高加疏水閥異常開啟時瞬態分析及應對措施

2021-07-12 07:20:50韓亞鐸

科技視界 2021年12期

韓亞鐸

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興314300）

1 高加緊急疏水閥的作用

為了提高熱力系統循環效率，電廠設置了6級加熱器，其中高壓加熱器3級，低壓加熱器3級。加熱器水位控制實質是加熱器疏水的水位控制。控制疏水的目的一方面是保證傳熱效果，另一方面是防止疏水經抽汽管進入汽機。

加熱器的正常疏水采用“逐級自流”方式，加熱器水位由各自正常疏水管線上的氣動調節閥調節，正常疏水閥為氣開閥。加熱器的緊急疏水均直接進入凝汽器，各條緊急疏水管線上均設有一只氣動緊急疏水調節閥，控制方式同樣采用“DCS”控制，緊急疏水閥為氣關閥。正常疏水閥和緊急疏水閥水位控制采取重疊控制，水位整定值在各自的PLC控制儀上設定，緊急疏水閥的水位整定值比正常疏水閥的整定值高，保證疏水在水位正常時進入下一級加熱器。

正常疏水閥和緊急疏水閥除了通過DCS控制儀對加熱器水位進行調節控制外，還在緊急水位時接受邏輯信號，通過閥門氣源上的電磁閥將閥門放氣來實現快開或快關。出現緊急水位時，邏輯量信號使正常疏水閥失氣關閉，避免大量疏水進入下一級加熱器造成下一級加熱器出現緊急水位，該邏輯量信號同時使緊急疏水閥失氣開啟，將疏水排入凝汽器。

2 疏水閥開啟時瞬態分析

2.1 正常疏水閥開啟時瞬態分析

2018年9月22日，某核電廠4號主控觸發5A高加水位異常報警。后經分析發現4AHP031VL（6A高加正常疏水閥）定位器異常，導致4AHP031VL突然波動開大，同時閥門填料處往外噴水，5A高加液位高高，緊急疏水閥4AHP037VL開啟，機組效率變差，機組降功率10 MW（先從660 MW降至655 MW，后因6A疏水切換至凝汽器過程中，機組效率繼續變差再降5 MW），整個過程中，控制系統響應正常。

處理過程：

（1）在DCS中立即將4AHP031VL至手動，調節其開度并維持6A高加液位至正常液位；

（2）機組熱效率變差，以核功率、熱功率、調門開度不超限為原則緊急降功率至655 MW；

（3）手動調節4GSS132VL開度維持GSS A列分離器液位至正常值；

（4）主控將高加6A疏水緩慢由高加切至凝汽器；

（5）高加6A疏水切換過程中，為控制核功率、熱功率、調門開度不超限，繼續降功率至650 MW；

（6）高加6A疏水切換過程中，暫停了16 min，有效避免了4ABP002MPD流量達到2800 t/h，導致CEX026 VL切手動及CEX備用泵啟動瞬態；

當正常疏水閥異常開啟時其瞬態序列如下：

（1）4AHP031VL（6A高加正常疏水閥）開度異常由62%突開至80%；

（2）5A高加水位上升，并觸發4AHP002AA（5號高加水位高/低）、4AHP009AA（5號高加水位高高）報警；

（3）5A高加殼側壓力升高，導致MSRA分離器疏水不暢，流量下降，進而導致分離器A疏水箱液位高、高高報警觸發；

（4）隨后5A高加緊急疏水閥超馳打開，5A高加水位下降；

（5）由于5A正常疏水量的減少，導致除氧器液位下降，壓力下降，進而導致汽機至除氧器抽氣量增加，汽機做功蒸汽減少，電功率下降；隨后調門開度自動開大（最高57.6%），電功率逐步恢復；

