CEFR超壓保護系統液封器動作壓力試驗結果分析及經驗反饋

陳健喆

中國原子能科學研究院 北京 102413

CEFR專設有反應堆容器超壓保護系統，主要依靠補償容器及液封器等非能動裝置實現反應堆容器的超壓保護和氣體自補償，而在液封器失效或發生事故下可通過開啟電動截止閥泄壓保證反應堆的安全。液封器動作壓力試驗用來驗證液封器依舊可靠，通過向反應堆主容器和保護容器補充保護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上漲來判斷液封器動作壓力是否正常[1]。

主容器和保護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，液封器出口與專用通風系統相連。液封器內部充有有機硅油，不與空氣或保護氣體相溶，背壓基本與大氣壓相同，隔絕了堆內保護氣體和堆外空氣。根據設計，容器氣腔壓力穩定時，液封器不工作，硅油液面處于設計高度。當主容器或保護容器超壓，液封器硅油液面下降，當壓力增大到最高工作壓力時，液面則降低到液封器鼓泡管入口，使氣體鼓泡，此時視為液封器動作，保護氣體將沿鼓泡管到達液封器上腔室，隨后被專用通風帶走。隨壓力下降液封器硅油液面上升，當掩蓋住鼓泡管入口時氣體排放中斷，以此維持壓力不再繼續上升。

本文針對液封器未成功穩定主容器及保護容器壓力這一現象進行描述和分析，并對后續的試驗操作提出優化建議。

1 現象描述

整個試驗是在反應堆冷停堆狀態下進行的，由操作員完成。試驗人員根據試驗程序先后對主容器液封器和保護容器液封器進行動作壓力試驗。當主容器壓力上升到液封器動作壓力時，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，試驗人員依此判斷在此壓力下主容器液封器未動作。當主容器壓力高出動作壓力5kPa時（仍低于設計限值很多），液封器液位傳感器顯示依然沒有很大變化，故停止補氣并開啟相應閥門泄壓至正常壓力，確保反應堆安全。隨后，在保護容器液封器動作壓力試驗中，當保護容器壓力超過液封器動作壓力5kPa時，保護容器液封器液位傳感器顯示鼓泡管內液位明顯上升，判定保護容器液封器動作，但壓力依然上漲很快，液封器動作沒有使壓力穩定，試驗人員依此判斷保護容器液封器失效，隨即停止補氣，并開啟閥門使保護容器泄壓至正常壓力，終止試驗。試驗后初步分析可能是液封器油質問題導致試驗失敗，試驗人員隨即對兩臺液封器內硅油取樣。通過觀察分析，液封器內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行了二次試驗，為避免超壓過快，操作員控制補氣閥門開度模擬超壓。此次試驗中當主容器達到液封器動作壓力時，壓力不再上漲，故停止補氣。當保護容器達到高于液封器動作壓力3kPa時，壓力不再上漲，隨即停止了補氣。第二次試驗驗證了主容器、保護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；保護容器液封器的動作壓力高出試驗程序上的限值3kPa。

2 原因分析

2.1 直接原因

通過對比兩次試驗主容器及保護容器的壓力曲線圖，發現主容器液封器第一次試驗的補氣速度約為第二次試驗的2.6倍；保護容器液封器第一次試驗的補氣速度約為第二次試驗的5.5倍。通過此數據可以初步判斷第一次試驗失敗的直接原因是由于操作人員向主容器、保護容器補氣閥門開度過大，以致補氣速度過快導致的。試驗人員忽略了液封器的允許最大排氣量，過快的補氣已超出液封器排氣極限，不可使主容器、保護容器泄壓。

2.2 間接原因

試驗中，主容器液封器液位傳感器故障，始終無法正確顯示其液位，導致試驗人員無法依此判斷液封器是否動作。

2.3 根本原因

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

3 經驗反饋

（1）根據第二次試驗，對于液封器動作壓力試驗，建議在試驗程序中明確主容器補氣閥門開度最大限值設為5%，保護容器補氣閥門開度最大限值設為3%。

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

（3）保護容器液封器的動作壓力高出試驗程序上的限值3kPa，可通過降低保護容器液封器內硅油液位恢復標準動作壓力。通過計算出的液位高度進行保護容器液封器調試，首先將保護容器壓力提升至最高工作壓力，關閉補氣閥門，之后對保護容器液封器進行緩慢排油，當保護容器壓力出現驟然變化時立即停止排油。最后對保護容器液封器進行動作壓力試驗，驗證其動作壓力達到試驗程序標準。

3.4 應定期對液封器和其中有機硅油進行取樣觀察，確保液封器和油質正常。

4 結語

超壓保護系統是CEFR在各過渡工況下補償主容器及保護容器內保護氣體熱膨脹的有效手段，液封器超壓動作試驗應定期進行，并根據試驗結果對液封器硅油液面進行調整，確保液封器動作壓力符合設計要求，有利于CEFR的安全。