淺析核電站反應堆廠房安全殼負壓系統運行及優化

武文奇

摘 要：本文介紹了核電站反應堆廠房安全殼負壓系統功能、工作原理和工作流程，以及系統出現問題的分析和處理方法。

關鍵詞：反應堆廠房安全殼負壓系統；運行；分析；優化

1 系統功能

核電站為了防止放射性物質外泄，反應堆廠房采用了安全殼，且安全殼內需要維持負壓在150-275Pa范圍。

2 系統原理

安全殼內負壓的保持是通過送風管道上的調節閥與1#風機或2#風機協同工作來維持安全殼內的負壓。工作方式1：1#風機或2#風機排風100%流量，通過調節閥調節進風量保持安全壓負壓在設定值；工作方式2：調節閥開度為100%，通過1#風機或2#風機變頻器調節排風量來保持安全殼負壓在設計值。

安全殼負壓系統的變頻器設計不屬于抗震設備，在地震時變頻器可能出現損壞。為了在地震時保障安全殼內負壓參數，設計了變頻器的電氣旁路。當變頻器故障時通過電氣旁路來供電，仍可以維持安全殼內的負壓。

3 系統流程

安全殼負壓系統流程：控制區主送風系統→反應堆廠房安全殼進風管線上的調節閥→安全殼內各房間進風管線上的手動調節閥→安全殼內各房間排風管線上的手動調節閥→碘過濾器→預處理過濾器→高效過濾器→電加熱器→活性碳過濾器→高效過效器→風機→煙囪。

4 存在問題及優化方案

風機定期切換試驗安全殼負壓超限問題

4.1 存在問題

為確保KLD10系統備用列風機設備的可用性，平均過濾器的工作負荷，提高設備的使用壽命和安全可靠性，每月對安全殼負壓系統兩列風機進行定期切換試驗。在進行定期切換試驗過程中，出現安全殼負壓超過275Pa上限值的現象。

4.2 原因分析

切換過程通過順序控制程序，如停運1#風機，首先關閉該列進、出口風閥等，當1#風機順序控制程序執行完畢后，將程序執行結束信號反饋給組控制程序，組控制程序接到反饋信號后，將發出執行1#風機順序控制程序的指令，2#風機將按照步驟執行系統設備的啟動，首先將該列進出、口風閥打開，將風機變頻器投入自動，然后再將2#風機啟動，整個過程需要近兩分鐘時間。

風機切換過程中安全殼負壓控制方式，1#風機在接到停運指令后開始快速減載直至風機停止，此期間安全殼排風快速下降直至喪失，安全殼負壓迅速減小，安全殼入口進風管道上調節閥將根據瞬間增大的偏差信號控制調節閥快速減小開度，從頁來控制安全殼的進風量，達到維持安全殼負壓目的。2#風機啟動過程與1#風機停運過程相反，2#風機啟動后將根據較大的負壓偏差信號快速加載至滿負荷，安全殼排風風量的快速恢復，造成負壓超過250Pa的設定值，這時安全殼入口管道上的調節閥將根據偏差信號增大開度，增加安全殼的進風量來減小安全殼負壓，通過這樣一個動態過程來維持安全殼負壓在250Pa的給定值。

控制邏輯存在缺陷以及調節器參數設置不合理是導致問題產生的根本原因。具體如下：

（1）進風管道調節閥的調節器死區設值過大，導致調節閥控制靈敏度降低。調節器的死區設值為1500，這就是說在動態平衡情況下，只有當負壓波動超過平衡點15Pa，即負壓值超過265Pa或低于235Pa時，調節器才會輸出偏差信號去控制調節閥增減開度，加大或減小進風量，維持安全殼負壓到250Pa的設定值。安全殼負壓范圍在150～275Pa，上限值較苛刻，離設定值只有25Pa的波動空間，這是很容易超限。因調節器死區設值過大，在負壓升高的情況下，只有當負壓超過265Pa時調節器才會對負壓實施糾正干預，因調節器發出命令到調節閥動作，這需要一個時間過程，這期間負壓仍在不斷增加，到調節閥動作并對負壓產生實際效果時，這時的負壓實際上已經超過了275Pa。

（2）進風管道調節閥的調節器的偏差邏輯設計不合理。根據偏差邏輯設計，當1#或2#風機在自動模式下運行，且負荷低于95%時，調節器的偏差輸入將增加5Pa，以使調節器提前參與調節，風機負荷高于95%時，5Pa的調節量將不加入偏差計算。但實際運行時，因風機負荷從0%加載到100%基本上在30s時間內完成，這樣偏差輸入信號增加的5Pa調節量作用到調節器上的時間還不到30s，對調節器的作用有限。

（3）安全殼負壓調節目標值形成邏輯設計不合理。目標值形成由信號1#壓力表和2#壓力表通過MAX取大比較邏輯組成，即壓力表輸出的是兩個負壓信號中的大值（絕對值為小值），導致了安全殼負壓的整體偏高，如果負壓系統工況稍有變化，很容易導致負壓波動超限。

4.3 優化方案

根據分析結果和運行經驗，在充分考慮修改調節器參數可能對調節器的靈敏性、可靠性以及穩定性等品質方面造成的影響后，我們提出了對負壓邏輯及調節器參數進行了優化。控制優化方案：

（1）將調節器的死區值由1500調整為300；

（2）將調節器的偏差邏輯增加的調節量由5Pa改為15Pa，并對該邏輯的設置選擇條件增加120s的自保持脈沖，確保風機在自動工況下負荷在30s之內加載到95%以上后，該調節量仍然可以對調節器起作用，其對調節器的作用時間為120s，這樣大大改善了調節器的品質；

（3）將目標值形成由信號1#壓力表和2#壓力表通過MAX取大比較邏輯改為MIN取小邏輯。

優化方案轉為正式的技術改造，并經過長期運行檢驗，風機定期切換試驗安全殼負壓超限問題得到徹底解決，保證系統長期、安全、穩定運行。

5 結論

通過對反應堆廠房安全殼負壓系統的問題進行分析和優化，問題得到很好的解決，可以保證系統長期、穩定、連續運行，防止核電廠反應堆廠房在正常運行工況下出現放射性物質外泄，從而保證核電廠的核安全。

參考文獻

[1]陳戴文.反應堆廠房安全殼預應力施工技術[J].設備管理與維修，2015，（z1）：23-25.

[2]王琪.核電反應堆廠房的損傷破壞數值模擬研究[D].大連理工大學，2015.

（作者單位：中國核電江蘇核電有限公司）