核電廠(chǎng)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)調(diào)試分析

范春光

摘要：核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)是核電站重要的一回路輔助系統(tǒng)。本文通過(guò)介紹RRI系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目，重點(diǎn)介紹流量預(yù)整定試驗(yàn)的原理和方法，記錄調(diào)試期間碰到的問(wèn)題和面臨的風(fēng)險(xiǎn)，以期通過(guò)對(duì)調(diào)試過(guò)程的總結(jié)對(duì)讀者有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：冷卻水系統(tǒng);流量預(yù)整定試驗(yàn);流量平衡

引言

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）是核電廠(chǎng)重要輔助系統(tǒng)，其用戶(hù)覆蓋核島及核電廠(chǎng)的外圍設(shè)施系統(tǒng)（BOP），在正常運(yùn)行工況和各種事故運(yùn)行工況下均必須確保運(yùn)行穩(wěn)定。因此，在RRI的調(diào)試中必須對(duì)其相關(guān)設(shè)備性能和邏輯功能逐一驗(yàn)證。

1設(shè)備冷卻水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1設(shè)備冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能

第一，在核電站正常運(yùn)行和事故情況下，冷卻各種核島熱交換器。第二，經(jīng)過(guò)由廠(chǎng)用水系統(tǒng)（SEC）冷卻的熱交換器將熱負(fù)荷傳遞至最終熱阱———海水。第三，在核島熱交換器和海水之間形成一道屏障，防止放射性流體不可控制地釋放到海水中，避免每個(gè)核島熱交換器由于海水冷卻而產(chǎn)生腐蝕或污垢等問(wèn)題。

1.2設(shè)備冷卻水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)包括兩個(gè)獨(dú)立的安全系列，一個(gè)公用環(huán)路，這個(gè)公用環(huán)路可由兩列安全系列中的任一系列供水，在兩個(gè)機(jī)組之間還有設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的公共部分。每個(gè)安全系列分別由兩臺(tái)100%容量的設(shè)備冷卻水泵和兩臺(tái)50%容量的RRI/SEC熱交換器、一個(gè)波動(dòng)箱和相應(yīng)的管道閥門(mén)組成。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的布置根據(jù)用戶(hù)分布情況，采用“母管—分支—母管”的布局。每個(gè)設(shè)冷水用戶(hù)單獨(dú)對(duì)應(yīng)一條分支管線(xiàn)，所有分支管線(xiàn)集中到供水和回水母管上。

2波動(dòng)箱試驗(yàn)

