M310核电厂高压安注流量孔板问题研究

2015-08-26高国甫朱达睿中国核电工程有限公司北京100840

中国科技纵横 2015年8期

高国甫　朱达睿（中国核电工程有限公司，北京 100840）

M310核电厂高压安注流量孔板问题研究

高国甫朱达睿
（中国核电工程有限公司，北京 100840）

M310核电厂安全注入系统是与核安全息息相关的重要系统，在机组调试启动阶段和换料大修阶段均要对安全注入系统进行定期验证与调整。高压安全注入的流量更是需要在定期试验和大修时密切关注的重要数据，要求必须满足安全准则要求。在某M310堆型核电厂调试启动阶段执行高压安注流量检查试验时，发现冷、热段同时注入总流量达到安全准则要求，冷段流量之和无法满足安全准则的要求。调试现场共进行了十多次试验，最终确认原因为某供应商生产的节流孔板孔径过小。本文既是对整个验证和判定过程的分析和思考，同时也是对高压安全注入的流量调整进一步探讨，用于指导后续M310堆型机组和其他核电机组解决此类问题提供方法。

M310 高压安注流量准则节流孔板

【Abstract】In M310 nuclear power plant，safety injection system is very important that close ties to nuclear safety，it needs periodic verification and rectification while plant' start-up testing stage and refueling overhaul stage. The flux of high-head safety injection （HHSI） is such an important data which needs to pay close attention to during the regular tests and overhaul，it has to meet the requirements of the safety standards. During the HHSI flux check test at an M310 Plant' start-up testing，it was found that the total flux of which the cold section is injected simultaneous with the hot section reaches the requirements of safety standards while the sum of cold section flux is unable to reach the requirements of safety standards. A dozen times of tests has been carried in the test scene，and finally we confirmed the reason is that the aperture of the throttling orifice plate is too small. This article is not only an analysis and consideration to the whole test，but also a deeply discussion to the flux control of HHSI，and it can be used as a direction to other M310 plant to solve this kind of problem.

【Key words】M310，High-Head Safety Injection（HHSI），flow criteria，throttle orifice.

1　前言

在国内紧凑经济型M310堆型核电厂中，安全注入系统（RIS）是在反应堆冷却剂系统发生失水事故或主蒸汽系统发生管道破裂事故时，安全注入系统完成堆芯应急冷却功能。RIS系统是核电厂最为重要的核安全系统之一，按照压力等级划分为高压安全注入、中压安全注入和低压安全注入。其中高压安全注入（HHIS）由三台高压安注泵（RCV 001 002 003PO）提供动力源，按照设计要求，高压安全注入在一回路发生破口时将高浓度的硼酸溶液注入一回路，以降低反应堆堆芯的反应性和保证边界完整。三个环路在冷热段注入时流量要相互匹配，并且流量要达到设计要求才能保证整个堆芯的安全。

在某M310核电厂调试启动阶段，在执行电厂高压安注泵流量检查试验（TP RIS 52）时，执行至冷、热段同时注入阶段，总流量达到安全准则要求，热段流量之和达到安全准则要求，冷段流量之和在多次试验验证中均无法满足设计要求；经过近一个月的间隔性试验验证，最终确定为某供应商生产的RIS015/016DI节流孔板存在孔径过小，限流较大导致流量不满足要求。本文将对此试验过程进行总结和梳理，探讨与优化问题的解决方案，供其他后续核电厂调试启动阶段参考。

2　高压安注泵流量检查试验出现的问题

TP RIS 52（高压安注泵流量检查）是《核电厂调试大纲》要求的调试启动试验，一般为国家核安全局必选监督的试验项目。本试验处于反应堆冷却剂系统和反应堆换料水池处于开盖功能试验工况下（TP ENS 11）。该试验合格后机组方可进行“主冷却剂系统冷态水压试验”等后续机组调试启动工作。

