CEFR超壓保護(hù)系統(tǒng)液封器動作壓力試驗(yàn)結(jié)果分析及經(jīng)驗(yàn)反饋

陳健喆

中國原子能科學(xué)研究院 北京 102413

CEFR專設(shè)有反應(yīng)堆容器超壓保護(hù)系統(tǒng)，主要依靠補(bǔ)償容器及液封器等非能動裝置實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆容器的超壓保護(hù)和氣體自補(bǔ)償，而在液封器失效或發(fā)生事故下可通過開啟電動截止閥泄壓保證反應(yīng)堆的安全。液封器動作壓力試驗(yàn)用來驗(yàn)證液封器依舊可靠，通過向反應(yīng)堆主容器和保護(hù)容器補(bǔ)充保護(hù)氣體模擬由鈉溫變化引起的氣體容積改變，通過觀察液封器液位的變化或容器壓力是否持續(xù)上漲來判斷液封器動作壓力是否正常[1]。

主容器和保護(hù)容器各配有一臺液封器，任何情況下容器氣腔與液封器入口都為連通狀態(tài)，液封器出口與專用通風(fēng)系統(tǒng)相連。液封器內(nèi)部充有有機(jī)硅油，不與空氣或保護(hù)氣體相溶，背壓基本與大氣壓相同，隔絕了堆內(nèi)保護(hù)氣體和堆外空氣。根據(jù)設(shè)計(jì)，容器氣腔壓力穩(wěn)定時(shí)，液封器不工作，硅油液面處于設(shè)計(jì)高度。當(dāng)主容器或保護(hù)容器超壓，液封器硅油液面下降，當(dāng)壓力增大到最高工作壓力時(shí)，液面則降低到液封器鼓泡管入口，使氣體鼓泡，此時(shí)視為液封器動作，保護(hù)氣體將沿鼓泡管到達(dá)液封器上腔室，隨后被專用通風(fēng)帶走。隨壓力下降液封器硅油液面上升，當(dāng)掩蓋住鼓泡管入口時(shí)氣體排放中斷，以此維持壓力不再繼續(xù)上升。

本文針對液封器未成功穩(wěn)定主容器及保護(hù)容器壓力這一現(xiàn)象進(jìn)行描述和分析，并對后續(xù)的試驗(yàn)操作提出優(yōu)化建議。

1 現(xiàn)象描述

整個(gè)試驗(yàn)是在反應(yīng)堆冷停堆狀態(tài)下進(jìn)行的，由操作員完成。試驗(yàn)人員根據(jù)試驗(yàn)程序先后對主容器液封器和保護(hù)容器液封器進(jìn)行動作壓力試驗(yàn)。當(dāng)主容器壓力上升到液封器動作壓力時(shí)，主容器液封器液位傳感器始終沒有很大變化，且主容器壓力仍不斷上漲，試驗(yàn)人員依此判斷在此壓力下主容器液封器未動作。當(dāng)主容器壓力高出動作壓力5kPa時(shí)（仍低于設(shè)計(jì)限值很多），液封器液位傳感器顯示依然沒有很大變化，故停止補(bǔ)氣并開啟相應(yīng)閥門泄壓至正常壓力，確保反應(yīng)堆安全。隨后，在保護(hù)容器液封器動作壓力試驗(yàn)中，當(dāng)保護(hù)容器壓力超過液封器動作壓力5kPa時(shí)，保護(hù)容器液封器液位傳感器顯示鼓泡管內(nèi)液位明顯上升，判定保護(hù)容器液封器動作，但壓力依然上漲很快，液封器動作沒有使壓力穩(wěn)定，試驗(yàn)人員依此判斷保護(hù)容器液封器失效，隨即停止補(bǔ)氣，并開啟閥門使保護(hù)容器泄壓至正常壓力，終止試驗(yàn)。試驗(yàn)后初步分析可能是液封器油質(zhì)問題導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，試驗(yàn)人員隨即對兩臺液封器內(nèi)硅油取樣。通過觀察分析，液封器內(nèi)硅油仍然保持無色透明性狀，粘度正常，故排除該因素[2]。

