穩(wěn)壓器噴淋閥內(nèi)漏分析與對策

楊 帆，童奇?zhèn)b

(國核示范電站有限責(zé)任公司，榮城 264300)

0 引 言

在核電機(jī)組運(yùn)行當(dāng)中，穩(wěn)壓器噴淋閥及加熱器的運(yùn)用，可以有效地控制一回路壓力。噴淋閥內(nèi)漏會對一回路壓力控制產(chǎn)生一定影響。文中主要以噴淋閥內(nèi)漏情況進(jìn)行詳細(xì)分析，在機(jī)組控制策略與監(jiān)視手段進(jìn)行優(yōu)化，使一回路壓力控制更加穩(wěn)定，以保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

1 穩(wěn)壓器壓力控制原理

穩(wěn)壓器通過兩個噴淋閥(RCP001/002VP)和6組電加熱器(RCP001～006RS)。噴淋閥設(shè)有最小流量擋塊，保持連續(xù)噴淋的流量；003/004RS是比例式加熱器，通過壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)功率大小，用于補(bǔ)償穩(wěn)壓器散熱損失和連續(xù)噴淋所引起的熱量損失；001/002/005/006RS是通斷式加熱器，功率不可調(diào)。穩(wěn)壓器壓力實(shí)測值P與設(shè)定值(15.4 MPa)的偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算生成補(bǔ)償壓差信號，通過函數(shù)輸出001/002VP的開度指令和003/004RS的功率信號[1]。

在機(jī)組稀釋硼化或者以較大速率升降負(fù)荷時，需要投入極化噴淋，有助于均勻穩(wěn)壓器和一回路中硼濃度，減少變負(fù)荷時對波動管和穩(wěn)壓器底部的熱沖擊。目前極化噴淋有三種方式：

第一種：手動投運(yùn)001/002RS。003/004RS自動關(guān)閉，001/002VP自動調(diào)節(jié)。特點(diǎn)：噴淋閥在小開度(約17%)附近頻繁調(diào)節(jié)，會頻繁撞擊擋塊，關(guān)限位頻繁觸發(fā)。粗略統(tǒng)計(jì)，單次極化噴淋期間約翻轉(zhuǎn)10萬次以上；

第二種：手動投運(yùn)001/002/005/006RS。003/004RS自動關(guān)閉，001/002VP自動調(diào)節(jié)。特點(diǎn)：噴淋閥在開度25%附近頻繁調(diào)節(jié)，不會頻繁撞擊，關(guān)限位頻繁觸發(fā)頻度適當(dāng)降低。

第三種：使用控件啟動，自動投運(yùn)001/002RS，10秒后001/002VP開到預(yù)定開度(由試驗(yàn)設(shè)置)。特點(diǎn)：若開度定值合適，噴淋閥開度穩(wěn)定，限位開關(guān)無頻繁觸發(fā)，003/004RS在50%附近調(diào)節(jié)；若定值不合適，003/004RS不在50%附近調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓器壓力可能會有波動。

2 噴淋閥內(nèi)漏原因分析

本次發(fā)生內(nèi)漏的噴淋閥為角行程調(diào)節(jié)閥。對于方式一投運(yùn)極化噴淋，會導(dǎo)致噴淋閥頻繁動作。由于噴淋閥及其定位器均為機(jī)械結(jié)構(gòu)，反復(fù)在限位擋塊附近高頻度動作，會導(dǎo)致機(jī)械連接傳動部件磨損或回差擴(kuò)大，導(dǎo)致定位器漂移、機(jī)械擋塊松動甚至損壞。本次對001/002VP設(shè)置最小噴淋流量擋塊時，閥門開度在8%以下時，流量不再隨開度變化而變化，003/004RS的輸出功率約為62%，不滿足程序要求的50±5%的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，判斷001/002VP存在內(nèi)漏。

通過分析，本次噴淋閥內(nèi)漏主要原因?yàn)椋ㄟ^手動投運(yùn)001/002RS的極化噴淋方式不合適，導(dǎo)致噴淋閥“極化噴淋”期間高頻度在擋塊附近調(diào)節(jié)，頻繁撞擊擋塊，長期運(yùn)行導(dǎo)致個別最小流量擋塊位置產(chǎn)生變化，同時頻繁動作使閥座磨損，從而使噴淋流量增加[2]。

3 內(nèi)漏影響分析

穩(wěn)壓器壓力正常調(diào)節(jié)可通過比例式加熱器的投入比例來控制穩(wěn)壓器壓力，同時保證噴淋閥的開度基本穩(wěn)定，噴淋閥的調(diào)節(jié)范圍為機(jī)械擋塊以上，以減少機(jī)械摩擦和保證穩(wěn)壓器壓力控制的穩(wěn)定性。由于限位擋塊變化及閥瓣磨損，噴淋閥存在內(nèi)漏，導(dǎo)致比例式加熱器自動補(bǔ)償內(nèi)漏流量，投入超過50%功率，導(dǎo)致一回路壓力降低時比例加熱器調(diào)節(jié)裕度減少。

3.1 內(nèi)漏量計(jì)算

正常運(yùn)行時，噴淋閥已設(shè)置最小擋塊，比例式加熱器50%功率用來補(bǔ)償噴淋水溫升及穩(wěn)壓器散熱。熱平衡的計(jì)算公式P=CQΔT+W，即：加熱器投運(yùn)功率(KW)=水比熱容(kJ/kg·K)*噴淋流量(Kg/s)*穩(wěn)壓器與噴淋水溫差(K)+穩(wěn)壓器散熱(KW)。噴淋閥在最小擋塊期間，噴淋閥發(fā)生內(nèi)漏，比例式加熱器功率增加，保守假設(shè)比例式加熱器增加的功率均用來補(bǔ)償閥門內(nèi)漏引入的損耗。即：增加的功率△P=CΔT*內(nèi)漏量。

