蒸汽發(fā)生器液位波動的原因分析及響應(yīng)

劉毅

【摘 要】蒸發(fā)器連接一、二回路，肩負著冷卻堆芯保證核安全，同時也產(chǎn)生蒸汽用于推動汽輪發(fā)電機組，從而將核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由此蒸發(fā)器的液位和壓力控制顯得至關(guān)重要，本文介紹功率運行期間蒸發(fā)器的液位控制，并簡單分析蒸發(fā)器液位波動的原因以及如何診斷和響應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】蒸發(fā)器;液位控制;診斷與響應(yīng)

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0135-002

1 蒸發(fā)器液位波動的原因及響應(yīng)概述

蒸發(fā)器作為一回路和二回路聯(lián)系的紐帶，主要作用是帶出堆芯熱量，保證堆芯的安全，正常運行工況下蒸發(fā)器液位控制由蒸發(fā)器液位控制程序自動控制，緊急時可手動控制上水小閥開度來維持蒸發(fā)器必須的水裝量。正常運行工況下蒸發(fā)器液位由反應(yīng)堆功率、液位偏差以及給水/蒸汽流量來決定，正常功率升降引起的液位變化以及液位偏差不是本文討論的重點，本文將著重從給水/蒸汽流量不匹配的角度并結(jié)合實際運行工況對蒸發(fā)器液位波動的原因進行分析總結(jié)，從而得出正確的響應(yīng)措施。

2 反應(yīng)堆功率變化

正常的功率升降工況：堆功率作為蒸發(fā)器液位控制的前饋項，功率的變化將會導(dǎo)致液位設(shè)定值變化，功率的升降會導(dǎo)致液位跟隨變化，以保證有足夠的裝量來冷卻堆芯，保證熱阱匹配，所以功率變化期間需關(guān)注蒸發(fā)器液位設(shè)定值的改變以及閥門開度的變化，如閥門響應(yīng)偏離預(yù)期需立即現(xiàn)場確認閥門供氣回路是否正常，執(zhí)行機構(gòu)有無卡澀。

2.1 給水/蒸汽流量變化

a）主給水泵運行狀態(tài)不滿足功率要求

升功率期間，檢查蒸發(fā)器液位跟隨液位設(shè)定值變化，確認給水泵運行數(shù)量滿足功率要求，根據(jù)要求，反應(yīng)堆功率40%FP之前，一臺主給水泵運行;40%FP以上，投運第二臺主給水泵;第三臺主給水泵處于備用狀態(tài)，僅當其他主給水泵跳閘時自動啟動。

功率運行期間，單臺運行主給水泵故障跳閘，備用主給水泵沒有自動啟動，或沒有備用主給水泵，操縱員應(yīng)立即嘗試手動啟動備用主給水泵，確認給水流量恢復(fù)，蒸發(fā)器液位上升。否則，手動快速降功率到50%FP以下，同時啟動輔助給水泵。

其次，主給水泵再循環(huán)閥故障開啟也會導(dǎo)致蒸發(fā)器液位下降，此時應(yīng)立即手動快速降功率，同時啟動輔助給水泵，確認所有蒸發(fā)器液位恢復(fù)到設(shè)定值，然后按照運行規(guī)程執(zhí)行主給水泵切換，再停運輔助給水泵，最后恢復(fù)滿功率運行。

b）蒸發(fā)器液位控制閥門故障導(dǎo)致上水流量不滿足功率要求

每臺蒸發(fā)器配備的液位控制閥組含1個小液位控制閥（失效開）和2個大液位控制閥（失效關(guān)）。功率運行期間，小液位控制閥關(guān)閉，1個大液位控制閥開啟調(diào)節(jié)，另1個大液位控制閥關(guān)閉且被電動閥隔離。

大液位控制閥組故障，大液位控制閥為失效關(guān)氣動閥，入口有電動隔離閥，電動閥全行程動作時間小于21秒，出口有手動閥。

c）給水管線破裂

公共給水管線破裂：公共給水管（從給水泵出口到主給水閥入口）突然出現(xiàn)較大破口，所有蒸汽發(fā)生器液位下降，主給水泵出口流量上升，蒸汽發(fā)生器給水流量下降，凝結(jié)水上水流量增加，后備給水箱液位下降，根據(jù)破口位置汽機廠房或主給水閥站附近可以發(fā)現(xiàn)大量蒸汽。此時處理原則可根據(jù)應(yīng)急運行規(guī)程執(zhí)行。