隨后在同樣條件下進(jìn)行了二次試驗(yàn)，為避免超壓過快，操作員控制補(bǔ)氣閥門開度模擬超壓。此次試驗(yàn)中當(dāng)主容器達(dá)到液封器動作壓力時(shí)，壓力不再上漲，故停止補(bǔ)氣。當(dāng)保護(hù)容器達(dá)到高于液封器動作壓力3kPa時(shí)，壓力不再上漲，隨即停止了補(bǔ)氣。第二次試驗(yàn)驗(yàn)證了主容器、保護(hù)容器液封器功能正常，但主容器液封器液位傳感器的液位顯示仍然沒有變化；保護(hù)容器液封器的動作壓力高出試驗(yàn)程序上的限值3kPa。

2 原因分析

2.1 直接原因

通過對比兩次試驗(yàn)主容器及保護(hù)容器的壓力曲線圖，發(fā)現(xiàn)主容器液封器第一次試驗(yàn)的補(bǔ)氣速度約為第二次試驗(yàn)的2.6倍；保護(hù)容器液封器第一次試驗(yàn)的補(bǔ)氣速度約為第二次試驗(yàn)的5.5倍。通過此數(shù)據(jù)可以初步判斷第一次試驗(yàn)失敗的直接原因是由于操作人員向主容器、保護(hù)容器補(bǔ)氣閥門開度過大，以致補(bǔ)氣速度過快導(dǎo)致的。試驗(yàn)人員忽略了液封器的允許最大排氣量，過快的補(bǔ)氣已超出液封器排氣極限，不可使主容器、保護(hù)容器泄壓。

2.2 間接原因

試驗(yàn)中，主容器液封器液位傳感器故障，始終無法正確顯示其液位，導(dǎo)致試驗(yàn)人員無法依此判斷液封器是否動作。

2.3 根本原因

除保護(hù)氣體分配系統(tǒng)閥門故障或操作人員的誤操作外，任何情況下主容器、保護(hù)容器不會以大于液封器允許最大排氣量的速度超壓。若補(bǔ)氣速度大于最大排氣量，即達(dá)到了液封器的“失效臨界氣流量排氣”，此時(shí)最惡劣的現(xiàn)象為液封器排氣口排出油霧并噴油，而液封器內(nèi)硅油容易突破擋板柵，使液封器失油，導(dǎo)致液封器失效，故不可使主容器、保護(hù)容器泄壓。

3 經(jīng)驗(yàn)反饋

（1）根據(jù)第二次試驗(yàn)，對于液封器動作壓力試驗(yàn)，建議在試驗(yàn)程序中明確主容器補(bǔ)氣閥門開度最大限值設(shè)為5%，保護(hù)容器補(bǔ)氣閥門開度最大限值設(shè)為3%。

（2）為了便于控制補(bǔ)氣速度，若條件允許，建議分別在主容器和保護(hù)容器補(bǔ)氣閥門后的管道上加裝節(jié)流孔板，將補(bǔ)氣速度控制在液封器允許最大排氣量以下，同時(shí)也可加裝流量計(jì)，可即刻準(zhǔn)確看到當(dāng)下的補(bǔ)氣速度，避免補(bǔ)氣過快，液封器失效，危及反應(yīng)堆安全[3]。

（3）保護(hù)容器液封器的動作壓力高出試驗(yàn)程序上的限值3kPa，可通過降低保護(hù)容器液封器內(nèi)硅油液位恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)動作壓力。通過計(jì)算出的液位高度進(jìn)行保護(hù)容器液封器調(diào)試，首先將保護(hù)容器壓力提升至最高工作壓力，關(guān)閉補(bǔ)氣閥門，之后對保護(hù)容器液封器進(jìn)行緩慢排油，當(dāng)保護(hù)容器壓力出現(xiàn)驟然變化時(shí)立即停止排油。最后對保護(hù)容器液封器進(jìn)行動作壓力試驗(yàn)，驗(yàn)證其動作壓力達(dá)到試驗(yàn)程序標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 應(yīng)定期對液封器和其中有機(jī)硅油進(jìn)行取樣觀察，確保液封器和油質(zhì)正常。

4 結(jié)語

超壓保護(hù)系統(tǒng)是CEFR在各過渡工況下補(bǔ)償主容器及保護(hù)容器內(nèi)保護(hù)氣體熱膨脹的有效手段，液封器超壓動作試驗(yàn)應(yīng)定期進(jìn)行，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對液封器硅油液面進(jìn)行調(diào)整，確保液封器動作壓力符合設(shè)計(jì)要求，有利于CEFR的安全。