福清核電站余熱排出泵漩渦探測報警觸發分析

朱立新， 顏　勇

（福建福清核電有限公司，福建　福清　350318）

福清核電站余熱排出泵漩渦探測報警觸發分析

朱立新， 顏勇

（福建福清核電有限公司，福建福清350318）

文章介紹了福清核電站余熱排出系統漩渦探測裝置設置的目的以及報警觸發后的動作，及當前設計上為避免泵入口出現漩渦已采取的措施；并結合福清核電機組在滿足設計所需采取的措施的前提下觸發該報警的現象，詳細介紹了該報警觸發的經過并結合機組當時的工況分析其原因及漩渦探測觸發的機理；分析了該報警觸發后所需的響應和可能產生的影響，并最終提出余熱排出泵在運行時避免出現漩渦的解決辦法。

漩渦探測；觸發機理；解決辦法

1　漩渦探測裝置設置目的

當一回路處于卸壓狀態，余熱排出泵（RRA泵）在一回路環路中間水位運行時，一回路水位下降或泵的流量太高，將導致泵吸入流量不足，可能在泵吸入口產生漩渦，將空氣吸入余熱排出系統的管道，泵將發生汽蝕而嚴重損壞并最終停運，造成堆芯失去循環及冷卻。因此，增加漩渦探測系統探測余熱排出泵吸入口可能的漩渦產生，并向操縱員提供報警，防止泵損壞。

2　漩渦探測裝置信號觸發后動作

漩渦探測裝置信號觸發后，主控室將產生1RRA507KA/KS報警信息，以提醒操縱員采取相應的措施。同時啟動反應堆廠房內和蒸汽發生器隔間附近的聲報警，通知維修人員撤離反應堆廠房。

該報警觸發后主要是提醒主控室操縱員正在運行的余熱排出泵入口可能出現漩渦，需要采取措施消除可能存在的安全隱患，防止泵汽蝕損壞。操縱員可根據機組當前的實際情況采取不同的措施，如調整運行泵的出口流量，停運余熱排出泵并切換至其他方式對一回路進行冷卻。

3　設計上采取的措施

1）改進水位測量，防止水位過低，以防漩渦產生。

2）限制流量，為防止漩渦產生，對RRA運行流量限制如下：

● 一回路充壓（P＞1 bar），兩臺RRA泵運行，Q=1 800 m3/h；一臺RRA泵運行，Q=1 350 m3/h；

● 一回路卸壓（P=1 bar），若RCP水位高于壓力容器法蘭面時，一臺或兩臺泵運行，700 m3/h≤Q≤1 350 m3/h。若RCP水位低于壓力容器法蘭面時，一臺泵運行（另一臺泵可用）700 m3/h≤Q≤1 000 m3/h。此時，若Q＞1 000 m3/h，或兩臺泵都投入運行則產生流量高報警。

4　漩渦探測報警觸發的現象、原因及機理

4.1報警觸發前后現象描述

2014年10月26日11：31：30主控觸發該報警，并于11：33：30消失，之后多次觸發并消失。報警觸發之前機組狀態為：一回路卸壓狀態，穩壓器人孔打開，水位10 m。余熱排出流量在850 m3/h上下波動。

由之前機組參數可知余熱排出未在環路中間水位運行，且余熱排出流量也滿足水位在法蘭面以下/臺泵700～1 000 m3/h的要求，但報警仍然觸發。

報警觸發時間段余熱排出流量在700～950 m3/h之間波動，最高為934.5 m3/h，最低為703.4 m3/h，波動幅度最大超過200 m3/h；泵出口壓力表004MP最低達0.76 MPa，最高達0.85 MPa，并且在此范圍內劇烈波動，在壓力和流量波動的同時，泵電流也有1 A左右的波動（見圖1）。

4.2報警觸發原因分析

由于漩渦探測裝置的目的是為了防止余熱排出泵入口吸入空氣從而導致泵汽蝕損壞，而泵汽蝕的主要現象為出口壓力和流量出現劇烈的波動，流量則可通過閥門的開度進行調節，故利用流量的波動導致泵出口壓力波動的現象，漩渦探測信號選取余熱排出泵出口壓力傳感器004MP，也可理解為由于泵出口壓力的大幅波動，漩渦探測裝置認為泵存在汽蝕現象，即判斷泵入口可能吸入了空氣，故觸發報警以提醒操縱員消除可能存在的潛在風險。

4.3報警觸發機理

圖2為該報警觸發的模擬圖［1］，其中信號①來自余熱排出泵出口壓力表004MP。

各模塊的含義及功能為：1）均值器601AV；2）過濾器601FI；3）閾值繼電器608/609XU，S1=0.415 MPa，S2=0.76 MPa；4）時間處理器601TP；時間常數T1=0.5 s，T2=30 s；5）計數器601CU，PS1=0.5，PS2=1；6）報警繼電器610 XU，SA=2.75。

