CP300核電廠蒸汽旁路排放系統(tǒng)簡析

黃海紅

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

1 系統(tǒng)功能

CP300核電廠旁路排放總管從主蒸汽母管引出，通向旁排母管，旁排閥由旁排母管接出。旁排動作時，5.34~6.32MPa，268.1℃的蒸汽首先經(jīng)旁排閥和節(jié)流孔板，壓力降為0.588MPa，接著蒸汽進入旁排箱，在旁排箱里擴壓并冷卻后，其壓力降至0.03MPa，溫度降為77℃，排入凝汽器。

核電站如100%甩去外界負荷，帶廠用電運行，反應堆負荷分配如下：70%負荷由蒸汽旁路排放系統(tǒng)承擔，其余30%負荷分配如下：汽機空載耗汽7%，帶廠用電5%，反應堆自調(diào)10%，大氣釋放閥排放余下部分8%（實際本機組帶廠用電負荷為7%左右，上述甩負荷時大氣釋放閥排5%即可滿足）

旁排系統(tǒng)能在以下幾個階段發(fā)揮作用：

正常啟動過程中，當凝汽器真空正常后即可投入旁排系統(tǒng)。通過控制旁路排放蒸汽流量，在汽機低負荷時控制主蒸汽母管壓力，高負荷時參與控制一回路平均溫度，維持一二回路功率平衡。特別當電站甩去100%外界負荷時，與（功調(diào)系統(tǒng)、穩(wěn)壓器壓力、水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、SG水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)及大氣釋放閥）配合，避免反應堆停堆和主蒸汽安全閥動作，維持汽輪機組帶廠用電運行。在不開啟安全閥和大氣釋放閥，并不引起反應堆停堆的情況下，能承受70%額定負荷的甩負荷。每只閥能承擔17.5%的額定排放量。在不打開安全閥或動力卸壓閥的情況下進行緊急停堆或汽輪機停機。事故停堆時，能夠排放掉反應堆的儲能，在安全閥不動作情況下，使反應堆恢復至熱態(tài)零功率（Tavg=280℃）。

反應堆停堆冷卻過程中，凝汽器真空正常，可通過手動控制主蒸汽旁路排流量開度，實現(xiàn)要求的降溫速率。使反應堆從熱停堆狀態(tài)開始，直到反應堆余熱排出系統(tǒng)投入為止，進行受控冷卻。

在熱停堆無負載情況下，維持反應堆冷卻劑平均溫度。在電廠啟動和正常停機期間，能控制主蒸汽母管壓力至操作員設置的設定值，實現(xiàn)主蒸汽平衡以便汽輪機起動。汽機沖轉(zhuǎn)或并網(wǎng)前適當提高反應堆功率，保持主蒸汽旁路排一定流量，在汽機沖轉(zhuǎn)過程或并網(wǎng)后，旁排控制系統(tǒng)自動減少旁路排放流量，可減少沖轉(zhuǎn)或并網(wǎng)時一回路參數(shù)波動幅度。

旁排控制系統(tǒng)的設計原則是“關為安全”。在冷凝器真空破壞，或反應堆低-低平均溫度（255℃）情況發(fā)生時，快速關閉旁排閥，禁止蒸汽排放。

2 系統(tǒng)組成

蒸汽旁路排放系統(tǒng)主要由以下幾個方面的設備組成。

旁路排放總管。Ф559mm×25mm，直徑為559mm，管壁厚25mm。

旁排母管。Ф660×50mm。

旁排閥。共四只，液動。

多級節(jié)流孔板。除了節(jié)流降壓外，還起減少旁排閥前后壓差，改善其磨損、共振和噪音的作用。

旁排箱。共四只，其中1#、3#旁排箱設置在1#凝汽器接頸側(cè)板上，兩只旁排箱左右對稱布置。2#、4#旁排箱設置在2#凝汽器的相同位置上。

噴水減溫閥。控制減溫水流量通過噴嘴霧化，冷卻進入旁排箱的蒸汽，降溫降壓后的汽水混合物一起進入凝汽器。

其他管道和輸水管疏水管。旁排系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，疏水管應保持疏水通暢，以免在緊急投運時會引起管道振動以致?lián)p壞設備。

主蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)采用瑞士蘇爾壽公司的Av-6控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)組態(tài)能力強，調(diào)節(jié)特性好。Av-6控制系統(tǒng)控制四只旁路排放閥、四只對應的噴淋閥和兩只喉部噴水閥的開度。四只旁排閥采用順序方式工作，即在調(diào)節(jié)開啟時，四只旁排閥依次開啟，將蒸汽直接排入冷凝器。每只旁排閥均具有快速開啟（3秒）和快速關閉（5秒）的功能，按照控制系統(tǒng)的指令，快速開啟或關閉。

3 系統(tǒng)主要設備特性

3.1 旁排閥特性

當汽機脫扣，旁排閥接到開啟訊號后，在設計的主蒸汽壓力范圍內(nèi)，全行程快開3秒鐘。

旁排閥接到關閉訊號后，在蒸汽壓力由0.686MPa到主蒸汽系統(tǒng)設計壓力范圍內(nèi)，全行程快關3秒鐘。

蒸汽壓力在0.686MPa到主蒸汽設計壓力范圍內(nèi)，能進行比例調(diào)節(jié)，全行程比例調(diào)節(jié)20秒種。

控制電磁閥斷電時旁排閥關閉，保持安全狀態(tài)。

在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，任何一個排放閥流量振蕩不應超過閥門額定流量的±1%。

3.2 旁排箱噴水減溫調(diào)節(jié)閥特性

主蒸汽通過旁排閥進入旁排箱時，減溫閥控制減溫水流量通過噴嘴霧化，冷卻旁路蒸汽，汽水混合物一起進入凝汽器。

旁排閥開時，噴淋閥自動地轉(zhuǎn)換到自動方式，噴淋閥自動跟蹤旁排閥的開度

1.2.1 細胞培養(yǎng) MDA-MB-231細胞所用培養(yǎng)基為含10%新生牛血清，100 U/ml青霉素和100 μg/ml鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基，37 ℃ CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)傳代。

旁排閥動作時相對應凝汽器喉部噴淋閥動作。在旁排蒸汽進入凝汽器的同時，噴淋水閥自動打開形成水幕，防止蒸汽沖向汽輪機。

當接到打開訊號后，開度與流量關系應滿足：在5%開度內(nèi)，流量從0以線性關系增至5t/h，開度自5%-100%時，流量從5t/h→24t/h。

當接到打開訊號后，閥前蒸汽壓力與開度關系應滿足：在5%開度內(nèi)，閥后壓力從0增加至1.76MPa，當閥開度繼續(xù)增加至100%時，閥后壓力應從1.76MPa增加至1.96MPa。

3.3 旁排儀控系統(tǒng)特性

旁路排放控制系統(tǒng)具有平均溫度（Tavg）方式、主蒸汽母管壓力（Ps）方式及脫扣排放方式三種運行方式；且有手操方式作后備。它的主要控制參數(shù)為主蒸汽母管壓力。另外，還設置了鑒別回路，用來判定允許開啟的旁排閥的數(shù)量，以防止排放過量。

1）Ps方式用于核電廠啟、停堆時的低負荷運行（15%額定滿負荷蒸汽量以下）工況。

Ps方式就是由操作員給出壓力設定值，主蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)旁排閥的開度，將主蒸汽母管壓控制在設定值。在機組啟動或正常停機，負荷小于15%額定負荷時，旁排控制系統(tǒng)采用該方式運行。負荷為15%額定負荷時，由操作員手動切換至Tavg方式。Ps方式下，僅允許兩只旁排閥開啟。

