CEFR超压保护系统液封器动作压力试验结果分析及经验反馈
2019-11-28陈健喆
陈健喆
中国原子能科学研究院 北京 102413
CEFR专设有反应堆容器超压保护系统，主要依靠补偿容器及液封器等非能动装置实现反应堆容器的超压保护和气体自补偿，而在液封器失效或发生事故下可通过开启电动截止阀泄压保证反应堆的安全。液封器动作压力试验用来验证液封器依旧可靠，通过向反应堆主容器和保护容器补充保护气体模拟由钠温变化引起的气体容积改变，通过观察液封器液位的变化或容器压力是否持续上涨来判断液封器动作压力是否正常[1]。
主容器和保护容器各配有一台液封器，任何情况下容器气腔与液封器入口都为连通状态，液封器出口与专用通风系统相连。液封器内部充有有机硅油，不与空气或保护气体相溶，背压基本与大气压相同，隔绝了堆内保护气体和堆外空气。根据设计，容器气腔压力稳定时，液封器不工作，硅油液面处于设计高度。当主容器或保护容器超压，液封器硅油液面下降，当压力增大到最高工作压力时，液面则降低到液封器鼓泡管入口，使气体鼓泡，此时视为液封器动作，保护气体将沿鼓泡管到达液封器上腔室，随后被专用通风带走。随压力下降液封器硅油液面上升，当掩盖住鼓泡管入口时气体排放中断，以此维持压力不再继续上升。
本文针对液封器未成功稳定主容器及保护容器压力这一现象进行描述和分析，并对后续的试验操作提出优化建议。
1 现象描述
整个试验是在反应堆冷停堆状态下进行的，由操作员完成。试验人员根据试验程序先后对主容器液封器和保护容器液封器进行动作压力试验。当主容器压力上升到液封器动作压力时，主容器液封器液位传感器始终没有很大变化，且主容器压力仍不断上涨，试验人员依此判断在此压力下主容器液封器未动作。当主容器压力高出动作压力5kPa时（仍低于设计限值很多），液封器液位传感器显示依然没有很大变化，故停止补气并开启相应阀门泄压至正常压力，确保反应堆安全。随后，在保护容器液封器动作压力试验中，当保护容器压力超过液封器动作压力5kPa时，保护容器液封器液位传感器显示鼓泡管内液位明显上升，判定保护容器液封器动作，但压力依然上涨很快，液封器动作没有使压力稳定，试验人员依此判断保护容器液封器失效，随即停止补气，并开启阀门使保护容器泄压至正常压力，终止试验。试验后初步分析可能是液封器油质问题导致试验失败，试验人员随即对两台液封器内硅油取样。通过观察分析，液封器内硅油仍然保持无色透明性状，粘度正常，故排除该因素[2]。
随后在同样条件下进行了二次试验，为避免超压过快，操作员控制补气阀门开度模拟超压。此次试验中当主容器达到液封器动作压力时，压力不再上涨，故停止补气。当保护容器达到高于液封器动作压力3kPa时，压力不再上涨，随即停止了补气。第二次试验验证了主容器、保护容器液封器功能正常，但主容器液封器液位传感器的液位显示仍然没有变化；保护容器液封器的动作压力高出试验程序上的限值3kPa。
2 原因分析
2.1 直接原因
通过对比两次试验主容器及保护容器的压力曲线图，发现主容器液封器第一次试验的补气速度约为第二次试验的2.6倍；保护容器液封器第一次试验的补气速度约为第二次试验的5.5倍。通过此数据可以初步判断第一次试验失败的直接原因是由于操作人员向主容器、保护容器补气阀门开度过大，以致补气速度过快导致的。试验人员忽略了液封器的允许最大排气量，过快的补气已超出液封器排气极限，不可使主容器、保护容器泄压。
2.2 间接原因
试验中，主容器液封器液位传感器故障，始终无法正确显示其液位，导致试验人员无法依此判断液封器是否动作。
2.3 根本原因
除保护气体分配系统阀门故障或操作人员的误操作外，任何情况下主容器、保护容器不会以大于液封器允许最大排气量的速度超压。若补气速度大于最大排气量，即达到了液封器的“失效临界气流量排气”，此时最恶劣的现象为液封器排气口排出油雾并喷油，而液封器内硅油容易突破挡板栅，使液封器失油，导致液封器失效，故不可使主容器、保护容器泄压。
3 经验反馈
（1）根据第二次试验，对于液封器动作压力试验，建议在试验程序中明确主容器补气阀门开度最大限值设为5%，保护容器补气阀门开度最大限值设为3%。
（2）为了便于控制补气速度，若条件允许，建议分别在主容器和保护容器补气阀门后的管道上加装节流孔板，将补气速度控制在液封器允许最大排气量以下，同时也可加装流量计，可即刻准确看到当下的补气速度，避免补气过快，液封器失效，危及反应堆安全[3]。
（3）保护容器液封器的动作压力高出试验程序上的限值3kPa，可通过降低保护容器液封器内硅油液位恢复标准动作压力。通过计算出的液位高度进行保护容器液封器调试，首先将保护容器压力提升至最高工作压力，关闭补气阀门，之后对保护容器液封器进行缓慢排油，当保护容器压力出现骤然变化时立即停止排油。最后对保护容器液封器进行动作压力试验，验证其动作压力达到试验程序标准。
3.4 应定期对液封器和其中有机硅油进行取样观察，确保液封器和油质正常。
4 结语
超压保护系统是CEFR在各过渡工况下补偿主容器及保护容器内保护气体热膨胀的有效手段，液封器超压动作试验应定期进行，并根据试验结果对液封器硅油液面进行调整，确保液封器动作压力符合设计要求，有利于CEFR的安全。