高加傳熱管破裂：高壓加熱器正常滿功率疏水路徑為，6號高加疏水到5號高加，5號高加疏水到除氧器，其中只有5號高加疏水到除氧器的管線安裝了流量計，正常滿功率單側(cè)約120kg/s的疏水流量。高加傳熱管破裂，會導(dǎo)致5號高加到除氧器疏水流量增加，急疏閥可能開啟并觸發(fā)開閥報警，主給水泵出口流量上升，SG液位下降，蒸汽發(fā)生器給水流量下降;如果破口較大，高加會由于高高液位自動隔離。處理原則為降低反應(yīng)堆功率至96%FP，隔離故障高加。

非對稱給水管破裂：非對稱給水管范圍從蒸汽發(fā)生器控制閥組到蒸汽發(fā)生器為止。故障蒸汽發(fā)生器液位明顯下降，可能觸發(fā)快速降功率和停堆動作;如果觸發(fā)蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序的“非對稱給水管破裂”邏輯，故障蒸汽發(fā)生器的所有液位控制閥全關(guān)。

d）蒸發(fā)器液位控制程序故障

蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序雙機失效，蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序雙機失效，液位控制閥的輸出信號降為零，導(dǎo)致所有的大液位控制閥全關(guān)，小液位控制閥全開，滿功率SG液位會迅速下降到快速降功率值，可能觸發(fā)停堆系統(tǒng)動作;由于輔液位控制閥全開，機組停運后，SG液位會迅速回升，如果沒有操縱員干預(yù)，蒸發(fā)器二次側(cè)會被充滿水，甚至滿溢到主蒸汽集管。（注，蒸發(fā)器高高液位3.02m，只能強制關(guān)閉大液位控制閥前電動閥，小液位控制閥前電動閥不受影響）。

當發(fā)生雙機失效時，確認發(fā)生快速降功率，在執(zhí)行應(yīng)急運行規(guī)程的同時，嘗試恢復(fù)蒸汽發(fā)生器液位控制程序C程序，并通過輔助液位控制器手動控制SG液位。如果有必要，可以通過增大排污流量協(xié)助降低過高的蒸發(fā)器液位。如果已經(jīng)進入過多冷水蒸發(fā)器壓力會下降較快，應(yīng)及時啟動第2臺上沖泵補充一回路裝量以維持主系統(tǒng)壓力。

蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序控制異常：

蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序控制主要由液位反饋比例積分項、功率項、質(zhì)量平衡項構(gòu)成。

液位測量為每個蒸發(fā)器獨立3通道，取中高值，單一信號故障不會影響比例積分項正確計算;

功率項來自于14組共28個鉑探測器的均值，以及熱功率校正值，因此單一鉑探信號故障不會導(dǎo)致功率計算產(chǎn)生明顯影響，也就不會功率項正確計算;

蒸汽發(fā)生器液位控制程序保護邏輯誤觸發(fā)：

蒸汽發(fā)生器液位控制程序主要有3個直接作用于給水的保護邏輯：給水限流、非對稱給水管線破裂、應(yīng)急補水。

給水限流由于本身設(shè)計問題，正常運行期間存在誤觸發(fā)可能，2號機組在切換主給泵時誤觸發(fā)了兩次，給水限流邏輯主要針對蒸汽管線大破口，導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器壓力急劇下降，給水流量急劇上升，蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序為避免運行的2臺主給水泵過流跳閘需要限制上水閥的開度，由于蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序預(yù)設(shè)參數(shù)對應(yīng)的工藝配置為2臺主給水泵運行，當發(fā)生3臺主給水泵同時運行時，會發(fā)生較大控制偏差，可能導(dǎo)致給水流量超限，觸發(fā)給水限流邏輯。一旦給水限流觸發(fā)，由于相互干擾，各蒸汽發(fā)生器均會不同程度限流，并導(dǎo)致液位不斷下降，最終會有1臺蒸汽發(fā)生器液位達到低液位快速降功率。這是一種偏離設(shè)計，但機組運行非?？赡馨l(fā)生的工況，而且已經(jīng)發(fā)生。目前，針對這一設(shè)計不足，通過運行規(guī)程修訂，切換主給水泵之前，限定機組降功率到90%FP以下，確保蒸汽發(fā)生器瞬時給水流量也不會超限，從工藝上避免觸發(fā)給水限流邏輯。