波動(dòng)箱是RRI的重要設(shè)備，在主控室可通過(guò)對(duì)其液位變化監(jiān)視來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。波動(dòng)箱液位降低可能是溫度降低或者系統(tǒng)外漏引起的，如果持續(xù)降低到正常補(bǔ)水來(lái)不及阻止時(shí)會(huì)觸發(fā)危急水位報(bào)警，引起一系列操作。波動(dòng)箱設(shè)置3塊液位變送器、就地磁翻板液位計(jì)和4個(gè)浮筒式液位開(kāi)關(guān)。波動(dòng)箱試驗(yàn)中出現(xiàn)指示不一致的現(xiàn)象。液位變送器RRI001MN、RRI013MN、RRI015MN液位指示分別為1.40m、1.46m、1.46m。前者與后兩者液位指示相差約60mm，RRI013MN、RRI015MN一樣，后者和就地磁翻板液位指示接近。首先檢查4個(gè)液位計(jì)0點(diǎn)，都在同一高度，變送器正、負(fù)壓腔連接完整，正壓腔無(wú)空氣，負(fù)壓腔接回波動(dòng)箱閥門(mén)都開(kāi)啟。初步確認(rèn)RRI001MN指示不準(zhǔn)。從變送器正壓腔引壓管處拉皮管檢查，發(fā)現(xiàn)其液位與RRI001MN一樣。此方法檢查結(jié)果表明其他3個(gè)液位計(jì)指示有問(wèn)題。3個(gè)表不可能都出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，應(yīng)該存在某種共同的影響因素。波動(dòng)箱是封閉容器，內(nèi)部不能目視觀察，但波動(dòng)箱還有4個(gè)液位開(kāi)關(guān);低、低低液位2個(gè)開(kāi)關(guān)，另外高、高高液位2個(gè)開(kāi)關(guān)。液位開(kāi)關(guān)是浮桶式，水上升帶動(dòng)浮筒使開(kāi)關(guān)閉合報(bào)警，可認(rèn)為報(bào)警點(diǎn)液位是真實(shí)液位，因此可通過(guò)補(bǔ)水來(lái)判斷究竟是哪個(gè)液位計(jì)出問(wèn)題，試驗(yàn)結(jié)果顯示高報(bào)警時(shí)與磁翻板一樣是1.65m。波動(dòng)箱液位變送器是壓差式，其正壓腔接波動(dòng)箱下部出水管，負(fù)壓腔接波動(dòng)箱上部空氣側(cè)。判斷可能的原因是RRI001MN負(fù)壓腔沒(méi)接通波動(dòng)箱，壓差小從而液位偏低。因波動(dòng)箱上部有一個(gè)排氣管接到核輔助廠(chǎng)房通風(fēng)系統(tǒng)（DVN），DVN風(fēng)機(jī)從這里抽氣造成波動(dòng)箱負(fù)壓。為驗(yàn)證這一判斷，將皮管對(duì)空一頭插入回波動(dòng)箱上部氣管，結(jié)果顯示和磁翻板液位一樣，證實(shí)是RRI001MN出現(xiàn)問(wèn)題，其負(fù)壓腔堵塞或者漏氣。經(jīng)確認(rèn)負(fù)壓腔被堵，壓空吹掃通暢，重新連接后其液位正常。從這個(gè)現(xiàn)象可以看出，不通大氣的容器測(cè)量其液位變送器負(fù)壓腔通暢非常重要，卻易被忽視。

3電動(dòng)泵試驗(yàn)

3.1旋液分離器出口管段發(fā)熱

在進(jìn)行RRI001PO運(yùn)行試驗(yàn)中，出現(xiàn)機(jī)械密封冷卻水管至旋液分離器出口管段發(fā)熱問(wèn)題，在設(shè)備冷卻水溫度20℃時(shí)，出口管段的實(shí)測(cè)溫度高達(dá)36℃。此時(shí)，旋液分離器進(jìn)口管和旋液分離器下部溫度也為20℃。在旋液分離器運(yùn)行中，泵運(yùn)行時(shí)，高壓水從旋液分離器0102切向流入，經(jīng)過(guò)旋液分離器處理后分2部分：高壓干凈水從上部流經(jīng)限流孔板RO0101減壓后進(jìn)入機(jī)械密封使其冷卻，從泵軸間隙回到泵葉輪入口;旋液分離器下部水回到泵入口。分析認(rèn)為：是機(jī)械密封水進(jìn)入了機(jī)械密封冷卻水管至旋液分離器出口管段，使該管段溫度升高。依據(jù)的理由是設(shè)備冷卻水溫度為20℃，設(shè)備冷卻水經(jīng)過(guò)旋液分離器的水不能達(dá)到36℃，惟一的可能是熱水來(lái)自攜帶了機(jī)械密封摩擦的熱量密封水。熱水從機(jī)械密封流出，說(shuō)明旋液分離器上部出口壓力過(guò)低，旋液分離器入口管堵塞或者旋液分離器故障。停泵拆開(kāi)檢查，確認(rèn)旋液分離器完好，進(jìn)水管通暢。泵出水管接頭帶限流孔板;但按泵維護(hù)手冊(cè)這里沒(méi)有限流孔板，廠(chǎng)家也否認(rèn)此部位有限流孔板，只有連接到機(jī)械密封處有一個(gè)孔板接頭。將發(fā)熱管段拆下檢查，確認(rèn)這段管子接頭是同通孔（泵維護(hù)手冊(cè)中為限流孔板）。現(xiàn)場(chǎng)限流孔板所安裝位置與泵維護(hù)手冊(cè)不對(duì)應(yīng)，為廠(chǎng)家裝配錯(cuò)誤。將接頭互換位置，泵再次運(yùn)行后管子不再發(fā)熱。再對(duì)1#機(jī)組、2#機(jī)組設(shè)備冷卻臺(tái)泵進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)都存在同樣的問(wèn)題。

