EPR機組一回路水壓試驗壓力控制策略探討

余維銘++邱小平++陳世記++伍家彬

摘要：文章主要介紹了歐洲先進壓水堆（EPR）核電機組一回路水壓試驗（PHT）的相關要求，分析了PHT期間的壓力控制方法，基于可能造成一回路壓力波動的主要工況，通過建立模型進行分析計算，得出了EPR機組PHT期間的壓力控制策略和超壓保護配置方法。

關鍵詞：EPR機組；一回路水壓試驗；壓力控制；瞬態；失電；超壓保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）35-0073-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.036

工程階段的一回路水壓試驗（PHT，Primary Hydraulic Test）是一個非常重要的里程碑，它全面檢驗了核電機組設計、采購和安裝的質量。而臺山項目作為全球EPR首堆，PHT無先例可循。根據運行技術規范，一回路正常升降壓速率為±4bar/min，由于EPR機組化學容積控制系統（RCV）的上充、下泄方式以及水壓試驗泵（RBS4220PO）的特殊性，需要對PHT的升壓方式和超壓保護做專門的分析，實現對PHT可靠的壓力控制，確保工程調試期間水壓試驗瞬態次數不超出《最終安全分析報告》的限值，防止一回路壓力大幅波動損壞設備。

1 一回路單相壓力控制問題

根據核電廠設計和建造規則RCCM-2007的要求以及現場安裝邏輯，臺山核電機組PHT壓力為1.33倍的設計壓力（PS）1.33*PS=233bar.g。根據泵的出力特性，在165bar.g之前用RCV上充泵給一回路升壓，165bar.g到最終試驗壓力233bar.g用RBS4220PO給一回路升壓。下文的計算以250bar壓力舉例計算。

圖1為臺山PHT升壓、降壓方式的簡化示意圖，在一回路單相水實體工況下，利用了上充和下泄流量的不平衡使一回路壓縮升壓或膨脹降壓，升、降壓速率取決于上充流量與下泄流量的差值。由于PHT時一回路是單相水實體工況，因此上充、下泄流量不平衡越大，壓力波動越明顯。165bar.g之前RCV上充泵控制一回壓力的情況下，由于上充流量可以通過化學容積控制系統（RCV）閥門RCV6114VP來調節，因此只要將上充、下泄流量調節到足夠小的范圍，對于事故情況下失去上充流量或下泄流量，其失壓或超壓風險是可控的。但是165bar.g以上用水壓試驗泵RBS4220PO給一回路升降壓的工況比較特殊，通過以下分析可知，PHT壓力控制最大的風險，源于165bar.g以上的高壓力平臺發生失電或者化學容積控制系統（RCV）下泄流量調節閥（RCV1314VP或RCV1324VP）故障全開。

3 解決方案

3.1 正常升壓過程

3.1.1 165bar.g之前用上充泵給一回路升壓。

3.1.2 165bar.g平臺時，將上充流量調節在RBS4220PO流量范圍內（比12m3/h略小），然后啟動RBS4220PO，水壓試驗泵啟動后上充泵流量瞬間被水壓試驗泵代替，上充泵轉入小流量運行作為水壓試驗泵的備用。通過這種方法解決了RBS泵流量不可調節，上充流量無擾地從上充泵切換到水壓試驗泵。

3.1.3 165bar.g平臺到233bar.g平臺，由水壓試驗泵和下泄流量調節閥控制一回路壓力。

3.2 165bar.g以上平臺的壓力保護

3.2.1 水壓試驗泵機械故障。通過前面分析可知，一旦判斷水壓試驗泵發生機械故障無法提供上充流量，應立即關小下泄流量調節閥，將一回路壓力穩定住。由于水壓試驗泵流量不可調節，水壓試驗泵故障處理好以后，需要先平衡一回路上充和下泄流量后，再重新啟動水壓試驗泵，防止RBS4220PO重新啟動過程中一回路超壓或RBS4220PO出口憋壓。

3.2.2 電源切換過程應對措施。根據泵出廠試驗報告在260bar.g背壓下惰轉時間為3s，由于當前ANT自動切AST的時間超過RBS無擾切換所需的時間，解決的方法有兩個：一個是通過設計優化使得ANT自動切換到AST的時間在2s以內，切換時間小于惰轉時間，一回路壓力波動可以接受；另一個是如果電源切換時間超出水壓試驗泵的惰轉時間，可以通過臨時控制變更，將ANT故障自動切換到AST的信號引到水壓試驗泵和下泄流量調節閥，出現這種電源故障工況時自動跳開水壓試驗泵和下泄流量調節閥。

3.2.3 下泄流量控制閥設置應對異外泄壓。為應對下泄流量調節閥門異常全開造成的壓力瞬態，考慮到下泄流量，可以由兩列互為配用的調節閥來調節，結合表1（閥門開度與壓力梯度關系）的計算結果，165bar.g之前用正常不設開度限制的流量控制閥調節一回路壓力；165bar.g壓力平臺之后用帶有30%限制開度的閥門手動控制一回路壓力，通過機械調整限制保證即使閥門異常開啟最多也只能達到30%，不會100%全開。閥門機械行程限制方法，如圖4，通過調整閥門執行機構內部控制凸輪的角度，使下泄流量調節閥RCV1314/1324VP之一的開度限定在30%，從而滿足防止閥閥異常全開造成的壓力瞬態。

圖4 電動閥驅動機構內部結構圖

3.2.4 超壓保護。水壓試驗最終壓力升到233bar.g，為防止一回路超壓損壞設備，設置了三重防超壓屏障：第一，如果一回路壓力超過233+1bar的設定值時，會出現一回路壓力高報警，因此一回路升壓過程緩慢操作，逼近233bar.g時要盡量避免壓力梯度過大；第二，當壓力超過233+2.2bar時水壓試驗泵RBS4220PO跳閘，壓力停止上升；第三，當水壓試驗泵拒動，一回路壓力超過233+3bar，反應堆冷卻劑系統RCV穩壓器頂部排放閥RCP7241VP開啟泄壓。因此一回路壓力要連續突破三重壓力屏障的概率很小，從而確保一回路設備的安全。

4 結語

本文在過冷水壓縮公式和閥門流量系數公式的基礎上建立了一回路壓力波動的數學模型，并采用理論分析推導的方法，對一回路水壓試驗期間可能造成壓力瞬態工況，提出了一回路正常壓力控制方案和防止超壓、異外泄壓的控制策略，達到對EPR機組一回路水壓試驗行之有效地進行壓力控制的目的。

參考文獻

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作者簡介：余維銘（1983-），男，福建永安人，南華大學核科學技術學院核能與核技術工程在讀研究生，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核電站總體試驗；邱小平（1958-），男，南華大學核科學技術學院教授，研究方向：核技術應用、輻射防護；陳世記（1984-），廣西柳州人，男，中廣核工程有限公司工程師，研究方向：核島調試；伍家彬（1971-），男，重慶人，臺山核電合營有限公司副研究員，研究方向：核電站調試管理。

（責任編輯：秦遜玉）