秦山核電廠主系統(tǒng)快速響應(yīng)溫度計(jì)改進(jìn)及實(shí)踐

李智維 潘衛(wèi)華 蒲曉彬 歐明秋

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

秦山核電廠1號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)每條環(huán)路的冷段和熱段均設(shè)置了5支快速響應(yīng)鉑電阻溫度計(jì)，用于測(cè)量反應(yīng)堆冷卻劑環(huán)路的窄量程溫度。每條冷段和熱段上的4支鉑電阻溫度計(jì)測(cè)得的窄量程溫度信號(hào)經(jīng)處理后發(fā)出4個(gè)通道的環(huán)路平均溫度Tavg和溫差△T信號(hào)。每條環(huán)路產(chǎn)生2個(gè)溫差信號(hào)、4個(gè)平均溫度信號(hào)送反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)，2個(gè)平均溫度信號(hào)送反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)等，并且在電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPC上對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行顯示和記錄，這些溫度隨反應(yīng)堆功率水平而變化[1]。具體流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

反應(yīng)堆冷卻劑熱段與冷段的溫差△T和反應(yīng)堆冷卻劑的平均溫度Tavg信號(hào)用于反應(yīng)堆控制和保護(hù)。

這些控制和保護(hù)有：出現(xiàn)極大偏差時(shí)的報(bào)警和緊急停堆、二回路控制、控制棒組動(dòng)作控制、穩(wěn)壓器水位額定值的計(jì)算。這些溫度信號(hào)與反應(yīng)堆的安全性和正常運(yùn)行息息相關(guān)，十分重要，對(duì)于精度和響應(yīng)時(shí)間都有較高的要求。

鉑電阻溫度計(jì)及其配套設(shè)備為核安全1級(jí)設(shè)備，其作為一回路壓力邊界，要能忍受長(zhǎng)期的高溫、高壓、輻照和冷卻劑高速?zèng)_擊的工況[2]，并要能經(jīng)受相當(dāng)烈度的地震考驗(yàn)。秦山核電廠一期的主系統(tǒng)旁路鉑電阻溫度計(jì)由法國(guó)的SEREG Bailey公司生產(chǎn)，于1988年安裝，使用多年后出現(xiàn)了以下問題：

（1）廠家停產(chǎn)；

（2）鑒定文件不完整；在首次PSR審查中發(fā)現(xiàn)，用于測(cè)量反應(yīng)堆冷卻劑溫度的1E級(jí)小惰性鉑熱電阻溫度計(jì)缺少抗震性能的依據(jù)，抗震相關(guān)資料弱項(xiàng)一直未能有效解決，供貨商無法補(bǔ)充提交相關(guān)資料。

為徹底解決上述問題，筆者采用一款具有良好核電業(yè)績(jī)的成熟產(chǎn)品，它能滿足各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)，其外形尺寸、安裝方式、接線方式與原溫度計(jì)一致，功能上完全能替代原產(chǎn)品。

1 鉑電阻的基本原理

鉑電阻一般有感溫元件、護(hù)套管、連接電纜等組成[3]，鉑電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的這一特性來進(jìn)行測(cè)量，即在一定的溫度下，先測(cè)量處鉑電阻的阻值R，然后計(jì)算出等價(jià)的溫度t，其R-t的特性如圖2所示。圖中Rt：溫度為t℃時(shí)鉑電阻測(cè)量值，R0：溫度為0℃時(shí)鉑電阻的測(cè)量值，Rt/R0為鉑電阻的電阻比。