2）Ta方式主要用于核電廠高負荷運行 （大于15%額定滿負荷蒸汽量）工況。

該方式為旁路排放控制系統(tǒng)的主要運行方式，當發(fā)電機組的負荷大于15%額定負荷運行時，采用該方式。旁路排放系統(tǒng)將根據(jù)一回路平均溫度轉(zhuǎn)換得到的參考母管壓力與主蒸汽母管的實際壓力之間偏差，來決定旁排閥的開度。該方式下，設有10%額定負荷的死區(qū)，即部分甩負荷小于10%額定負荷時，旁排閥不動作，而由一回路負荷瞬間，快速響應，承擔汽機甩去的負荷。當甩負荷大于某只旁排閥的快開設定值時，該閥快速開啟。另外，由汽機第一級壓力轉(zhuǎn)換來的汽機負荷（Tload）同由平均溫度轉(zhuǎn)換來的反應堆負荷堆（RLoad）比較后，作為前饋信號，來調(diào)節(jié)旁排閥開度，使得旁排控制系統(tǒng)動作更快、調(diào)節(jié)特性更好。

在本控制方式下，甩負荷時，由甩負荷控制器控制排放閥的開度。停堆后，則由脫扣控制器控制。

（1）甩負荷比例排放。甩負荷控制器接收參考平均溫度信號和一回路冷卻劑高選平均溫度信號之差：

其中：TSDE——溫度偏差；

TAvg——冷卻劑高選平均溫度；

Tref——參考平均溫度，它是汽輪沖動級壓力的函數(shù)；

τ12、τ11——超前滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)。

當電廠在穩(wěn)壓運行時，TSDE＝0，表示一、二回路功率平衡；當甩負荷時，TSDE＞0。

甩負荷控制器的輸入/輸出持性如下圖所示，按此特性去控制排放閥的開度。

圖1 甩負荷控制器特性曲線

TSDE信號還要送入定值器1H～4H，定值器輸出特性如下表所示，四個排放閥在定值器輸出快開信號作用下，三秒鐘打開。

表1

（2）反應堆脫扣排放。當接到反應堆脫扣信號時，排放閥受脫扣控制器控制，脫扣控制器的輸入信號為：

其中：Tew＝反應堆零功率時的一回路冷卻劑平均溫度定值為280℃。

脫扣控制器的特性如下圖所示，按此特性控制排放閥的開度。

TSDE信號還送入定值器5H和6H，定值器輸出排放閥快開信號。當 7.0℃＜TSDE＜14.0℃時，1#、2# 閥快開，而 3#、閥的開度受脫扣控制器控制； 當 TSDE＞14.5℃時，1#、2#、3#、 閥全部在 3 秒鐘內(nèi)快開； 當 TSDE＜7.0℃時，此三閥均受脫扣控制器控制。

3）Ta方式與Ps方式通過一只排放方式選擇開關手動切換。

反應堆脫扣時，旁排系統(tǒng)自動處于該方式。在該方式下，沒有10%額定功率的死區(qū)。且僅允許三只旁排閥開啟。

鑒別回路用來判定甩負荷的大小，并根據(jù)旁排控制系統(tǒng)的運行方式和甩負荷大小給出最多允許開啟的旁排閥數(shù)。并按照汽輪發(fā)電機組的運行情況，在冷凝器低真空和一回路低一低平均溫度等危急情況下，發(fā)出快速關閉旁排閥信號，禁止蒸汽排放。

圖2

4 系統(tǒng)運行

注意事項：

1）使用旁路排放系統(tǒng)時，凝汽器真空必須在正常范圍內(nèi)。

2）正常運行時旁路排放管道至凝汽器手動疏水閥應常開，疏水控制閥投自動，以保持旁排管道處于熱備用狀態(tài)。

3）當用旁路排放來冷卻一回路時，應遵守一回路降溫降壓速率限制。

4）四只旁排閥開啟順序依次為1號、2號、3號、4號。

5）檢修在現(xiàn)場做好排油準備才能允許進行蓄壓器排油工作。

6）下列幾種情況下旁路排放將被閉鎖。

（1）任一冷凝器真空低于 615mmHg（2/3）；

（2）任一環(huán)路RCS平均溫度（2/4）低于264℃與P11與P15符合；

（3）凝汽器不可用：綜合信號與任一凝汽器循環(huán)水壓力低（＜0.03MPa）信號；綜合信號包括（冷凝器A/B喉部溫度高80℃、旁排減溫水壓力低1.18MPa、旁排閥后A/B/C/D壓力高、熱井A/B水位高、低真空）；

