核電站RRI系統啟動時疑難問題的解決方案

鄭明輝　尹闖

【摘 要】嶺澳核電站核島設備冷卻水系統（RRI系統）多次在檢修后啟動充水時發生高位水箱水位異常的報警，該報警在嶺澳核電站被視為電站事故預警級別。論文對RRI系統啟動時造成高位水箱水位異常的原理進行了分析，并提出了有效的解決方案。

【Abstract】 In Lingao nuclear power station， many times， has occurred the alarm of the surge tanks abnormal level of the component cooling system when the RRI system is filling after maintenance. This alarm is considered as accident pre-warning in Lingao nuclear power station. In this paper， by analyzing the principle that the alarm of the RRI surge tanks abnormal level occurred， proposes the effective solutions.

【關鍵詞】RRI； 啟動；充水； 高位頭箱；水位異常

【Keywords】 RRI； startup； filling； surge tank； abnormal level

【中圖分類號】TM623 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0153-02

1 RRI系統簡介

RRI系統的主要功能是冷卻所有位于核島內的帶放射性水的設備，是處在重要廠用水系統（SEC系統）與核島輔助設備之間的一個封閉回路，包括兩部分：一部分主要是用于核安全保障及冷停堆，這部分是按雙重容量設計，并由兩條獨立的管線構成，在事故情況下兩條管線中的每一個都能100%地保證設備冷卻，每一條管線都是由SEC系統 的一列冷卻。每條獨立系列由兩臺100%容量的離心泵、兩臺50%容量的RRI/SEC 熱交換器、一個高位水箱和相應的管道、儀表組成。另一部分是事故工況下不需要冷卻的設備，它們是由兩條管線中的其中一條提供冷卻，在這部分中還有兩臺機組的公用設備，它們可以由一臺機組或者另一機組的設備冷卻水系統提供冷卻[1]。

RRI系統的A/B列高位水箱氣側和水側有一個連通管，通過一段管道和一個手動隔離閥連通，即RRI系統的A/B列高位水箱的氣側和水側是相互連通的。連通管道位置較高，這樣可保證只有在水位高時兩個高位水箱的水側才能夠連通。圖1為RRI高位水箱示意圖。

RRI系統的用戶大部分熱交換器的一次側是放射性流體，由于可能存在向RRI側泄漏的可能，因此當RRI系統發生高位水箱水位異常報警時，很有可能的原因是一回路放射性水漏入系統或者RRI系統本身存在泄漏所致。因此當出現RRI系統高位水箱水位異常報警時，核電站工作人員將視為事故前兆，立即啟動事故程序進行處理。如不能盡快查明報警原因，核電站的反應堆操縱員將可能按事故應急程序緊急停運反應堆。

2 問題背景及原理分析

嶺澳核電站L211換料大修中，L2RRI系統B列檢修結束后啟動，在準備對系統進行充水時，發現B列高位水箱的水位在系統充水排氣過程中快速上漲，而工作人員快速關閉系統的補水閥后并未緩解水位上漲趨勢，很快觸發水位高高報警。同時，運行中的另外一列RRI系統高位水箱也出現水位高高報警，主控操縱員立即啟動事故應急程序處理，跟蹤一段時間后， RRI系統B列高位水箱水位迅速下降并觸發頭箱水位過低報警。經咨詢以往大修相關的執行人員，該問題為重發事件，但是并不是每次大修都會發生，因此其發生的具體原因并沒有得到很好的查證。

針對這一問題，項目組進行了深入分析，在參考了管線布置、標高等因素后，認為造成充水時高位水箱發生水位迅速上漲并觸發水位高高報警的原因應為：RRI系統檢修后管道、設備充滿了大量的空氣，在系統充水時，這些氣體由于高位水箱排氣口偏小，大部分氣體被壓縮在系統內部。當停止充水時，由于高位水箱排氣管線一直在排氣，系統的壓力快速下降，根據氣體理想方程P0V0 = P1V1（水溫基本不變，忽略溫度影響），被壓縮的氣體隨著系統壓力的降低而迅速發生膨脹（補水來自核島除鹽水系統，壓力約5bar，系統降至常壓，氣體最大膨脹理想程度約5倍），被膨脹的氣體混合著水朝排氣口即高位水箱傳送，導致了高位水箱水位快速上漲。當大部分氣體被排走后，原來的氣體空間被系統內的水填充，最終使高位水箱的水位再次降低，而運行的另外一列由于連通管連通的原因，其高位水箱受波及也會出現水位異常問題。

經查詢歷史大修數據，RRI系統檢修后恢復時并不是每次都會發生高位水箱水位高的問題，經分析其原因是每次大修檢修項目不同，只有在容積較大的設備（如RRA/RRI的熱交換器）檢修排空時，系統內的空氣含量較大時才存在這種問題。

3 解決方案

解決問題的方法很多，但是必須不能影響RRI系統運行中的另外一列的安全，只有做到這一點，才能作為切實可行的解決方案。目前被公認為有效的解決方案為：RRI系統在啟動時，準備充水前先關閉RRI系統A/B列高位水箱連通閥，當高位水箱的水位計可視時（約1.05m），手動關閉充水隔離閥暫停充水，這樣保證高位水箱有足夠的空間容納水位的上漲，當觀察到高位水箱經過一段時間的水位波動后不再上漲時，說明系統內的大部分氣體已基本通過排氣管線排走，此時再繼續充水，就能避免高位水箱出現水位高高的問題。而系統內因維修而進入的氣體由于控制了系統充水速率得到了控制，氣體在釋放時導致高位水箱液位降低的物理現象也得到了避免，這樣就能很好地解決RRI系統在檢修后啟動進行充水時高位水箱水位異常的問題。

4 方案實施效果

針對嶺澳核電站L211大修RRI系統B列檢修后啟動充水時頭箱水位異常的反饋，電站工作人員采用的解決方案得到了驗證：在RRI系統A列檢修后啟動進行充水時，當充水到高位水箱水位可視時，立即現場手動關閉補水隔離閥，現場觀察到高位水箱水位快速上漲，水位上漲但并不會超過正常值的上限（1.65m），避免了觸發水位高高的報警，且由于關閉了連通閥，對運行列再無任何威脅。說明RRI系統檢修后充水時發生高位水箱水位異常報警的問題得到了很好的解決。

在紅沿河核電H101大修和寧德核電的N101大修，將這一方案推廣實施，證明本解決方案可作為一個成功的案例，值得在各電站推廣。

5 結語

避免RRI系統一列檢修后啟動進行充水時導致高位水箱水位異常的解決方案：

①充水前，關閉A/B列高位水箱聯通閥。

②充水時，當高位水箱的水位計可視時（約1.05m），手動關閉充水隔離閥暫停充水，這樣可保證高位水箱有足夠的空間容納水位的上漲。當觀察到高位水箱經過一段時間的水位波動后不再上漲時，再繼續充水。

經實踐證明，以上兩種方法同時實施，可以很好地解決RRI系統在檢修后啟動充水時發生的高位水箱水位異常的問題，確保RRI系統運行列不受影響，可避免啟動事故程序影響主控操縱員對機組的監控，具有廣泛的應用價值，值得在其他電站推廣應用。

另外，如果在RRI系統水泵切換運行期間，當觀察到高位水箱水位波動明顯較大時，說明了系統水回路含氣量較高，應盡快考慮對系統進行動態排氣，以確保系統能夠應對特殊的瞬變工況。

【參考文獻】

【1】陳濟東，大亞灣核電站系統及運行[M].北京：原子能出版社，1994.endprint