圖2 鉑電阻R-t特性圖

在-200℃至850℃的范圍內(nèi)，工業(yè)鉑電阻的R-t特性為：

鉑電阻溫度計(jì)對(duì)溫度計(jì)的精度、響應(yīng)時(shí)間、抗震等都有較高的要求。其主要性能要求為：

（1）在溫度為265℃～335℃之間，流速為4 m/s的水中，響應(yīng)時(shí)間≤1.5秒；

（2）500VDC絕 緣 電 阻：20℃時(shí)≥100 M；300℃時(shí)≥10 M；

（3）電阻允許偏差：±（0.3+0.5%|t|）；

（4）鉑電阻溫度計(jì)型式試驗(yàn)中的抗震試驗(yàn)譜應(yīng)包絡(luò)秦山核電站安全殼3米至9米樓層地震譜；

（5）抗輻照：溫度計(jì)承受累積γ劑量(2×106Gy)(正常積累+事故積累)后0℃時(shí)的∣Δt∣≤0.05℃；

（6）壓力試驗(yàn)：保護(hù)管設(shè)計(jì)壓力：(17.5Mpa)；

（7）極限溫度試驗(yàn)：0℃時(shí)的∣Δt∣≤0.05℃。

鉑電阻溫度計(jì)試驗(yàn)項(xiàng)目包括但不限于分度試驗(yàn)、絕緣電阻、介電強(qiáng)度、熱響應(yīng)時(shí)間、自熱效應(yīng)、重復(fù)性、極限溫度、跌落試驗(yàn)、復(fù)現(xiàn)性、壓力試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、輻照試驗(yàn)、熱老化試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)、失水事故環(huán)境模擬試驗(yàn)（LOCA試驗(yàn)）等。

測(cè)溫旁路段是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)測(cè)溫旁路的一部分，用于安裝測(cè)溫儀表的管段。六角頭螺塞和密封墊片僅用于主管道測(cè)溫旁路段在制造廠水壓試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫儀表安裝前系統(tǒng)水壓試驗(yàn)時(shí)封堵。測(cè)溫旁路段儀表接管座的材料為316型奧氏體不銹鋼鍛棒，其設(shè)備技術(shù)要求為：

（1）工作壓力：P=15.2 MPa；

（2）工作溫度：t=320℃；

（3）設(shè)計(jì)壓力：P=17.2 MPa；

（4）設(shè)計(jì)溫度：t=350℃；

（5）水壓試驗(yàn)壓力：P=21.5 MPa；

（6）設(shè)計(jì)壽期：40年；

（7）工作介質(zhì)：管內(nèi)介質(zhì)為帶有放射性劑量的高溫含硼水。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及應(yīng)用

2.1 鉑電阻溫度計(jì)底座安裝及焊接

分別在每段測(cè)溫旁路管段上安裝5個(gè)溫度計(jì)底座，共計(jì)20個(gè)溫度計(jì)底座，同時(shí)每個(gè)底座安裝力矩要求為75 N·M，并進(jìn)行焊前PT、層間PT、滿焊后PT，20道焊口均滿足要求，且PT檢測(cè)一次合格。

2.2 測(cè)溫旁路管段溫度計(jì)底座焊接后離線水壓試驗(yàn)

對(duì)四段測(cè)溫旁路管段在完成溫度計(jì)底座安裝焊接后用專用堵頭密封底座螺紋口，力矩要求為20～30 N·M，初次密封力矩為20 N·M,然后進(jìn)行1.1倍運(yùn)行壓力（16.72 MPa）的離線水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)一次合格，在各試驗(yàn)平臺(tái)無任何泄漏及壓降。

2.3 環(huán)路I冷熱段與環(huán)路II冷熱段現(xiàn)場(chǎng)施工

由于設(shè)備到貨較晚，且改造項(xiàng)目需在電廠低水位結(jié)束前完工，造成施工工期短，因此項(xiàng)目施工分兩個(gè)階段，安排環(huán)路I冷熱段兩個(gè)測(cè)溫旁路管段同時(shí)施工，環(huán)II冷熱段兩個(gè)測(cè)溫旁路管段同時(shí)施工，在施工期間儀控與機(jī)械專業(yè)合理安排作業(yè)時(shí)間，避免交叉作業(yè)。

3 關(guān)鍵點(diǎn)分析

3.1 壓力邊界完整性確認(rèn)

主系統(tǒng)鉑電阻溫度計(jì)作為一回路的壓力邊界，安裝在測(cè)溫旁路管段上，直接與反應(yīng)堆冷卻劑接觸，工作壓力為15.2 Mpa，如果密封不嚴(yán)將會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑泄露，因此對(duì)測(cè)溫旁路管段的壓力邊界完整性確認(rèn)非常重要。

