EPR機組一回路水壓試驗壓力控制策略探討

余維銘++邱小平++陳世記++伍家彬

摘要：文章主要介紹了歐洲先進壓水堆（EPR）核電機組一回路水壓試驗（PHT）的相關(guān)要求，分析了PHT期間的壓力控制方法，基于可能造成一回路壓力波動的主要工況，通過建立模型進行分析計算，得出了EPR機組PHT期間的壓力控制策略和超壓保護配置方法。

關(guān)鍵詞：EPR機組；一回路水壓試驗；壓力控制；瞬態(tài)；失電；超壓保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）35-0073-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.036

工程階段的一回路水壓試驗（PHT，Primary Hydraulic Test）是一個非常重要的里程碑，它全面檢驗了核電機組設(shè)計、采購和安裝的質(zhì)量。而臺山項目作為全球EPR首堆，PHT無先例可循。根據(jù)運行技術(shù)規(guī)范，一回路正常升降壓速率為±4bar/min，由于EPR機組化學容積控制系統(tǒng)（RCV）的上充、下泄方式以及水壓試驗泵（RBS4220PO）的特殊性，需要對PHT的升壓方式和超壓保護做專門的分析，實現(xiàn)對PHT可靠的壓力控制，確保工程調(diào)試期間水壓試驗瞬態(tài)次數(shù)不超出《最終安全分析報告》的限值，防止一回路壓力大幅波動損壞設(shè)備。

1 一回路單相壓力控制問題

根據(jù)核電廠設(shè)計和建造規(guī)則RCCM-2007的要求以及現(xiàn)場安裝邏輯，臺山核電機組PHT壓力為1.33倍的設(shè)計壓力（PS）1.33*PS=233bar.g。根據(jù)泵的出力特性，在165bar.g之前用RCV上充泵給一回路升壓，165bar.g到最終試驗壓力233bar.g用RBS4220PO給一回路升壓。下文的計算以250bar壓力舉例計算。

圖1為臺山PHT升壓、降壓方式的簡化示意圖，在一回路單相水實體工況下，利用了上充和下泄流量的不平衡使一回路壓縮升壓或膨脹降壓，升、降壓速率取決于上充流量與下泄流量的差值。由于PHT時一回路是單相水實體工況，因此上充、下泄流量不平衡越大，壓力波動越明顯。165bar.g之前RCV上充泵控制一回壓力的情況下，由于上充流量可以通過化學容積控制系統(tǒng)（RCV）閥門RCV6114VP來調(diào)節(jié)，因此只要將上充、下泄流量調(diào)節(jié)到足夠小的范圍，對于事故情況下失去上充流量或下泄流量，其失壓或超壓風險是可控的。但是165bar.g以上用水壓試驗泵RBS4220PO給一回路升降壓的工況比較特殊，通過以下分析可知，PHT壓力控制最大的風險，源于165bar.g以上的高壓力平臺發(fā)生失電或者化學容積控制系統(tǒng)（RCV）下泄流量調(diào)節(jié)閥（RCV1314VP或RCV1324VP）故障全開。

3 解決方案

3.1 正常升壓過程

3.1.1 165bar.g之前用上充泵給一回路升壓。

3.1.2 165bar.g平臺時，將上充流量調(diào)節(jié)在RBS4220PO流量范圍內(nèi)（比12m3/h略小），然后啟動RBS4220PO，水壓試驗泵啟動后上充泵流量瞬間被水壓試驗泵代替，上充泵轉(zhuǎn)入小流量運行作為水壓試驗泵的備用。通過這種方法解決了RBS泵流量不可調(diào)節(jié)，上充流量無擾地從上充泵切換到水壓試驗泵。