比例式加熱器總功率為432 kW，取水150 bar、300 ℃對應(yīng)的比熱容5.495 kJ/kg·K，例如當(dāng)比例式加熱器功率為68%時，穩(wěn)壓器溫度為344 ℃，噴淋閥溫度283 ℃，計(jì)算內(nèi)漏流量Q=0.232 kg/s=835 kg/h，取280 ℃下飽和水密度750.5 kg/m3換算，噴淋體積流量為1.11 m3/h。

根據(jù)估算，比例式加熱器投運(yùn)功率在60%～80%時，閥門泄漏量約為0.618～1.855 m3/h。

3.2 噴淋閥內(nèi)漏發(fā)展趨勢分析

穩(wěn)壓器噴淋閥閥座與閥體之間為碟簧支撐，閥瓣密封面為球面，相對閥座轉(zhuǎn)動而改變與閥座之間的相對開度，以達(dá)到調(diào)節(jié)噴淋流量目的。碟簧彈性有效變形量約為1～2 mm，當(dāng)閥座磨損到一定程度后，碟簧彈力將不足使閥座進(jìn)一步磨損。所以從結(jié)構(gòu)原理講，閥座磨損不會持續(xù)惡化，并且通過比例式加熱器輸出功率歷史趨勢判斷，噴淋閥內(nèi)漏趨勢未見擴(kuò)大。

3.3 噴淋閥內(nèi)漏安全分析

(1)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求功率運(yùn)行模式要求至少一臺正常噴淋管線可用。比例式加熱器雖然輸出功率偏高，但是穩(wěn)壓器噴淋閥和加熱器可以配合調(diào)節(jié)一回路壓力，因此噴淋功能可用；

(2)最終安全分析報(bào)告要求噴淋閥始終有最小流量經(jīng)過以降低熱應(yīng)力和沖擊；要求噴淋閥最小流量能保持穩(wěn)壓器中硼濃度、水化學(xué)和溫度的均勻性。因此閥門內(nèi)漏有利于該功能實(shí)現(xiàn)；要求穩(wěn)壓器正常噴淋和加熱器共同調(diào)節(jié)一回路壓力在155 bar.a，在比例式加熱器仍有調(diào)節(jié)裕度，以及噴淋閥內(nèi)漏不會突然擴(kuò)大的情況下，該功能也能實(shí)現(xiàn)。要求機(jī)組發(fā)生滿功率10%階躍降負(fù)荷時，能防止穩(wěn)壓器壓力達(dá)到安全閥定值。閥門內(nèi)漏不影響該功能實(shí)現(xiàn)。

(3)最終安全分析報(bào)告對I類工況的驗(yàn)收準(zhǔn)則：I類工況可能引起某些物理參數(shù)變化，但不會達(dá)到觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)動作的整定值。設(shè)計(jì)已經(jīng)驗(yàn)證，不會達(dá)到安全閥整定值。

4 噴淋閥內(nèi)漏優(yōu)化對策

4.1 優(yōu)化極化噴淋運(yùn)行方式

通過分析，使用控件投運(yùn)極化噴淋的方式，噴淋閥開度穩(wěn)定，限位開關(guān)無頻繁觸發(fā)，比例式加熱器在50%附近調(diào)節(jié)，保護(hù)設(shè)備及保證穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)穩(wěn)定方面都有明顯優(yōu)勢，因此建議，建立極化噴淋定值調(diào)整試驗(yàn)程序，調(diào)試并設(shè)置合適的噴淋極化開度定值，需要時通過操作控件的方式投極化噴淋。

4.2 加強(qiáng)內(nèi)漏監(jiān)視及干預(yù)

(1)監(jiān)視兩條噴淋管線的流量平衡及溫度。兩條噴淋管線溫度偏差達(dá)到10 ℃時，或當(dāng)任一噴淋管線溫度低于270 ℃時，投運(yùn)通斷式加熱器001/002/005/006RS。當(dāng)偏差減小至3 ℃時，允許停運(yùn)通斷式加熱器；

(2)監(jiān)視比例式加熱器的輸出，并對變化趨勢進(jìn)行分析。當(dāng)003/004RS任一輸出超過80%時，應(yīng)對該001/002V P閥門內(nèi)漏的故障判斷進(jìn)行重新分析，并采取應(yīng)對措施；

(3)在機(jī)組出現(xiàn)瞬態(tài)時，為保證比例式加熱器的調(diào)節(jié)裕度，應(yīng)及時投運(yùn)通斷式加熱器。

5 結(jié)束語

由于極化噴淋方式選擇不合適，導(dǎo)致噴淋閥內(nèi)漏。目前噴淋閥滿足壓力調(diào)節(jié)功能，事故情況下也不影響應(yīng)急規(guī)程執(zhí)行，也滿足I類工況的需要，閥門缺陷對機(jī)組控制的影響可接受。在內(nèi)漏對策上，可以從優(yōu)化極化噴淋方式、加強(qiáng)內(nèi)漏監(jiān)視及干預(yù)兩個層面進(jìn)行控制。從而優(yōu)化一回路壓力控制及監(jiān)控方式，提高設(shè)備可靠性，為機(jī)組安全運(yùn)行提供保障。