上沖泵吸入口非預(yù)期切換瞬態(tài)處理

魏中華　申國(guó)偉　張祝愿

【摘 要】本文首先闡述上充泵的運(yùn)行原理，然后分析泵吸入口非預(yù)期切換瞬態(tài)及對(duì)機(jī)組影響，最后提出了解決方法并對(duì)解決方法進(jìn)行論證。

【關(guān)鍵詞】雙水源；硼化；隔離上充

0 緒論

本文所涉及的系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備均是以M310堆型為原型。雖然誤硼化向反應(yīng)堆引入的是負(fù)反應(yīng)性，不會(huì)影響到核安全，但對(duì)于以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益為目的的核電廠來說，非預(yù)期硼化會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。本文就是針對(duì)上充泵吸入口非預(yù)期切換這一瞬態(tài)提出解決方法。

1 上充泵運(yùn)行原理

1.1 運(yùn)行方式

化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（RCV）是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）的重要輔助系統(tǒng)。上充泵是化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的重要組成部分，上充泵是由三臺(tái)并聯(lián)的離心式多級(jí)臥式泵組成并分為兩列，其中A列是RCV001PO（A列應(yīng)急母線供電），B列是RCV002PO和RCV003PO（B列應(yīng)急母線供電）。上充泵同時(shí)作為高壓安注泵并在事故工況下執(zhí)行安注功能。由于其在正常和事故工況下的作用不同，運(yùn)行方式也有很大區(qū)別。

正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)B列上充泵運(yùn)行，其來水取自容控箱（RCV002BA），而RCV002BA來水是取自反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）二環(huán)路過渡段經(jīng)兩次降溫降壓并經(jīng)過濾凈化后的下泄流，經(jīng)上充泵升壓到17.7Mp后返回反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）一環(huán)路冷段和主泵軸封水回路。反應(yīng)堆穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，上充流量與主泵軸封注入流量之和與下泄流量一致，維持穩(wěn)壓器水位，保持一回路水容積恒定。在正常工況下，運(yùn)行上充泵的流量包括以下流量的總和：上充流量+主泵密封水注入流量+小流量管線流量。具體到機(jī)組實(shí)際情況，上沖泵流量=10.3m3/h+3.6 m3/h+13.6 m3/h=27.5 m3/h。

事故工況下（安注信號(hào)觸發(fā)）上充泵作為高壓安注泵，備用列的高壓安注泵自動(dòng)啟動(dòng)（A列和B列各一臺(tái)泵運(yùn)行），其供水由換料水箱（PTR001BA）提供，上充管路及小流量循環(huán)管路被隔離。換料水箱中硼水經(jīng)高壓安注泵增壓后通過高壓安注管線注入堆芯，注入高濃度硼水的目的是向堆芯引入負(fù)反應(yīng)性，確保堆芯安全。

上充泵額定流量為34m3/h，額定流量下的總壓頭為1760～1802m，軸輸入功率（最大）700kW。最小流量是13.6m3/h，下限是4m3/h，此時(shí)至多可維持一小時(shí)；上充泵吸入口溫度小于25℃情況下，上充流量6m3/h，則可維持10小時(shí)。

1.2 切換原理及問題

來自容控箱的管路上串聯(lián)兩個(gè)電動(dòng)隔離閥（RCV033/034VP），來自換料水箱有A/B兩條管線對(duì)應(yīng)上沖泵A/B列，每列管線上布置一個(gè)電動(dòng)閥（A列為RIS012VP、B列為RIS013VP）。吸入口切換是通過先開后關(guān)入口電動(dòng)閥的方式實(shí)現(xiàn)的以保證切換過程中上充泵不間斷供水。水源由RCV002BA切換到PTR001BA即可手動(dòng)切換也可自動(dòng)切換。自動(dòng)切換信號(hào)有兩個(gè)

（1）RCV002BA水位降到5%；

（2）安注信號(hào)。

自動(dòng)信號(hào)觸發(fā)后RIS 012/013 VP自動(dòng)打開，RCV 033/034 VP自動(dòng)關(guān)閉。從PTR001BA切回到RCV002BA只能手動(dòng)切換完成，即操作員遠(yuǎn)控打開RCV 033/034 VP后，關(guān)閉RIS 012/013 VP。為了驗(yàn)證安全設(shè)備的可用性，按照《秦山第二核電廠一、二號(hào)機(jī)組安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗(yàn)要求》的要求，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPR）每?jī)蓚€(gè)月（每月一個(gè)系列）都要進(jìn)行安全設(shè)備的功能驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)于本文之前涉及部分具體試驗(yàn)過程是利用人為部分觸發(fā)安注信號(hào)來驗(yàn)證吸入口閥門切換，預(yù)期結(jié)果達(dá)到后立即取消觸發(fā)信號(hào)并遠(yuǎn)控先開啟容控箱吸入閥再關(guān)閉換料水箱吸入閥的方法恢復(fù)正常工況。實(shí)際機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)過試驗(yàn)恢復(fù)過程中換料水箱吸入口閥門故障拒動(dòng)導(dǎo)致無法及時(shí)關(guān)閉進(jìn)而造成一回路硼化事件。另外容控箱液位計(jì)低漂故障導(dǎo)致錯(cuò)誤切換的風(fēng)險(xiǎn)也存在。所以有必要分析事件后果及制定相應(yīng)的處理措施。

