某核電廠主給水調節閥在滿功率運行時開度持續增大問題研究

蔣浩然，陶 建，葛寶英，馬 偉

(上海核工程研究設計院調試中心，上海 201100)

某核電廠使用的主給水調節閥是氣動閥，它在機組穩態運行、符合連續變化和負荷階躍變化運行期間執行維持蒸汽發生器液位的功能[1-2]。在上述工況運行時，給水自動控制系統采用的是三沖量控制程序確定主給水調節閥的閥位。三沖量控制系統維持給水流量等于蒸汽流量，蒸汽發生器液位作為輸入信號調整給水流量并維持給定液位。通過改變閥門開度來改變給水流量以達到準備控制液位的目的。

1 主給水調節閥在滿功率運行時功率

持續增大事件

1.1 事件描述

某核電廠在168 h滿功率連續運行考核時，在主給水流量、蒸汽發生器液位、蒸汽流量和蒸汽發生器排污流量維持穩定的工況下，主給水調節閥A/B的開度在持續增大。

在7天的時間里，主給水調節閥A的開度從75.6%增加到83.8%(見圖1)；主給水調節閥B的開度從75.4%增加到85.1%(見圖2)，而且兩臺閥門的開度呈緩慢增長趨勢。

圖1 主給水調節閥A閥位開度增長趨勢圖Fig.1 The trend of valve opening increasing of main feedwater control valve A

圖2 主給水調節閥B閥位開度增長趨勢圖Fig.2 The trend of valve opening increasing of main feedwater control valve B

如果主給水調節閥開度繼續保持持續增大的趨勢，將會帶來兩個后果：

1)影響機組正常滿功率運行：機組在10%～100%功率運行時，蒸汽發生器液位是三沖量控制，三沖量分別是蒸汽發生器液位、蒸汽流量和給水流量。由于主給水流量、蒸汽發生器液位、蒸汽流量和蒸汽發生器排污流量維持穩定，可以推斷主給水調節閥是通過不斷的增大開度來保證給水流量，如果閥門最終到達全開后，給水流量不能維持蒸汽發生器滿功率要求的補水流量，機組只能降功率運行。

2)影響機組安全運行：在機組滿功率運行工況下，主給水調節閥的開度要求不能超過90%。如果發生1臺主給水泵意外跳閘的工況，則反應堆功率控制系統自動將反應堆功率降至70%，降功率至70%過程需要約20 s，期間蒸汽發生器液位會下降，在液位下降過程中需要主給水調節閥增大開度，避免蒸汽發生器液位下降過快，導致液位低報警和觸發其他設備動作。因此在機組滿功率運行期間需要主給水調節閥保留開度裕量。閥籠持續堵塞會壓縮主給水調節閥開度裕量，影響機組在某些工況下的安全運行。

為防止造成上述后果，現場制定臨時運行指令，任一主給水調節閥開度超過92%，并維持92%及以上開度超過15 min，則立即降低反應堆功率，直至兩臺主給水調節發的開度均穩定在90%以下。

1.2 主給水調節閥閥芯結構介紹

主給水調節閥為雙向作用的氣動調節閥，閥門結構見圖3，圖4。

圖3 主給水調節閥結構圖Fig.3 The structure of main feedwater control valve

圖4 主給水調閥閥體結構圖Fig.4 The structure of valve body for feed-water control valve

主給水調節閥的閥籠(見圖5)由多個盤片(見圖6)高溫熔接而成。閥籠通過迫使流體通過由直角轉彎構成的彎曲通道，經過多級壓降來控制過程流體的流速，具有降低流速、穩定流體和減小沖蝕作用。但該型閥籠最小流通孔徑為16.6 mm×1.6 mm，在系統存在異物時容易產生堵塞。

