核電廠EAS噴淋系統流量驗證試驗分析

郭武生

摘要： EAS系統是核電站中的安全殼噴淋系統，是核電站專設安全系統之一，本試驗以某核電廠調試階段調試實例驗證在此工況下，噴淋系統啟動時每臺泵的流量與噴淋環管處的噴淋壓力符合設計要求。

Abstract： EAS system is a containment sprinkler system in nuclear power station and is one of the special safety systems of nuclear power station. In this experiment， a debugging example of a nuclear power plant was used to verify that the flow of each pump at the start of sprinkler system and the spray pressure of spray ring can meet the design requirements.

關鍵詞： 直接噴淋；再循環噴淋；安全殼

Key words： direct spray；recirculation spray；containment

中圖分類號：TL37 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0131-02

1 系統簡介

安全殼噴淋系統是核電站發生LOCA事故時保證安全殼完整性的最重要的系統。它在核電站運行過程中出現一回路冷卻劑或著蒸汽管道破裂事故工況下也即所謂的LOCA事故工況下，通過噴淋使安全殼內的溫度和壓力保持在安全殼可承受的范圍內，以保證安全殼的完整性，同時帶走在事故時散發在安全殼內的氣體裂變產物，尤其是放射性碘（I131）。本系統主要由兩大部分組成，氫氧化鈉注入部分以及泵、換熱器、噴淋環管組成的噴淋部分。本系統的所有設備均在反應堆廠房和燃料廠房內。氫氧化鈉注入部分由氫氧化納灌和一臺混合泵組成，是泵、換熱器、噴淋環管部分的共用部分，泵、換熱器、噴淋環管部分的設置是冗余的，由A、B兩個相同系列組成。每一列包含一個地坑、一臺泵、一臺噴射器、一臺熱交換器、位于反應堆堆廠房穹頂下的兩組不同高度的噴淋環管以及相關的閥門、管道、儀表等。

2 試驗目的

本試驗的試驗目的可以具體分為：①檢查直接噴淋階段每臺泵的流量和噴淋環管處噴淋壓力；②檢查再循環階段每臺泵的流量和噴淋環管處的噴淋壓力；③氫氧化鈉注入系統的正確運行；④檢查地坑低液位報警；⑤檢查安全殼隔離閥的正確動作。

3 試驗準備

安全殼噴淋系統流量驗證試驗是在壓力容器冷態開蓋功能性試驗期間進行。試驗的準備工作有如下：

①在反應堆廠房-3.4m砌筑臨時地坑，臨時地坑水深大于1.3m，并且臨時地坑中設永久性過濾器，用于模擬再循環階段的取水地坑；

②在反應堆廠房穹頂噴淋管線處安裝臨時壓力表，其它噴淋嘴被堵塞。這是用于觀察直接注入和再循環階段噴淋管處的噴淋壓力；

③在泵的出入口處安裝臨時壓力表，用于監測泵運行，避免泵因堵塞或氣蝕而損壞（特別是在再循環階段由于臨時地坑有限，容易造成泵氣蝕）；

④安裝了連接噴淋上升管系列至臨時地坑的臨時管道。

4 地坑低液位報警檢查

液位報警是通過EAS003/004SN來驗證的，其期望水位值為1200mm。首先可以在臨時地坑無水狀態檢查地坑低水位報警，然后再通過試驗水箱（水桶）來檢查低液位報警觸發和消失的水位值。

經試驗003SN低水位觸發值為1193mm，低水位消失值為1199mm，004SN低水位觸發值1193mm，低水位消失值為1197mm。故試驗結果驗證了EAS003/004SN的低液位報警符合設計要求。

5 噴淋階段的試驗驗證

由于本系統有A、B兩列，并且是冗余設置，故將其分開進行試驗。首先在驗證試驗前，先對A列流量進行調整，使其總流量大于816m3/h，調節返回地坑管線上的調節閥是噴淋環管壓力為0.71MPa·a。

