV1314/1324VP之一的開度限定在30%，從而滿足防止閥閥異常全開造成的壓力瞬態(tài)。

圖4 電動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3.2.4 超壓保護(hù)。水壓試驗(yàn)最終壓力升到233bar.g，為防止一回路超壓損壞設(shè)備，設(shè)置了三重防超壓屏障：第一，如果一回路壓力超過233+1bar的設(shè)定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一回路壓力高報(bào)警，因此一回路升壓過程緩慢操作，逼近233bar.g時(shí)要盡量避免壓力梯度過大；第二，當(dāng)壓力超過233+2.2bar時(shí)水壓試驗(yàn)泵RBS4220PO跳閘，壓力停止上升；第三，當(dāng)水壓試驗(yàn)泵拒動(dòng)，一回路壓力超過233+3bar，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)RCV穩(wěn)壓器頂部排放閥RCP7241VP開啟泄壓。因此一回路壓力要連續(xù)突破三重壓力屏障的概率很小，從而確保一回路設(shè)備的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在過冷水壓縮公式和閥門流量系數(shù)公式的基礎(chǔ)上建立了一回路壓力波動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并采用理論分析推導(dǎo)的方法，對(duì)一回路水壓試驗(yàn)期間可能造成壓力瞬態(tài)工況，提出了一回路正常壓力控制方案和防止超壓、異外泄壓的控制策略，達(dá)到對(duì)EPR機(jī)組一回路水壓試驗(yàn)行之有效地進(jìn)行壓力控制的目的。

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作者簡(jiǎn)介：余維銘（1983-），男，福建永安人，南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院核能與核技術(shù)工程在讀研究生，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核電站總體試驗(yàn)；邱小平（1958-），男，南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向：核技術(shù)應(yīng)用、輻射防護(hù)；陳世記（1984-），廣西柳州人，男，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核島調(diào)試；伍家彬（1971-），男，重慶人，臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司副研究員，研究方向：核電站調(diào)試管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）