表1

表2

表3

表4

表5

图1

图2

2.1本试验步骤及其验收准则（部分）概要如下

按照规程步骤，启动RCV001PO（或RCV002/003PO），打开泵下游RIS032/033VP隔离阀，确认RIS034/035VP关闭的情况下打开R I S 0 3 6 V P，保证泵下游流体经过R I S 0 1 5 D I所在管线，开启RIS021VP阀门，关闭RCV系统小流量阀门，读取RIS001/099MD流量Q；试验总流量要求满足：132.9 m3/h≤Q≤149.7m3/h（准则一）。此时要求RIS 063 LD和RIS 064 LD上的两个热段之间的流量失配是合适的：两个热段的流量应该基本一样，热段流量之和要求：91.5m3/h≤QHL≤108.3m3/h（准则二）。冷段RIS006/007/008LD流量失配是合适的，冷段流量之和要求：41.4m3/h≤QCL≤58.2m3/h。（准则三）

在试验过程中，若准则一、二、三任何一个不满足则必须停止试验并分析查找原因。试验中以高压安注泵RCV 001 PO流量检查试验为例，高压安全注入冷、热段同时注入的流程简图如图1所示。

2.2TP RIS 52首次试验结果分析

图3

按照TP RIS 52调试规程要求，首先执行完成冷段直接注入部分，在满足流量安全准则后将RIS037/038/039VP三个阀门用机械手段固定（固定后在装料周期内不再进行阀门开度调整）。在冷、热段同时注入时，通过RIS001/099MD和就地流量计读取流量数据如表1所示（单位：m3/h）：

根据设计的要求，流量安全准则见附表。

附表：“高压安注泵冷、热段同时注入”安全准则（如图2所示）。

（实线之间的区域是未修正的试验范围。虚线之间的区域是修正后的试验范围，即是在计算中考虑了测量的不确定性因素后（试验要求的最大值）修正试验范围得出。如果试验中所使用的仪表非常精确，修正后的范围或操纵员调节的范围可以相应地加大。）

那么可以看出执行试验中得到的总流量Q=140.2，满足准则一的要求；根据热段读取的流量得出热段流量之和QHL=97.3，满足准则二的要求；但是根据读取的冷段流量得出冷段流量之和QCL=30，不能满足准则三的要求。

通过对比我们可以明显看出，Q≠QHL+QCL，并且冷段流量之和未达到安全准则要求；需要分析找出根本原因。

3　原因分析的验证过程

为分析高压安全注入系统在冷、热段同时注入冷段流量不能达到安全准则要求，核电现场先后在一个月内进行了十多次小型验证和5次正式试验，最终确定了原因，成功解决了冷段流量偏低的问题，为机组后续的“主冷却剂系统冷态水压试验”等机组调试启动工作奠定了坚实基础。

第一次验证：

根据调试经验首先质疑阀门开度问题，在进行高压安全注入流量检查时，可能存在冷段各阀门未全开导致节流情况，因此由机械及电仪专业维修人员对试验环路上的电动阀、手动截止阀等进行全线排查。排查中调整了阀门的限位，保证冷管段的阀门能够在试验阶段全开。排查完毕再次启动RCV001PO进行试验，得到试验结果如表2所示。（单位：m3/h）

冷管段的流量之和数据有所增加，但是还未达到准则三的要求，同时还存在Q≠QHL+QCL现象。

第二次验证：

根据第一次验证时的数据结果，试验人员仔细分析，阀门开度问题排除后，一直存在的Q≠QHL+QCL现象值得引起注意，试验人员对整本调试规程再次复核，发现在执行TP RIS 52冷段直接注入时的流量失配情况时数据满意，因此初步判定RIS006/007/008LD就地流量仪表存在大流量时精确、小流量时误差较大的情形，故本次验证将RIS006/007/008LD迁移为小量程、精度更高的在检验期有效内的仪表。再次执行试验，试验中得到结果如表3所示。（单位：m3/ h）