（4）手動緊急關閉按鈕。

5 典型事件及分析

經(jīng)驗反饋

5.1 ZTBG-200508012：2# 旁排閥突開

2005年8月10日13：30，2#旁排閥意外開啟，運行人員迅速判明故障按下旁排“緊急關閉"按鈕。14：20經(jīng)專業(yè)人員討論后試圖重新將旁排控制系統(tǒng)投入“自動”。首先確認AV6系統(tǒng)處于緊急關閉狀態(tài)，2#旁排閥前手動截止閥關閉。復位旁排“緊急關閉”旋鈕，按“Reset”鍵，發(fā)現(xiàn)AV6盤2#旁排閥再次開啟。后經(jīng)多方努力，排除了種種故障可能，于該日23：10重新將旁排控制系統(tǒng)投入“自動”運行成功。現(xiàn)記錄其處理過程如下：

1）儀控更換旁排控制柜2#旁排閥的RK10卡件（控制2#旁排閥伺服閥的元件），執(zhí)行安措如下：

（1）確認AV6系統(tǒng)處于緊急關閉狀態(tài)，2#旁排閥前手動截止閥關閉。

（2）斷開2#旁排閥的RK10(CA43)卡件的電源。

（3）拔下此卡件。

（4）將新的RK10卡件電源開關放在OFF位置，插入機柜。

（5）確認接觸好后，將RK10卡件送電，電源開關打至ON位置。

（6）調(diào)整RK10卡件的參數(shù)，調(diào)整4點為2.5，12點值為0.02，檢查4個旁排閥輸出為零。

（7）恢復旁排系統(tǒng)。

儀控人員更換好RK10卡件后，運行人員執(zhí)行第7步恢復旁排系統(tǒng)。首先復位旁排“緊急關閉”旋鈕，按“Reset”鍵，發(fā)現(xiàn)AV6盤2#旁排閥迅速開啟，約15秒至全開位置；就地人員也報告在該時刻2#旁排閥開啟，約3秒鐘全開。儀控人員遂斷開RK10卡件電源，繼續(xù)討論下一步方案。

2）經(jīng)討論后專業(yè)人員認為可能是旁排快開回路的油引起2#旁排閥開啟，也即2#旁排閥的快開電磁閥存在誤開或內(nèi)漏的可能，決定通過下列試驗步驟來驗證一下：

（1）儀控測量2#旁排閥快開電磁閥在失電狀態(tài)（該電磁閥失電關），電信號正常。

（2）關閉2#旁排閥快開進油閥PKY-23V,并給2#旁排閥快開蓄壓器PKY-04B卸壓。

（3）給RK10卡件送電，在就地通過2#旁排閥伺服閥關閉2#旁排閥。待2#旁排閥關閉后閉鎖其伺服閥。

（4）緩慢打開PKY-23V，觀察2#旁排閥狀態(tài)。

在執(zhí)行至第3步，就地人員報2#旁排閥關閉后，還未來得及閉鎖其伺服閥，2#旁排閥又重新開啟。因此時2#旁排閥快開進油回路已被隔離卸壓，故排除了快開油路引起2#旁排閥開啟的可能。

3）儀控更換2#旁排閥伺服閥及其閉鎖單元，執(zhí)行安措如下：

（1）確認2#旁排閥前手動截止閥關閉，斷開2#旁排閥的RK10的電源置OFF；

（2）手動關閉2#旁排閥伺服閥進油、回油閥PKY-21V,PKY-22V；

（3）手動關閉2#旁排閥快開進油閥PKY-23V及減溫水閥進油閥PKY-25V/26V；

（4）手動關閉2#旁排閥快關進油閥PKY-24V，拆除伺服閥、閉鎖單元信號線；

（5）更換2#旁排閥伺服閥，閉鎖單元，恢復伺服閥、閉鎖單元信號線；

（6）手動打開2#旁排閥的PKY-21V/22V/23V/24V/25V/26V；

（7）恢復2#旁排閥RK10卡件的電源，將電源開關放置在ON位置。

在執(zhí)行至第7步,RK10卡件送電后，主控和就地均觀察2#旁排閥自動關閉正常。然后在就地通過2#旁排閥伺服閥繼續(xù)開關2#旁排閥一次，以排去2#旁排閥控制油路中的氣體。