（6）由于機組熱效率變差，以核功率、熱功率、調門開度不超限為原則，主控緊急降功率。

（7）整個控制過程中，除氧器、凝汽器水位及控制系統響應正常。

由于6A高加緊急疏水閥液位整定值離高加解列定值較近，主控將4AHP033VL整定值調整至414.5 mm；手動開小4AHP031VL（6A高加正常疏水閥），除氧器液位逐步下降；6A高加緊急疏水閥（4AHP033VL）逐步開大，去凝汽器的水量逐步增多，凝汽器液位逐步上升，機組效率下降。由于機組熱效率變差，以核功率、熱功率、調門開度不超限為原則，主控進一步降功率。隨著除氧液位下降，4CEX026VL逐步開大，3號低加進除氧器的水量上升（4ABP002MPD），由于4ABP002MPD流量至2 800 t/h時將觸發CEX備用泵啟動，凝泵出口壓力升高導致4ABP002MPD超量程（超過3000T/H，顯示壞點）。同時4ABP002MPD是除氧器三沖量調節信號之一，4CEX026VL在DCS軟操中出現輸入壞點，軟操由自動切為手動控制，致使該閥門固定在當前開度，不利于機組狀態控制。保守決策，主控在4ABP002MPD達到2 700 t/h，暫停6A高加疏水切換，直至除氧器水位回升至2 100 mm以上，4ABP002MPD流量有明顯下降趨勢后才重新恢復切換操作。整個過程中4ABP002MPD最高到2 782 t/h，有效避免了上述瞬態的發生。

2.2 緊急疏水閥開啟時瞬態分析

2018年5月16日15：52，某電廠3號主控觸發NO.5高加水位高低，3AHP037VL（5A高加緊急疏水閥）電磁閥失電故障全開，3ADG013VL（5A高加正常疏水閥）自動全關，5A高加液位降至270 mm。機組熱效率變差降功率至646 MW。5A高加液位290 mm，3AHP037VL閥位反饋100%，要求輸出開度為0%，正常疏水閥ADG013VL從57%逐漸自動關小到0%開度。3AHP037VL在DCS中無法操作；就地檢查該閥門氣壓正常，閥門開度為全開，電磁閥的溫度38℃明顯比3AHP038VL電磁閥溫度55～60℃低。

根據以上現象運行人員立即執行以下措施：5A高加水位低至270 mm，3AHP037VL故障全開，就地手動將3AHP039VL關小至2個螺紋開度，5A高加液位在270～300 mm波動；機組熱效率變差，以核功率、熱功率不超限為原則緊急降功率至646 MW；除氧器液位降到低報，凝汽器液位漲到高報，手動調節3CEX026VL至液位穩定后置自動；ABP002MPD超流量（大于等于2 800 t/h）導致備用泵3CEX002PO啟動。經過風險分析討論后，在閉鎖5/6/7A高加液位三高后，全關3AHP039VL，手動開啟3ADG013VL至5A高加液位穩定后放自動調節。5A高加回水至除氧器，熱效率變好重新升至滿功率。

在5A高加疏水切換至凝汽器的整個故障過程中，除氧器液位先是一直下降，由于3CEX026VL自動開大，導致3ABP002MPD超流量2 800 T/H，根據邏輯啟動備用的3CEX002PO，而不是凝泵出口壓力低啟動。CEX超流量啟備用泵之前凝泵出口母管壓力最低只到1.29 MPa，備用泵啟動定值1.1 MPa。CEX備用泵啟動，凝泵出口壓力升高導致3ABP002MPD超量程（超過3 000 t/h）。3ABP002MPD是除氧器三沖量調節信號之一，當該流量表超量程后使DCS軟操中出現輸入壞點，聯鎖軟操由自動切為手動，致使該閥門固定在當前開度。

原因分析：閥門定位器溫度較高，定位器因長期高溫烘烤，加速定位器密封圈老化及定位器主板部分控制壓力模塊的電子元器件性能下降或故障，導致閥門調節異常；閥門填料運行至今未更換過，長時間運行磨損、老化，最終在閥門突然大幅度動作時，導致被拉毛，出現較大泄漏。