噴淋系統流量驗證的驗收準則要求為：噴淋系統啟動時間（包括柴油發電機重新加載）≤85s（在試驗配置下，沒有柴油發電機加載時≤69s。直接噴淋階段（安全殼壓力為0.45MPa·a）噴淋流量≥800t/h（在試驗配置下，噴淋集管壓力為0.71MPa·a時，流量≥816m3/h，噴射器進口流量必須接近于14t/h。再循環噴淋階段噴淋流量≥972t/h（在試驗配置下，噴淋集管壓力為0.48MPa·a，流量≥992m3/h。再循環階段泵不發生氣蝕，可用的NPSH高于要求的NPSH值（約為0.4m）。

5.1 直接噴淋階段的試驗驗證

直接噴淋階段，從廠房內置換料水箱取水，并使氫氧化鈉注入部分投入使用。試驗過程中要及時計算噴淋建立時間，通過007D（OO8MD）記錄噴淋流量穩定時的噴淋流量，觀察記錄009LD顯示的氫氧化納流量。

試驗工況下泵是由主控室手動操作啟動，沒有甩負荷命令和柴油機發電機的重新加載，因此邏輯保護時間，備用柴油發動機啟動時間、加載時間都沒有考慮故噴淋系統啟動時間：

①充滿第二系列直管和臨時返回地坑管線所要求時間估計為23s；

②管道充水所要求的時間不足42s，因為此時安全殼壓力為大氣壓，而不是事故工況0.45MPa的壓力；endprint

③總的不確定時間：2s；

④泵加速時間：15s。

因此，試驗條件下總的啟動時間為：23+33+15+2=69s。

經過試驗最后的結果如表1（試驗結果符合設計要求）。

5.2 再循環噴淋階段的試驗驗證

再循環階段試驗是模擬在直接噴淋后期廠房內置換料水箱水位低時，噴淋的取水切換至地坑（試驗時是臨時地坑代替）建立起循環噴淋的工況試驗。經過時間結果如表2（試驗結果符合設計要求）。

對于再循環模式下可用NPSH的計算如圖1。

①符號定義：

△H：地坑地部和泵吸入管道軸線間高差（m）；

Qv：理論試驗流量（m3/h）；

Pv：飽和蒸汽壓力（mH2O）；

P0：地坑上部絕對壓力；

△Pt：t時刻，泵吸入管線壓降；

KST：吸入管線壓降系數；

Qet：t時刻，吸入口的平均試驗流量。為了計算得出一個較高阻力系數，不考慮噴射器流量，從試驗讀數中減去流量計的精度值（m3/h）；

LS：地坑水壓頭（mH2O）；

hs：t時刻，吸入管線軸線處凈吸入壓力（mH2O）；

Vi：泵吸入口內的流速。

在每個瞬時t，吸入管線壓降△Pt下式確定：

△Pt=KSTQ2et=LS+△H-hs

由此得到吸入管線阻力系數：KST=△Pt/Q2et。

②在A（B）系列的試驗過程中取3個不同時間點，求KST的平均值。

同時考慮：安全殼內地坑上部的壓力與地坑水溫下飽和蒸汽壓力相等（P0=Pv）；

不再有水進入地坑（LS=0）；

安噴泵流量等于Qv。

所以，NPSHa=△H-KSTQv2+Vi2/2g

經過試驗記錄數據并計算得出，NPSHEAS001PO=1.616m，NPSHEAS002PO=1.627m，均大于準則要求的0.4m，故試驗合格。

6 試驗過程中碰到的問題與解決

①安噴系統流量驗證試驗中低液位報警的驗證由于儀表安裝位置較為狹窄，003SN（004SN）校驗較為困難。為了便于校驗和節省時間，把儀表拆下，在空曠的地方先經過初步的校驗，然后再安裝回原來的位置，進行校驗。

②試驗過程中要觀察噴淋環管處安裝的臨時壓力表，但廠房穹頂有幾十米高，攀爬時風險較高，為了避免高處墜落風險采用了數字式壓力表通過延長線在安全處觀測壓力。

參考文獻：

[1]安全殼噴淋系統手冊[M].北京：中國核電工程有限公司，2011.

[2]離心泵試驗導則[M].北京：中國核電工程有限公司，2011.

[3]安全殼噴淋系統安全準則[M].北京：中國核電工程有限公司，2011.endprint