（1）焊接質(zhì)量控制，需要具有核級(jí)焊接資質(zhì)的焊工對(duì)新測(cè)溫旁路管段進(jìn)行回裝組對(duì)焊接，焊接方式均為對(duì)接焊，機(jī)械組在焊接前對(duì)焊口坡口進(jìn)行焊前PT和打底PT，在滿焊后再進(jìn)行滿焊PT及RT，最終PT與RT均一次合格。

（2）現(xiàn)場(chǎng)水壓試驗(yàn)驗(yàn)證，新型鉑電阻溫度計(jì)底座與測(cè)溫旁路管段采用角焊密封，鉑電阻溫度計(jì)與溫度計(jì)底座通過卡套錐形面密封，如圖3所示，上卡套力矩安裝為30 N·M，下卡套力矩安裝為45 N·M，根據(jù)系統(tǒng)工藝流程圖，利用測(cè)溫旁路管段的前端隔離閥與對(duì)空閥將溫度計(jì)所在管段進(jìn)行隔離，在從后端疏水閥側(cè)用除鹽水打壓至運(yùn)行壓力15.2 Mpa的1.1倍16.72 Mpa，保證壓力維持在半小時(shí)以上，檢查確認(rèn)溫度計(jì)安裝卡套位置及測(cè)溫旁路管段上的各個(gè)焊縫均無滲漏現(xiàn)象并無壓降。

圖3 焊縫效果圖

3.2 儀表通道精度驗(yàn)證及檢查

反應(yīng)堆冷卻劑旁路溫度測(cè)量為窄量程回路，顯示測(cè)溫范圍為：250℃～320℃，只有當(dāng)溫度達(dá)到250℃以上時(shí)才能在后端儀表進(jìn)行顯示，而且通道精度需滿足偏差小于1%的標(biāo)準(zhǔn)要求。為保證新安裝的20支反應(yīng)堆冷卻劑旁路鉑電阻溫度計(jì)從現(xiàn)場(chǎng)就地端至主控顯示側(cè)整個(gè)回路通道的精度都滿足要求，對(duì)20個(gè)溫度測(cè)量回路進(jìn)行通道校驗(yàn)，通過利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源從就地端子箱模擬250℃、267.5℃、285℃、302.5℃、320℃時(shí)的鉑電阻信號(hào)對(duì)回路通道進(jìn)行五點(diǎn)校驗(yàn)，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算分析所有通道精度均滿足要求，通道精度線性曲線如圖4所示。

圖4 通道精度曲線圖

3.3 升溫升壓階段配合試驗(yàn)和檢查

結(jié)合大修主線，組織人員在升溫升壓平臺(tái)時(shí)間點(diǎn)配合參與現(xiàn)場(chǎng)工作，分別在9.81 Mpa、11.81 Mpa、13.81 Mpa、15.2 Mpa、15.5 Mpa壓力平臺(tái)對(duì)四段測(cè)溫旁路管段的14個(gè)對(duì)接焊口和20個(gè)溫度計(jì)底座角焊口進(jìn)行查漏均符合要求，未見任何泄漏點(diǎn)。

在80℃、120℃、180℃、260℃、280℃各個(gè)溫度平臺(tái)配合進(jìn)行TC/RTD試驗(yàn)，升溫升壓前后，在冷態(tài)與熱態(tài)配合進(jìn)行了反應(yīng)堆旁路冷卻劑流量試驗(yàn)均滿足24 m3/h的要求。確認(rèn)溫度指示在280℃平臺(tái)下的TC/RTD比較試驗(yàn)均滿足偏差在±2.3℃之內(nèi)的要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表1所示。

表1 280℃平臺(tái)TC/RTD試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

主系統(tǒng)快速響應(yīng)鉑電阻溫度計(jì)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是保障核安全的重要前提,改進(jìn)后降低了鉑電阻溫度計(jì)的缺陷率，提升了設(shè)備的可靠性，同時(shí)也解決了PSR審查時(shí)提出的弱項(xiàng)，為秦山核電廠一期的延續(xù)運(yùn)行打牢了基礎(chǔ)，此外該改造在電廠壽期末階段具有參考價(jià)值，可供其他電廠借鑒。