2.3 緊急疏水閥開啟時除氧器液位異常瞬態分析

2018年5月16日，3AHP037VL（5A高加緊急疏水閥）電磁閥失電故障全開，去除氧器正常疏水閥3ADG013VL自動全關，機組瞬態過程中，出現3CEX026/042VL軟操切手動，硬操器在自動，且無法自動調節；除氧器液位自動控制過程一直無法保持水位穩定。

3AHP037VL電磁閥失電全開的故障期間，CEX備用泵啟動以后，3CEX026VL自動調節失效，輸出固定在當前54%開度，硬操器3CEX026、042RC顯示在自動狀態，原因為除氧器水位降低，3CEX026VL自動調節開大，當3ABP002MPD流量增加達到2800T/H，CEX備用泵啟動，凝泵出口壓力升高導致3ABP002MPD超量程。3ABP002MPD是除氧器三沖量調節信號之一，3CEX026VL在DCS軟操中出現輸入壞點，軟操由自動切為手動控制，致使該閥門固定在當前開度。DCS軟操手自動優先于硬操手自動。也就是說，必須DCS軟操在自動位置，硬操才是可用的。根據無擾切換要求，自動退手動時都是保持之前的閥位。

根據以上現象滿功率運行，5號高加一列緊急疏水閥突開，如果CEX備用泵未啟動，ADG001BA液位會持續下降，此時CEX備用泵到定值未自動啟動，則需要手動啟泵，確保凝結水流量供應。CEX備用泵啟動，由于CEX流量接近達到2800 t/h，除氧器水位無法自動調節穩定在整定值，期間不要放自動，一直手動調節；失去高加給水，除氧器水位自動調節系統基礎：失去1列高加疏水對應90%功率以下，失去兩列高加疏水，對應75%功率以下。否則，除氧器手動控制。

3 疏水閥開啟時應對策略

3.1 正常疏水閥開啟時應對策略

機組正常運行期間如果高加正常疏水閥異常開啟，首先根據核功率、熱功率、調門不超限的原則下控制機組狀態；然后根據將正常疏水閥置于手動控制水位。由于4ABP002MPD流量至2800 t/h時會觸發CEX備用泵啟動，進而導致4ABP002MPD超量程（超過3000 t/h，顯示壞點）。同時4ABP002MPD是除氧器三沖量調節信號之一，4CEX026VL在DCS軟操中出現輸入壞點，軟操由自動切為手動控制，閥門固定在當前開度。因此時高加6A水位在手動控制，若除氧器水位控制再切至手動，將使機組控制復雜化，不利于機組狀態的控制，因此在疏水切換過程中需加強監視除氧器、凝汽器液位及4ABP002MPD的流量，在高加水位已經調節穩定的前提下，必要時可放緩或暫停疏水切換，機組狀態穩定后在查找故障原因。

3.2 緊急疏水閥開啟時應對策略

正常運行期間高加緊急疏水閥開啟時應集中精力去維持機組的穩定，不要首先去查找高加緊急疏水閥全開的原因，此時應盡快手動控制高加去冷凝器緊急疏水的流量，維持高加水位的穩定。要盡快降功率避免反應堆超功率，關注汽輪機調門開度、核功率、D棒棒位的變化。重點關注ADG水位、冷凝器水位、CEX 026 VL開度、CEX泵備用啟動運行情況，防止ADG液位過低導致APA泵跳泵或是ADG液位過高導致汽輪機進水。當核功率和調門開度恢復到正常限值內，并且ADG水位和冷凝器水位穩定后，再查找高加緊急疏水閥故障開啟原因并恢復至初始狀態。

4 改進措施

根據正常疏水閥異常開啟原因進行如下改進：

（1）根據定位器歷史更換記錄清單并結合調門試驗、機組調峰安排,制定實施DVC6200定位器更換策略；

（2）推動D307/407 DVC6200定位器及擺臂式限位開關技改：包括4AHP024