3.2流量孔板方向裝錯(cuò)

3.2.1原因分析

在泵沒(méi)有氣蝕情況下，流量和揚(yáng)程在性能曲線(xiàn)上應(yīng)該一一對(duì)應(yīng)。泵揚(yáng)程由泵轉(zhuǎn)速和葉輪外徑?jīng)Q定。由于與002PO的參數(shù)及性能都相同，001PO流量正常，可判斷出002PO流量偏小與測(cè)量系統(tǒng)有關(guān)。流量測(cè)試系統(tǒng)由流量孔板、引壓管和壓差變送器組成。這3部分都可能造成流量變小。

3.2.2檢查情況

流量孔板正負(fù)壓腔未接反，如接反則流量為負(fù)。檢查變送器，正負(fù)壓腔連續(xù)出水，無(wú)堵塞，檢查后流量沒(méi)有變化;再對(duì)變送器重新標(biāo)定后流量也沒(méi)有變化。接下來(lái)檢查流量孔板是否安裝正確。設(shè)備冷卻流量孔板結(jié)構(gòu)是法蘭取壓方式的標(biāo)準(zhǔn)孔板，安裝在回水豎直管道上，水流從下向上，密封形式是軟密封。因流量孔板安裝在管道中，只能檢查手柄。拍照顯示下部沒(méi)有標(biāo)志（正向有孔板標(biāo)識(shí)編號(hào)），可知限流孔板裝反了。

3.2.3流量孔板裝反對(duì)流量的影響分析

裝反時(shí)并不是沒(méi)有流量，只是流量變小。流量孔板測(cè)流理論依據(jù)原理是伯努利方程和流體連續(xù)性方程。根據(jù)節(jié)流原理，充滿(mǎn)管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等）時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降（即壓差）。介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大。當(dāng)孔板安裝正確時(shí)孔板壓降更大。重新將孔板調(diào)整到正確位置時(shí)，流量達(dá)到2860m3/h，和泵的流量特性曲線(xiàn)符合。從流量反過(guò)來(lái)驗(yàn)證，孔板裝反時(shí)壓降減小，而流量減少10%左右。

4流量預(yù)整定試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果不滿(mǎn)足時(shí)，往往需要對(duì)孔板孔徑進(jìn)行調(diào)整，而孔徑的微小變化，對(duì)流量影響很大，往往很難一次就將孔板的孔徑調(diào)整好，并且為防止將孔板孔徑調(diào)整過(guò)大而報(bào)廢掉，開(kāi)始時(shí)往往擴(kuò)的比較保守，孔徑的反復(fù)調(diào)整加工耗時(shí)很長(zhǎng)。另外，在進(jìn)行流量預(yù)整定試驗(yàn)時(shí)，要防止跑水，注意檢查各個(gè)管道上的孔板已經(jīng)安裝到位。設(shè)冷系統(tǒng)用戶(hù)較多，調(diào)試期間很難做到所有的用戶(hù)一起參與調(diào)試，為了避免某些用戶(hù)狀態(tài)未到位而影響到調(diào)試進(jìn)程，流量預(yù)整定試驗(yàn)分成幾個(gè)階段執(zhí)行，這樣就能確保調(diào)試的順利進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

在RRI系統(tǒng)波動(dòng)箱、電動(dòng)泵、流量和壓力開(kāi)關(guān)的調(diào)試中，解決了在制造、設(shè)計(jì)和安裝階段出現(xiàn)的缺陷，使之在各個(gè)工況下都正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]非正常運(yùn)行工況下的流量檢查（TP4RRI52）[Z].

[2]流量預(yù)整定試驗(yàn)（TP4RRI12）[Z].

[3]GB/T2624-2006，用安裝在圓形截面管道中的壓差裝置測(cè)量滿(mǎn)管流體流量[S].