圖1　報警觸發時泵電流、流量、出口壓力趨勢Fig.1　Tendency of pump current， flow and outlet pressure when the alarm is triggered

報警產生過程：

601AV每300 ms循環記錄一次004MP的壓力信號，將兩次記錄的壓力值相加除2得到一個壓力平均值。

1）為消除本底噪聲對測量參數的影響，設置濾波器601FI。

2）經過濾波器處理后得到壓力波動峰值。

3）波動的峰值與608XU的閾值S1比較，同時也與609XU的閾值S2比較。

4）在時間處理器601TP中，若峰值在時間間隔d1內超過閾值S1則計一次數，若峰值在時間d2內超過S2則也計一次數；其中T1≤d1≤T2，T1≤d2≤T2，若超過T1、T2范圍，則認為無效而不計數。

5）在計數器601CU中執行計數功能。當S1被超過時，計數權重因子為PS1=0.5；當S2被超過時，計數權重因子為PS2=1。同時在120 s內產生的計數才是有效的，超過120 s，計數被清除并重新計數；610CU中計數的公式為：S=A×PS1+B×PS2，見圖2。其中A、B分別為超過閾值S1，S2后的計數值（為1、2、3、……自然數）。

6）最終得到的計數值和610XU中的閾值SA=2.75比較，超過則觸發報警。

圖2　漩渦探測報警模擬圖Fig.2　Analog drawing of vortex detected alarm

5　報警的根本原因及避免的方法

通過上文分析可確定該報警是由于余熱排出泵出口壓力表004MP波動過大而觸發的，而壓力波動則是由于泵出口流量波動導致。

根據機組當時的狀態，在一回路水位、壓力以及余熱排出泵給定流量均在要求范圍內出現該現象的主要原因是由于兩臺余熱排出熱交換器下游調節閥在機組工況改變后均處于全關狀態，而其旁路管線調節閥保持了70%的開度。由于該調節閥在70%左右已非其最佳的調節區域，且旁路管線經節流后，也產生了管道劇烈的振動，從而導致了流量的劇烈波動。

在保持給定流量基本不變的前提下，逐漸開啟熱交換器下游調節閥，使得旁路調節閥逐漸關小至其較為理想的調節區域內，從而使得泵出口流量在正常范圍內波動，報警消除。

6　報警觸發后的響應和影響

報警觸發后，應第一時間密切觀察運行中的余熱排出泵的各項參數是否正常，同時由于該報警為DEC報警，根據DEC規程診斷將進入IRRA2事故規程，根據事故規程的要求，需手動對一回路進行補水。若余熱排出泵運行異常，則需將其停運，以避免泵嚴重損壞；若失去所有的余熱排出泵，由于當時一回路水位在法蘭面以下，將導致一回路自動補水啟動，同時根據應急行動水平需進入應急待命狀態。由于此時穩壓器人孔打開，若自動補水未能及時控制，將導致一回路冷卻劑大量泄漏。

7　結束語

本文結合福清核電實際出現的案例，對余熱排出泵漩渦探測裝置的探測機理進行分析，得出余熱排出泵在一回路水位、壓力以及系統本身流量均滿足設計要求時運行，若泵出口調節閥因狀態設置不合理，將會導致漩渦探測觸發，有可能產生嚴重的后果。通過對根本原因進行分析，給出了避免出現此類情況的辦法。

［1］ 劉建偉. 余熱排出系統系統手冊第6.3章［G］. 中國核電工程有限公司，2009.（LIU Jian-wei. Chapter 6.3 of Manual of Residual Heat Removal System［G］， China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.， 2009.）

［2］ 張中岳. 余排運行異常或喪失事故規程［G］. 福建福清核電有限公司，2014.（ZHANG Zhong-yue. Regulations on abnormal operation or loss of residual heat removal system［G］， Fuqing NPP Co.， Ltd.， 2014.）

［3］ 梁青青. 應急狀態分級和應急行動水平［Z］. 福建福清核電有限公司，2014.（LIANG Qing-qing. Emergency classification and emergency action level［Z］. Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， 2014.）

The Analysis of Vortex Alarm Presence of Residual Heat Removal Pump

ZHU Li-xin， YAN Yong
（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing of Fujian Prov. 350318，China）

The purpose of the vortex detector of residual heat removal pump and the actions after the alarm presence are introduced.Meanwhile，the measures to avoid vortex presence at the suction of the pump are described. Combined with the triggering of the alarm when the plant meeting with the measures requested by design. The process of triggering the alarm is described and the reasons are analyzed detailedly，while the mechanization of vortex detector is introduced. At last，the probable influence and requested responds are analyzed， along with the settlements to avoid vortex when the pumps operate normally.

vortex detected； mechanization； settlements

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）03-0245-04

TM623

A

1674-1617（2015）03-0245-04

2015-02-10

朱立新（1982—），男，福建福清人，工程師，本科，從事熱能與動力、核電廠運行工作。