通过本次验证，确实发现RIS063/064/065LD仪表存在低流量精度不够问题，并且Q-QHL-QCL=7，误差已在可接受范围之内，但是QCL=37.4还是不能满足准则三的要求。

第三次验证：

根据第一二次验证时的数据进行仔细分析，试验人员在排除了阀门开度、仪表精度等原因后还是未找到解决冷管段流量偏低的症结。由此试验人员质疑是否存在冷段的管线存在异物造成管道堵塞的可能。因此试验人员再次执行TP RIS 52（高压安注泵流量检查）仅冷段注入步骤，发现流量满足安全准则要求。故排除冷段管线存在异物造成管道堵塞的可能。

第四次验证：

在排除了前三次验证时的怀疑对象后，试验人员对RIS015/ 016DI的孔径产生了严重质疑。对此试验人员与设计人员取得联系并商讨是否可以对孔板进行扩孔，对此设计人员专门建模进行数据分析。设计人员反馈：根据Flowmaster建立的RIS系统模型得到，当RIS015/016DI如逐渐增加孔径时，流量曲线如下表2（绿色）所示，流量数据向左上方移动，该模型已在多家电厂应用证明可以用来预测流量变化。按照模型来看即使增加孔径也无法满足准则要求。如下表所示，从3点出发，沿变化趋势线1和2之间上行，与准则区域无交叉。（变化趋势线1和2的斜率为Flowmaster模型计算的最大、最小值，当孔径变化时，其冷、热段注入流量只能在这两条线之间向左上移动）（如图3所示）。

设计人员否决了试验人员的提议，认为即使增加孔板孔径不能解决问题，因此试验验证陷入僵局。试验人员翻阅了大量同行电厂的试验总结，经过查找发现中广核同行电厂存在过高压安全注入试验时扩孔孔板的经历，虽然问题出现阶段等不同，但是还是有借鉴的意义。故我们抱着对核安全负责的态度，不能简单按照总流量Q减去热段流量QHL就认为是冷段流量QCL。因此我们准备了孔板备件，预防因判断错误造成对其他关键路径的制约；试验人员将RIS015DI初步扩孔，由原来的12.5mm扩孔至13.85mm。安装就位后再次进行验证得到试验结果如表4所示。（单位：m3/h）

由此数据可以看出，Q-QHL-QCL=3.3，并且QCL=41.5，该数据能够满足三个安全准则要求，并且数据总的误差更小，但是冷段流量之和在安全准则边缘范围。

第五次验证：

抱着对试验负责，对电厂负责，对核安全负责的态度，试验人员认为既然孔板扩孔后试验数据明显改善，试验人员与设计人员沟通，再次进行了流体计算，最终取得一致意见，将RIS015/016DI同时扩孔至13.95mm。经过试验验证得到试验结果如表5所示。（单位：m3/h）

由此电厂现场调试启动阶段高压安全注入冷、热段同时注入流量检查验证最终取得满意结果，满足了安全准则要求，试验成功。

4　分析与优化

根据以上问题解决的过程，可以明确RIS015/016DI因孔径过小导致流量验证多次失败。后经过厂家、设计、试验人员分析，在流体建模基础上得到的数据有参考价值，但是在核电现场因管线布置差异、施工安装偏差等造成流量不足。

核电机组调试启动阶段和后续的机组商运及检修阶段均会进行高压安全注入的流量失配验证，因此很有必要对此次验证过程进行优化分析，以指导机组后续在整个寿期和其他相关电厂遇到类似问题快速分析原因解决问题，解决关键路径的难题。在本次查找问题原因过程中，对于整个判定过程有较大影响的即为孔板孔径和仪表精度问题。数字建模对于流体学有重要参考价值，但是核电现场的安装、设备很可能达不到建模中的数据要求，不能因电子计算而忽略实体本质。在后续问题分析过程中，一定要全面考虑，切忌过早下结论而导致关键路径和人力、物力的流失。