3.1.3 165bar.g平臺到233bar.g平臺，由水壓試驗泵和下泄流量調(diào)節(jié)閥控制一回路壓力。

3.2 165bar.g以上平臺的壓力保護

3.2.1 水壓試驗泵機械故障。通過前面分析可知，一旦判斷水壓試驗泵發(fā)生機械故障無法提供上充流量，應立即關(guān)小下泄流量調(diào)節(jié)閥，將一回路壓力穩(wěn)定住。由于水壓試驗泵流量不可調(diào)節(jié)，水壓試驗泵故障處理好以后，需要先平衡一回路上充和下泄流量后，再重新啟動水壓試驗泵，防止RBS4220PO重新啟動過程中一回路超壓或RBS4220PO出口憋壓。

3.2.2 電源切換過程應對措施。根據(jù)泵出廠試驗報告在260bar.g背壓下惰轉(zhuǎn)時間為3s，由于當前ANT自動切AST的時間超過RBS無擾切換所需的時間，解決的方法有兩個：一個是通過設(shè)計優(yōu)化使得ANT自動切換到AST的時間在2s以內(nèi)，切換時間小于惰轉(zhuǎn)時間，一回路壓力波動可以接受；另一個是如果電源切換時間超出水壓試驗泵的惰轉(zhuǎn)時間，可以通過臨時控制變更，將ANT故障自動切換到AST的信號引到水壓試驗泵和下泄流量調(diào)節(jié)閥，出現(xiàn)這種電源故障工況時自動跳開水壓試驗泵和下泄流量調(diào)節(jié)閥。

3.2.3 下泄流量控制閥設(shè)置應對異外泄壓。為應對下泄流量調(diào)節(jié)閥門異常全開造成的壓力瞬態(tài)，考慮到下泄流量，可以由兩列互為配用的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，結(jié)合表1（閥門開度與壓力梯度關(guān)系）的計算結(jié)果，165bar.g之前用正常不設(shè)開度限制的流量控制閥調(diào)節(jié)一回路壓力；165bar.g壓力平臺之后用帶有30%限制開度的閥門手動控制一回路壓力，通過機械調(diào)整限制保證即使閥門異常開啟最多也只能達到30%，不會100%全開。閥門機械行程限制方法，如圖4，通過調(diào)整閥門執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部控制凸輪的角度，使下泄流量調(diào)節(jié)閥RCV1314/1324VP之一的開度限定在30%，從而滿足防止閥閥異常全開造成的壓力瞬態(tài)。

圖4 電動閥驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3.2.4 超壓保護。水壓試驗最終壓力升到233bar.g，為防止一回路超壓損壞設(shè)備，設(shè)置了三重防超壓屏障：第一，如果一回路壓力超過233+1bar的設(shè)定值時，會出現(xiàn)一回路壓力高報警，因此一回路升壓過程緩慢操作，逼近233bar.g時要盡量避免壓力梯度過大；第二，當壓力超過233+2.2bar時水壓試驗泵RBS4220PO跳閘，壓力停止上升；第三，當水壓試驗泵拒動，一回路壓力超過233+3bar，反應堆冷卻劑系統(tǒng)RCV穩(wěn)壓器頂部排放閥RCP7241VP開啟泄壓。因此一回路壓力要連續(xù)突破三重壓力屏障的概率很小，從而確保一回路設(shè)備的安全。

4 結(jié)語

本文在過冷水壓縮公式和閥門流量系數(shù)公式的基礎(chǔ)上建立了一回路壓力波動的數(shù)學模型，并采用理論分析推導的方法，對一回路水壓試驗期間可能造成壓力瞬態(tài)工況，提出了一回路正常壓力控制方案和防止超壓、異外泄壓的控制策略，達到對EPR機組一回路水壓試驗行之有效地進行壓力控制的目的。

參考文獻

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作者簡介：余維銘（1983-），男，福建永安人，南華大學核科學技術(shù)學院核能與核技術(shù)工程在讀研究生，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核電站總體試驗；邱小平（1958-），男，南華大學核科學技術(shù)學院教授，研究方向：核技術(shù)應用、輻射防護；陳世記（1984-），廣西柳州人，男，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核島調(diào)試；伍家彬（1971-），男，重慶人，臺山核電合營有限公司副研究員，研究方向：核電站調(diào)試管理。

（責任編輯：秦遜玉）