CAP1400自動(dòng)泄壓系統(tǒng)熱態(tài)排放試驗(yàn)恢復(fù)策略*

國(guó)核工程有限公司，上海 200233

1 試驗(yàn)方法

一回路穩(wěn)定在正常運(yùn)行溫度和壓力平臺(tái)，隔離化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）凈化流、隔離蒸汽發(fā)生器排污、給水和蒸汽排放，手動(dòng)停運(yùn)主泵，待冷卻劑流量降至0后，停運(yùn)穩(wěn)壓器電加熱器，手動(dòng)觸發(fā)ADS1～3級(jí)，向IRWST內(nèi)排放。當(dāng)全部閥門全開后，手動(dòng)復(fù)位ADS并關(guān)閉閥門。

2 機(jī)組工況分析

2.1 二次側(cè)壓力

一回路初始?jí)毫s為15.4MPa，隨著ADS閥門開啟，冷卻劑以汽水兩相流形式向IRWST排放，RCS壓力急劇下降，約120s左右一回路壓力開始低于二次側(cè)。此時(shí)，為防止SG逆壓差過(guò)大，損壞傳熱管，手動(dòng)控制主蒸汽管道上的大氣釋放閥（PORV）降低二次側(cè)壓力。由于一回路壓力下降速率已超出PORV閥的調(diào)節(jié)能力，SG逆差壓逐步增大，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，SG逆差壓約為1MPa。壓力變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 壓力變化趨勢(shì)

2.2 一回路溫度

排放帶走大量熱量，一回路溫度劇烈下降。可以看到，RCS兩個(gè)環(huán)路溫度變化并不相同，其中一環(huán)路溫度下降得更多，這是因?yàn)榉€(wěn)壓器位于一環(huán)路熱腿。一回路溫度變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 一回路溫度變化趨勢(shì)

由圖2可知，在SG逆差壓的作用下，將產(chǎn)生SG二次側(cè)向一回路倒傳熱的現(xiàn)象，這導(dǎo)致兩個(gè)環(huán)路分別有5～10℃的溫升。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，一回路溫度分布并不均勻，同時(shí)冷腿溫度在緩慢上升。另外，SG和穩(wěn)壓器等設(shè)備金屬表面溫度下降較為滯后，仍保持較高溫度。

2.3 一回路液位

初始穩(wěn)壓器液位約63%，隨著ADS閥門的開啟，穩(wěn)壓器液位迅速下降。在約115s時(shí)，穩(wěn)壓器液位陡增至91%，這是因?yàn)镾G倒傳熱使得頂部“U”形管內(nèi)首先閃蒸，將水?dāng)D壓至穩(wěn)壓器所致；在約255s時(shí)，熱腿液位示數(shù)開始出現(xiàn)；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，熱腿已完全排空。一回路液位變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 一回路液位變化趨勢(shì)

3 恢復(fù)策略分析

3.1 構(gòu)建故障樹

將偏離GOP規(guī)程作為頂事件T，將主要偏離狀態(tài)作為中間事件（用矩形表示）Ai，則A1～A4具體表示的內(nèi)容如下。

（1）A1表示一回路液位過(guò)低。與M310不同，AP1000沒有堆芯液位監(jiān)測(cè)手段，試驗(yàn)后一回路液位已降低至熱腿以下，無(wú)法準(zhǔn)確判斷一回路真實(shí)液位。

（2）A2表示一回路溫度分布不均。試驗(yàn)后整個(gè)一回路溫度分布極不均勻，整體而言二環(huán)路溫度較一環(huán)路高，下部堆內(nèi)構(gòu)件較其他區(qū)域溫度低。

（3）A3表示SG逆壓差。試驗(yàn)后，由于SG逆差壓的存在，SG二次側(cè)為熱源向一回路傳熱，不利于機(jī)組恢復(fù)。

（4）A4表示一回路處于飽和狀態(tài)。試驗(yàn)后，一回路充滿了飽和蒸汽，如任由其自然冷卻，可能局部冷凝產(chǎn)生負(fù)壓。

針對(duì)每個(gè)中間事件，將其應(yīng)對(duì)措施或者要處理該事件的先決條件作為事件Bi，自上而下直至找出關(guān)鍵措施作為底事件Xi，用圓形表示。菱形表示的事件為當(dāng)前完全不具備條件的事件，可以認(rèn)為其概率為0。故障樹模型如圖4所示。