2 應(yīng)對(duì)措施分析

考慮到故障原因的不確定性，理論上最直接解決方法就是直接從執(zhí)行機(jī)構(gòu)著手，也就是在配電柜或者閥門就地直接人為干預(yù)手動(dòng)完成切換，這種方法直接有效，可以略過分析事故原因的步驟直接作用于結(jié)果。但是在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，主控操作員發(fā)現(xiàn)故障然后電話通知現(xiàn)場(chǎng)操作員就地干預(yù)，再由現(xiàn)場(chǎng)操作員就地完成切換，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最快也要5分鐘的時(shí)間。如果按照上述響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行定量計(jì)算以分析事件影響。

對(duì)于換料水箱中水的硼濃度，《秦山第二核電廠一、二號(hào)機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書》（簡(jiǎn)稱技術(shù)規(guī)范）中有明確要求，換料水箱有效容積1600 m3，有效水深15.6m，硼濃度為2400±100ppm。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中冷卻劑硼濃度則跟機(jī)組運(yùn)行時(shí)間（壽期）有關(guān)，壽期初硼濃度最高（約1300ppm），隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，為了補(bǔ)償燃耗等效應(yīng)硼濃度逐漸降低，壽期末達(dá)到最低（約30ppm）。從最嚴(yán)重結(jié)果考慮，以下分析假設(shè)機(jī)組處于壽期末，此時(shí)一回路冷卻劑的硼濃度為30ppm。

此時(shí)機(jī)組處于正常運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)穩(wěn)壓器水位穩(wěn)定，上充流量+主泵軸封注入流量=下泄流量=13.6 m3/h，如果此時(shí)發(fā)生非預(yù)期上充泵吸入口切換，則5分鐘內(nèi)一回路硼化體積為13.6 m3/h*（5/60）h=1.13 m3，根據(jù)硼化稀釋量計(jì)算公式1：

通過查詢《秦山第二核電廠2#機(jī)組第十燃料循環(huán)核設(shè)計(jì)報(bào)告》得到壽期末、滿功率、平衡氙時(shí)硼的微分價(jià)值為-8.7pcm/ppm，則硼化提供的負(fù)反應(yīng)性為△ρ=16ppm*（-8.7pcm/ppm）=-139.2pcm，為了補(bǔ)償硼化引入的負(fù)反應(yīng)性，則需提棒步數(shù)為139.2pcm/5pcm/步=28步，這無疑會(huì)對(duì)堆芯功率分布產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至造軸向功率偏差出帶引起甩負(fù)荷等。

鑒于硼化效應(yīng)顯著，如何盡量減小硼化量以控制機(jī)組狀態(tài)顯得尤為重要。因?yàn)閷?shí)踐證明5分鐘已是最優(yōu)化，所以減少硼化量只能從降低硼化流量入手。硼化流量如前所述分為兩個(gè)部分，一部分是作為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主泵軸封注入水，另一部分為上充流量。為了保障主泵的正常運(yùn)行必須保證主泵軸封注入，軸封注入流量不能降低；上充流的目的是參與穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)，維持一回路水裝量恒定。如果將上充管線隔離，那么根據(jù)上充下泄之間的邏輯關(guān)系下泄管線也會(huì)自動(dòng)隔離，這樣一回路的水裝量就會(huì)因?yàn)檩S封注入而不斷增加。但是考慮到主泵1號(hào)軸封回流，軸封注入造成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)冷卻劑增量為3.6m3/h*2/3=2.4 m3/h。作為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)容積緩沖箱的穩(wěn)壓器滿功率情況下汽相空間為14.4 m3，所以短時(shí)間內(nèi)是可以接受的。

隔離上充管線還會(huì)造成上充泵的流量降低，在這種情況下上充泵流量由兩部分組成，軸封注入流量和小循環(huán)管線流量，泵流量=3.6 m3/h+13.6 m3/h=17.2 m3/h，滿足泵長(zhǎng)期運(yùn)行設(shè)計(jì)要求，考慮到隔離上充管線后的影響可以接受后，現(xiàn)定量分析對(duì)堆芯反應(yīng)性影響。

硼化流量如前所述為2.4 m3/h。

硼化時(shí)間為5分鐘，則硼化量為2.4 m3/h *（5/60）h=0.2 m3。

根據(jù)公式1：

其中V=0.2m3，C0=2400ppm，Ci=30ppm，計(jì)算得到Cf=33ppm。

硼化量△C=Cf-Ci=33ppm-30ppm=3ppm。

引入的負(fù)反應(yīng)性為3ppm*（-8.7pcm/ppm）=-26.1pcm。

如果用控制棒補(bǔ)償，提棒步數(shù)為26.1ppm/5pcm/步=6步。

在合理調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)，不會(huì)對(duì)堆芯功率分布產(chǎn)生較大影響。

3 結(jié)論

在上充泵吸入口發(fā)生非預(yù)期切換導(dǎo)致一回路誤硼化時(shí)采用立即隔離上充管線的方法可以最大限度地降低一回路誤硼化量，結(jié)合平均溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以保持機(jī)組瞬態(tài)過程穩(wěn)定運(yùn)行，為非預(yù)期切換的原因查找及處理爭(zhēng)取更多時(shí)間。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]