最后，重新將旁排系統(tǒng)投入自動。在AV6盤按“Reset”鍵后，將旁排控制系統(tǒng)投入自動正常，再依次將4只旁排減溫水閥投入自動正常。

5.2 內(nèi)部經(jīng)驗反饋：3#旁排閥頻繁開啟處理

2008-3-17從下午兩點至五點半，3＃旁排閥頻繁自動誤開啟，每次持續(xù)時間長短不一，最長接近一分鐘；每次開度均很小，最大到7%左右，同時1#低壓缸喉部噴淋控制閥JWS-14V自動開啟、1#低壓缸后軸封氣壓低報警、主蒸汽母管壓力同步降低 （最大降幅為0.3kgf/cm2左右）、一回路平均溫度下降（最大降幅約為0.2℃左右）、反應堆功率由908Mwt升至910Mwt；二回路值班員報1#旁排油泵減壓閥后壓力為88bar，比16日（90bar）略有降低；主給水流量、蒸發(fā)器液位正常。值長立即聯(lián)系儀控相關人員進廠處理，隨后匯報相關領導。

經(jīng)儀控人員在現(xiàn)場和主控CP5120機柜查看后，懷疑故障可能由以下幾個原因引起：（a）伺服驅(qū)動卡LK10卡件故障，造成送至現(xiàn)場的指令信號變化，從而引起動作；（b）端子接觸不良，造成信號抖動；（c）伺服閥本體故障，造成伺服閥兩邊進油壓力不平衡，閥門動作。隨后經(jīng)研究決定，開票在LK10的輸出端子上接入8841記錄儀，監(jiān)視是否有開閥信號輸出，從而確認是LK10卡件故障還是現(xiàn)場設備故障,然后根據(jù)具體原因確定進一步處理方案。

3#旁排閥伺服閥故障小開度開啟

2006-04-13 12：20發(fā)現(xiàn)CB-504盤旁排AV6噴淋閥退出自動無法切回自動，而旁排此時在“自動”模式。12：35發(fā)現(xiàn)旁排自動切至“手動”模式，盤上“故障報警”燈閃亮，就地發(fā)現(xiàn)1#旁排油泵每隔1分鐘左右啟動一次，每次都是啟動3到4秒就自停，旁排油壓只能從90公斤打至95公斤，2#旁排油泵不啟動。后將旁排油泵聯(lián)鎖由“1#、2#”分別切至“1#”、“2#”，對應的旁排油泵啟動間隔1分鐘左右，旁排油壓只能從90公斤打至95公斤，且每次都是旁排控制盤上“故障報警”燈閃亮3次左右對應的旁排油泵自動啟動。將旁排油泵聯(lián)鎖解除，由就地手動啟停旁排油泵控制旁排油壓在100公斤至155公斤。17：30檢修開票查找AV6控制柜旁排油泵控制元件故障。21：45檢修將旁排卡件柜中八個快關電磁閥線包端子拆下回裝后故障消失。更換NN40電源卡件，旁排恢復正常運行。

初步判斷電源卡件帶載能力不足，更換NN40電源卡件后正常。

6 結(jié)論

CP300核電廠旁排系統(tǒng)雖為非核級系統(tǒng)，但是，其對于整個電廠系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和瞬態(tài)控制的作用是不容置疑的。它在回收利用蒸汽能量的同時，減少了蒸汽的對空排放，在蒸發(fā)器破口時能降低對環(huán)境的放射性影響。是整個電廠系統(tǒng)不可缺少的一部分。

［1］CP300核電廠二回路系統(tǒng)設備及運行[M].

［2］CP300核電廠儀表和控制系統(tǒng)設備及運行[M].

［3］中核運行一廠歷年事件報告匯編[Z].