壓水堆核電站安全注入系統調試介紹

萬能成，蔣金龍

（中國核電工程有限公司，北京 100000）

1 安全注入系統

安全注入系統（RIS）是壓水堆核電站重要專設安全設施，作用是在反應堆冷卻劑系統發生失水事故（LOCA）時，保持堆芯被水淹沒，防止燃料包殼熔化，保持堆芯的幾何形狀和完整性；或在主蒸汽系統發生管道破裂事故時，快速注入濃硼溶液，引入大量負反應性，使反應堆快速安全停堆，并防止反應堆重返臨界。安全注入系統的調試主要通過流量驗證的方式，從而保證系統流量壓力等運行參數能夠滿足設計要求。

1.1 安全注入系統的系統組成

RIS主要由以下幾個子系統組成：高壓安注（HHSI）子系統、低壓安注（LHSI）子系統、中壓安注箱注入系統、濃硼酸溶液循環加熱回路、水壓試驗子系統。為了保證安全注入在事故時有效，安全注入系統采用了能動和非能動兩種方式。其中，HHSI子系統、LHSI子系統采用電動泵這類能動設備將冷卻水注入一回路，安注箱注入采用非能動設計，利用加壓氮氣的方式將冷卻水注入一回路。能動安注子系統設置有備用泵和冗余管道，即使運行期間出現設備故障或管道堵塞破裂，仍能保證系統運行向堆芯注水。非能動安注子系統包括3條獨立的中壓安注箱排放管線，每條連到一個反應堆冷卻劑環路的冷段上。

1.1.1 HHSI子系統

HHSI子系統包括：3臺HHSI泵和相關的管道、濃硼酸注入箱、通向一回路的注入管線。3臺HHSI泵并聯布置，3臺泵分別由兩列獨立的6 kV中壓母線供電。這些泵克服一回路壓力將冷卻水注入堆芯。在一回路出現小泄漏或二回路蒸汽管道破裂引起一回路溫度和壓力下降到一定值時，HHSI子系統自動啟動注入硼酸溶液，以補償泄漏并注入濃硼酸溶液到一回路，以便快速向堆芯提供負反應性。

1.1.2 LHSI子系統

LHSI子系統由2個冗余系列組成，每個系列注入泵分別由2列獨立的6 kV中壓母線供電。LHSI泵接收到安注信號迅速啟動，當一回路壓力低于LHSI泵壓頭時開始向一回路冷段和熱段注入。當換料水箱水位底時，LHSI泵轉為從安全殼地坑抽水進行循環。它能保證高壓和中壓安注系統向堆芯注水功能的連續性。

1.1.3 中壓安注箱注入子系統

該子系統由3個安注箱組成，每個安注箱獨立連到一回路的冷段。中壓安注為非能動安全系統，不用安全注入信號啟動。失水事故情況下一回路的背壓下降到定值以下時，就自動建立注入流量，能在最短時間內淹沒堆芯，避免燃料棒熔化。

1.2 安全注入系統調試概述

由于在安注流量試驗時，尤其是低壓安注試驗時注入流量很大，而一回路本身容積較小，所以，調試試驗主要選擇在壓力容器大蓋打開時執行。在大蓋打開期間分別對HHSI子系統、LHSI子系統、中壓安注箱注入子系統進行流量試驗，因為大蓋打開，試驗時背壓小于正常運行工況時的背壓，需要將正常運行的設計準則轉化為試驗條件下的試驗驗收準則。

