排氣疏水系統罐體管路存在安全殼內外貫通風險原因分析和處理

【摘要】本文通過對國內某核電站機組實施排氣疏水系統罐體排水管路增加U型水封改造項目進行介紹，對項目進行的相應原因分析并提出相關的處理方案，希望通過本次原因分析和改造能對其他同類型的機組改進起到借鑒作用。

【關鍵詞】排氣疏水;排水管路;U型水封

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.097

根據某核電廠組經驗反饋，巡檢發現某機組安全殼壓力自D日開始緩慢下降，下降速率約為0.5kPa/24h。經專業處計算表明，D日起反應堆廠房正向泄漏率大于5Nm?/h，根據運行技術規范記第一組I0。D+1日運行人員在未發現機組存在第一組I0的情況下進行了臨界操作，違反相關要求。D+4日專業處關閉系統某控制閥門后，安全殼泄漏率恢復正常。

1、原因分析

通過對事件中專業處關閉的閥門至上游管路入口的設備和管線分析排查，考慮到某逆止閥A可能存在關閉不嚴的情況，經過對該閥門解體檢修發現存在少量細小碎渣，影響閥門密封性。D+4日，在閥門下游加裝U型管水封后安全殼泄漏故障消除。技術分析最終認為該機組安全殼壓力異常下降的直接原因是D日系統潛水泵啟動后，前述逆止閥A未關嚴水封失去，導致安全殼內氣體經該管線流出安全殼。

閥門A屬于升降式止回閥，依靠介質本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質倒流的閥門。止回閥屬于一種自動閥門，其主要作用是防止介質倒流、防止泵及驅動電動機反轉，以及容器介質的泄放。止回閥還可用于給其中的壓力可能升至超過系統壓的輔助系統提供補給的管路上。止回閥主要分為旋啟式止回閥與升降式止回閥。升降式止回閥具有結構簡單，動作可靠，維修方便等特點。當介質由閥體入口進入閥體，介質的壓力作用在閥瓣上產生向上的推力，當介質推力大于閥瓣的重力和彈簧壓力時，閥門打開，當介質反向流入閥體時，產生對閥座的壓力使向下的，無法打開閥門。

閥門A流程簡圖如下，設計上用于潛水泵啟泵停止后形成水封，使安全殼內氣體與殼外隔絕，但潛水泵的再循環管線僅焊接在系統罐體上的接頭上，未深入到液面以下，故當閥門A逆止閥密封不嚴，水封慢慢失去時，安全殼內氣體由潛水泵的再循環管線通過閥門A，經排氣疏水系統工藝排水匯流管至核輔助廠房的通用污水坑，流出安全殼，造成系統罐體排水管路安全殼內外氣空間貫通，第三道安全屏障被旁路。

該電站6臺機組采用的閥門A相關管線設計與存在此問題的核電廠一致，同樣存在系統罐體排水管路安全殼內外氣空間貫通，第三道安全屏障被旁路的風險。此風險存在的根本原因為閥門A可靠性低，無法充分保證形成水封，安全殼的密封性得不到保障，故需進行改造來充分保證形成水封，以保障安全殼密封性。

2、改造方案

2.1改造方案1

閥門A密封不嚴主要是由于有細小碎渣存在，改造方案可在閥門A閥門上游加裝過濾網。所在管線為安全NC級，無抗震要求的2"不銹鋼無縫管線。根據系統要求方案具有可行性。

2.2改造方案2

風險存在的根本原因為閥門A可靠性低，無法充分保證形成水封，改造方案可在閥門A與閥門B閥門之間加裝一個和閥門A相同類型的逆止閥，起到雙保險作用。

2.3改造方案3

閥門A所在管線為安全NC級，無抗震要求的2"不銹鋼無縫管。改造方案為在閥門A下游加裝U型管水封，以彌補閥門A逆止閥密封不嚴導致水封失去的缺陷。

3、方案分析

3.1改造方案1

在閥門A閥門上游加裝過濾網，可以直接過濾掉工藝排水箱內細小碎渣通過潛水泵泵排到閥門A閥門的細小碎渣。這樣能夠保護閥門A閥門及下游閥門在即使有碎渣的情況，能夠保持原有功能正常使用。對原管道設計和布置改動較小，且施工難度小。

3.2改造方案2

在閥門A與閥門B閥門之間加裝一個和閥門A相同類型的逆止閥，可以在閥門A逆止閥失去作用情況下，還有下一道水密封環境。增一個閥門具有改造施工方便，設計工作量小等特點，但雙逆止閥管路結構可能出現兩個逆止閥同時失效情況出現。

3.3改造方案3

加裝U型管水封參考其他核電廠機組的改造方案，對原管道設計和布置改動較小，且施工難度小，改造不增加任何設備，對運行和維修均無影響。改造分別在事件所在電廠機組黃區房間進行，改造時需切割潛水泵下游的管道，有較高的環境劑量風險和內污染風險，需按照輻射防護指引進行防護。

4、處理方案

根據實際情況，系統罐體主要來源于主泵軸封水、一回路滲漏水回收。查閱以往閥門A檢修記錄，從未發現過碎渣。執行安全殼泄漏率試驗時，開關閥門，沒有產生任何影響。根據上述方案分析的優缺點，最終選擇在機組閥門A下游加裝U型管水封。

考慮反應堆正常功率運行時，安全殼內大氣壓力由安全殼大氣監測系統微掃氣子系統保持在[-0.04bar，+0.06bar]相對壓力范圍內，故U型管水封的立管高度設計應大于600mm，考慮一定裕量，設計U型管立管高度為700mm，水平管長度200mm。當潛水泵啟泵停止后，U型管處于滿水狀態，左右立管內水高均700mm，當安全殼內大氣相對壓力為+0.06bar時，右立管水高100mm，左立管水高700mm，減少600mm水量，當安全殼內大氣相對壓力為-0.04bar時，右立管水高600mm，左立管水高200mm，水量不減少，這樣，當安全殼內大氣壓力繼續[-0.04bar，+0.06bar]相對壓力范圍內時，U型管水封內將維持至少1000mm的總水量，充分保障安全殼的密封性。

結語：

系統罐體排水管路具有安全殼內外氣空間貫通風險原因分析和處理這一問題是電站原始設計就根本沒有考慮到的問題，屬于設計缺陷。經過分析與研究，目前關于這個問題處理措施以增加U型水封改造為主。但是具體針對不同電站系統罐體排水管路改造時，還必須針對管路所在的系統運行參數、現場安裝的相對空間位置、管路在各種工況下需要執行的功能等進行具體的分析，以選擇適合于該項目的最佳方案。而新設計的核電站則應考慮通過合理布置、閥門選型等其他手段從根本上杜絕系統罐體排水管路具有安全殼內外氣空間貫通風險的產生，以確保核電站的安全。

參考文獻：

[1]《系統罐體排水管路增加U型水封改造》詳細設計文件

[2]法國電力公司和法馬通公司，法國900MWe壓水堆核電站系統設計和建造規則RCC-P，1991

作者簡介：

鄒建（1985.11-），性別：男，民族：漢，籍貫：四川眉山，學歷：本科，現有職稱：中級工程師，研究方向：機電工程改造、工程造價。