圖5 主給水調節閥閥籠結構圖Fig.5 The structure of valve cage for main feedwater control valve

圖6 主給水調閥盤片結構圖Fig.6 The structure of disk of main feedwater control valve

1.3 原因分析及判斷過程

在滿功率平臺為維持蒸汽發生器液位穩定，液位控制系統需要主給水維持滿功率所需的穩定給水流量，主給水控制閥開度持續增大，而給水流量和蒸汽發生器液位保持穩定。又根據該閥籠結構特點，認為閥門開度持續增大的原因為閥籠堵塞。判斷該閥門堵塞的依據及過程如下：

(1)進入168 h滿功率連續運行考核開始，3臺主給水泵處于穩定運行狀態，主給水母管壓力維持穩定，兩臺蒸汽發生器主給水流量維持穩定，兩臺主給水調節閥開度逐漸上漲；根據主給水調節閥流量特性曲線(見圖7)，在閥門開度大于20%，流量特性呈線性，在閥門沒有堵塞情況下，閥門開度增大必然會導致主給水流量增加(閥門開大10%流量大約增加340 m3/h)。

圖7 主給水調閥閥門特性曲線圖Fig.7 The characteristic curve of feed-water control valve

(2)就地觀察閥門閥桿向開啟方向移動，顯示閥門開度增加，證明閥門實際開度增大，排除顯示故障；

(3)檢查閥門控制邏輯，控制系統顯示正常，按照蒸汽發生器液位控制系統需求，滿功率工況維持主蒸汽流量穩定工況下，為維持蒸汽發生器液位穩定(程序液位設定值為52.5%，實際液位在程序液位±1%范圍內波動)，需維持給水流量，在流道堵塞情況下，閥門開度需求逐漸增大以維持蒸汽發生器補水流量，檢查發現控制系統給兩臺主給水調節閥的開度指令在逐漸增加。

(4)主給水管道中存在可能堵塞閥籠的異物：在機組小修期間，進行1號主給水前置泵A入口臨時濾網更換為正式濾網時，發現臨時濾網破損，系統中的異物及破損濾網碎片可能進入主給水管道，造成閥籠堵塞。

2 根本原因分析

根據上述判斷過程可得出，主給水調節閥開度持續增大的直接原因是該閥門的閥籠堵塞導致。然而造成閥籠堵塞，導致主給水調節閥開度持續增大的根本原因有兩個[3-4]：

1)二回路給水系統異物控制不嚴格，導致系統中異物在主給水泵的驅動下轉移到了主給水調節閥的位置，造成了閥籠堵塞。

2)主給水前置泵入口臨時濾網材質不合格，在使用期間因強度不夠導致濾網破裂，不能有效過濾泵前管道中的雜質，導致雜質轉移到主給水調閥位置，造成閥籠堵塞。而且臨時濾網自身破裂產生的碎片也可能造成閥籠堵塞。

3 糾正行動

為解決閥籠堵塞的問題，現場進行了以下糾正行動：

1)對主給水調節閥進行解體，對閥籠進行了更換。

2)循環沖洗主給水系統以清除系統內的雜志，避免異物再次堵塞主給水調節閥。

4 調試建議

主給水調節閥是核電廠重要設備，一旦發生問題，帶來的后果將非常嚴重，因此無論是在核電廠建安階段、調試階段還是運行階段，都應做好異物檢查和控制，防止異物進入系統，為機組正常運行埋下隱患。此外，在調試和運行階段，要多關注使用的臨時措施的性能和質量問題，避免臨時措施不能滿足使用要求或損壞，對系統和設備造成影響。而且，在調試階段，也應制定有效的沖洗方案，應確保沖洗程序能夠有效清除系統內的異物，避免對機組的正常運行造成影響。

5 結論

本文介紹了某核電廠主給水調節閥在滿功率運行時開度持續增大事件過程，并結合閥門閥籠結構特點及現場實際，分析出主給水調節閥開度持續增大的根本原因。為避免再次發生類似事件，本文提出了解決措施，也為后續其他機組主給水調節閥的調試和運行以及給水系統的異物控制提供了寶貴經驗。