2 安全注入系統的調試試驗

2.1 LHSI子系統試驗

LHSI子系統啟動前需要對系統進行在線、充水及排氣，要保證試驗期間水量充足，同時，還需進行機械電氣檢查，確認泵沒有故障。先進行LHSI泵小流量試驗，檢查泵在小流量運行正常，泵的流量和出口壓力在特性曲線上。小流量試驗結束后，啟泵進行LHSI泵安全注入一回路冷段和熱段的流量檢查，除了需要驗證每列注入流量在設計驗收準則范圍內之外，還要比較LHSI分別注入流量平衡的情況，比如兩列流量偏差較大，還需要對管道節流孔板進行調整，以使兩列流量基本一致。此外，LHSI子系統調試時會出現需要從安全殼地坑吸水的工況，因為這種工況吸入口液位很低，需要重點注意泵吸入口壓力，防止泵出現氣蝕。

2.2 HHSI子系統試驗

HHSI泵要求的泵入口壓力更大，如果換料水池水位很低，則可能造成泵氣蝕。此外，HHSI泵相比LHSI泵更精密，入口過濾器網孔更小，在調試大流量注入時，如果水質較差，則很容易堵塞過濾器，導致入口壓力迅速下降，在試驗中需要密切關注。HHSI泵共3臺泵分為2列。需要對3臺泵進行流量試驗，并對高壓注入管線上的調節閥進行調節，使注入流量與設計流量一致。如果流量達不到設計要求，則需要對管道上的流量孔板進行重新加工，再次試驗。

2.3 中壓安注箱注入子系統試驗

中壓安注箱注入試驗前，對中壓安注箱充水到正常水位，試驗時因為壓力容器大蓋打開，背壓為大氣壓，需要適當降低試驗壓力，并將正常運行條件下的驗收準則轉化為試驗條件下的驗收準則。

3 調試試驗結果分析

3.1 LHSI試驗性能分析

LHSI泵在試驗期間，各個工況下泵的流量壓力曲線描點、確認泵的運行特性曲線與廠家和設計文件應一致。流量試驗通過試驗中水位變化來計算平均注入流量，計算注入過程中的平均背壓，將試驗平均背壓和平均注入流量在二維坐標上描點，與設計值比對，確認試驗工況點處在設計范圍內，如果流量偏大或偏小，則需根據試驗結果重新計算孔板大小，孔板加工完成后，重新進行試驗。此外，安注系列有冗余注入管線，需要在試驗中將注入管線流量調節到基本一致。

3.2 HHSI試驗性能分析

HHSI泵在調試試驗時，要求各工況泵的流量壓力描點與廠家及設計文件一致。對于HHSI泵，在大流量試驗期間需要特別注意泵的入口壓力下降情況。如果發現入口壓力降低到限值以下，則需要立即停止試驗，對水位和入口過濾器進行檢查。HHSI流量驗證的方法與LHSI流量驗證方法一致，此處不再贅述。

HHSI管線內的止回閥為升降式止回閥，如果閥芯與閥座間隙過大，則閥門開度不足，導致管線流量偏小，這并不一定是孔板孔徑的原因，在試驗中需要注意該問題。

3.3 中壓安注箱注入試驗性能分析

對于中壓安注箱注入的驗收，主要是驗證中壓安注管線的壓降平均損失系數在設計區間范圍內。該系數過大，則會導致注入流量不滿足要求；系數過小，則會導致注入水到堆芯后余壓過大，對其他兩路注入不利。中壓安注箱注入過程中液位和壓力曲線應為平滑下降無拐點的曲線，如果曲線出現波動或拐點，則說明注入管道存在堵塞或逆止閥開啟故障，需要多次排放沖洗待曲線平滑后再進行計算。

4 結束語

安全注入系統是壓水堆核電站重要專設安全系統，它在設計基準事故工況下發揮著保障堆芯冷卻注水的重要作用，在調試試驗期間必須嚴格執行試驗程序，并按設計要求驗收，以保證系統功能在運行期間能夠正確生效。

［1］閆明晶.壓水堆核電站安全注入試驗期間執行機構拒動和誤動的干預對策分析［J］.核科學與工程，2017（01）.

［2］卑明智，王遠航.福清核電1、2號機組RIS系統沖洗試驗分析［J］.科技風，2015（07）.