非對稱給水管破裂，由于判斷條件主要來源于蒸汽發(fā)生器液位，蒸汽發(fā)生器液位窄量程和中量程測量均有A/B/C三個通道取中高值，單一液位測量故障不導(dǎo)致快速降功率和蒸汽發(fā)生器液位控制程序?qū)σ何坏恼`判

應(yīng)急補水觸發(fā)條件要求蒸汽發(fā)生器液位小于-0.7m且沒有非對稱給水管破裂，但其已經(jīng)低于快速降功率的零功率限值0.1m，而且功率運行期間，蒸汽發(fā)生器液位控制程序和快速降功率的蒸汽發(fā)生器液位來源相同，因此功率運行期間，蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序的應(yīng)急補水邏輯不會誤動。

蒸發(fā)器傳熱管泄漏：

蒸發(fā)器傳熱管泄漏時，一回路重水通過傳熱管泄漏至二次側(cè)，蒸發(fā)器液位上升，通過液位偏差項使閥門要求開度減小，閥門關(guān)小，上水流量下降，可通過對比液位和上水流量、蒸汽流量來判斷是否發(fā)生蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂，如確認發(fā)生蒸發(fā)器傳熱管泄漏事件則按照應(yīng)急運行規(guī)程進行處理。

3 診斷思路及處理

如果機組沒有發(fā)生功率變化瞬態(tài)，則立即檢查蒸發(fā)器壓力，液位及液位設(shè)定值，閥門開度以及上水流量，主給泵運行參數(shù)和出口流量，蒸汽流量，同時派人現(xiàn)場檢查閥門響應(yīng)情況，然后根據(jù)情況進行故障定位。

3.1 單一蒸汽發(fā)生器液位波動

單一蒸汽發(fā)生器液位波動表示故障來源于蒸汽發(fā)生器液位控制程序程序的質(zhì)量平衡項異常、控制閥組故障、非對稱給水管破裂、蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂等非對稱故障。

液位上升，一回路上充流量大量上升，相應(yīng)蒸發(fā)器閥門要求開度減小，蒸發(fā)器上水流量減小，為蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂;

液位下降，閥門開度增大，給水泵出口流量上升或給水閥站附近有大量蒸汽或反應(yīng)堆廠房高壓，為蒸汽發(fā)生器非對稱給水管破裂;

液位下降，閥門開度增大，給水泵出口流量下降，為大液位控制閥故障;此時可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行控制閥門的切換操作。

液位波動方向與閥位波動方向相同（即液位升，閥開大;液位降，閥開?。?，為質(zhì)量平衡項故障，可根據(jù)實際情況及時取消質(zhì)量平衡項。

3.2 多個蒸汽發(fā)生器液位波動

除了由于反應(yīng)堆功率變化導(dǎo)致的蒸汽發(fā)生器液位設(shè)定值變化及液位正常響應(yīng)外，其他情況下的多個蒸汽發(fā)生器液位波動表示故障來源于給水泵、公共給水管破裂、蒸汽發(fā)生器液位控制程序雙機失效、蒸汽發(fā)生器壓力異常、給水限流邏輯觸發(fā)、徹底失去儀用壓空等公共故障。

由于公共故障多有報警直接提示，如主給水泵跳閘、蒸汽發(fā)生器液位控制程序雙機失效、給水限流邏輯觸發(fā)、失去儀用壓空等，這樣剩余的故障診斷如下：

給水泵出口流量降低，再循環(huán)流量上升，給水流量下降，為再循環(huán)閥故障;

給水泵出口流量增加，給水流量下降，汽機廠房確認蒸汽，為公共給水管破裂;

給水泵出口流量增加，給水流量下降，高加急疏開啟，為高壓加熱器傳熱管破裂;

蒸汽發(fā)生器壓力下降，且設(shè)定值在下降，為蒸汽發(fā)生器壓力控制模式錯誤;

蒸汽發(fā)生器壓力下降，且蒸汽流量高于反應(yīng)堆功率，反應(yīng)堆廠房高壓或安全殼外或汽機廠房確認蒸汽，為蒸汽管線破裂。

4 結(jié)束語

蒸發(fā)器液位和壓力控制對電廠安全運行有著重要的意義，本文從日常運行經(jīng)驗的角度簡單分析了蒸發(fā)器液位控制的常見問題及響應(yīng)，由于本人水平有限，文中難免存在錯誤，敬請指正。

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