圖4 故障樹模型

3.2 定性分析

經(jīng)過(guò)上述分析，能夠清晰地看出核心為盡快投入正常余熱排出系統(tǒng)（RNS），關(guān)鍵步驟為CVS補(bǔ)水，同時(shí)需應(yīng)對(duì)自然冷凝帶來(lái)的局部真空風(fēng)險(xiǎn)。

4 操作要點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)

4.1 降溫降壓

試驗(yàn)后，SG存在逆差壓，同時(shí)RNS不具備投運(yùn)條件，也無(wú)法建立SG自然循環(huán)，只能通過(guò)SG二次側(cè)對(duì)一回路進(jìn)行冷卻，通過(guò)PORV閥或者旁排來(lái)實(shí)現(xiàn)。考慮到試驗(yàn)前已將主蒸汽隔離，需要進(jìn)行重新暖管等一系列操作，建議采用前者。

根據(jù)AP1000實(shí)踐，手動(dòng)調(diào)節(jié)PORV閥開度，同步降低SG壓力，為最大程度降低熱瞬態(tài)，需要滿足以下限制條件：（1）SG降壓速率不得超過(guò)1MPa/h，兩個(gè)SG差壓不超過(guò)0.5MPa；（2）SG和穩(wěn)壓器金屬溫度小于204℃前，不允許進(jìn)行CVS補(bǔ)水；（3）RNS建議投運(yùn)溫度為135℃以下。

4.2 重建一回路液位

隨著自然冷卻的進(jìn)行，RCS預(yù)期將低于熱腿半管液位（RNS最小運(yùn)行液位），此結(jié)果與模擬機(jī)驗(yàn)證一致，需進(jìn)行補(bǔ)水以便盡快重建一回路液位。

因SG和穩(wěn)壓器都已排空，在試驗(yàn)后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，其金屬表面溫度仍然較高。因?yàn)闆]有下泄流，如通過(guò)CVS正常補(bǔ)水流道直接補(bǔ)水，上充流無(wú)法經(jīng)再生熱交換器被加熱，將會(huì)對(duì)SG管嘴和穩(wěn)壓器管嘴造成顯著熱瞬態(tài)，具體應(yīng)對(duì)措施如下：（1）密切監(jiān)視SG、穩(wěn)壓器等金屬表面溫度，并加強(qiáng)相關(guān)區(qū)域通風(fēng)；（2）當(dāng)表面溫度盡快降低至204℃以下時(shí)，利用CVS通過(guò)RNS管道進(jìn)行補(bǔ)水，即建立CVSRNS-二環(huán)路熱腿的流道，以盡可能降低熱瞬態(tài)。

需要注意的是，CVS系統(tǒng)壓力較高，需注意避免RNS安全閥起跳。一旦RNS具備投運(yùn)條件，則可以停運(yùn)CVS補(bǔ)水，啟動(dòng)單臺(tái)RNS泵，對(duì)一回路進(jìn)行充分?jǐn)噭虿⒅鸩嚼鋮s。

4.3 主泵定子腔抽真空（屏蔽泵）

在機(jī)組恢復(fù)過(guò)程中，主泵定子腔內(nèi)氮?dú)鈮毫Ω哂诖髿鈮海虼诵枰~外關(guān)注定子屏蔽套鼓包風(fēng)險(xiǎn)，具體應(yīng)對(duì)措施如下：（1）當(dāng)RCS溫度低于121℃時(shí)，開啟ADS至少1列對(duì)空，投入真空破壞閥。根據(jù)AP1000實(shí)踐，僅依靠此手段并不足以消除鼓包風(fēng)險(xiǎn)，還需同時(shí)開啟穩(wěn)壓器手動(dòng)排氣閥。（2）一旦安全殼具備進(jìn)入條件，提前對(duì)主泵定子腔進(jìn)行抽真空操作，可完全消除該風(fēng)險(xiǎn)。為加速安全殼可進(jìn)入，可以將安全殼冷卻系統(tǒng)投入高速運(yùn)行模式，并投入控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)一步加強(qiáng)冷卻。

5 結(jié)論

文章從ADS排放試驗(yàn)后機(jī)組工況入手，利用故障樹分析法，提出了CAP1400 ADS排放試驗(yàn)后機(jī)組的恢復(fù)策略，并對(duì)恢復(fù)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析和闡述，得出了以下結(jié)論：（1）盡快實(shí)現(xiàn)安全殼可進(jìn)入，并對(duì)主泵定子腔抽真空；（2）恢復(fù)策略的核心是盡快實(shí)現(xiàn)RNS投運(yùn)條件；（3）CVS補(bǔ)水應(yīng)通過(guò)RNS流道來(lái)進(jìn)行。