反應(yīng)堆通風(fēng)系統(tǒng)安全殼隔離閥故障期間安全殼內(nèi)部壓力的控制方式

馮志新，高道微

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

某核電廠運(yùn)行的2號(hào)機(jī)組執(zhí)行安全殼隔離閥閥間泄漏率試驗(yàn)SRST－411，安全殼隔離閥7314－PV13／PV14的閥間泄漏率大于7000SCCM，不滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則［1］，經(jīng)維修人員檢查確認(rèn)為安全殼隔離閥7314－PV14內(nèi)漏，機(jī)組因此進(jìn)入技術(shù)規(guī)程書(shū)的運(yùn)行限制條件LCO 16.3.5.4，經(jīng)維修人員近24天的檢修完成安全殼隔離閥7314－PV14內(nèi)漏處理后系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)，在對(duì)安全殼隔離閥7314－PV14缺陷檢查定位和內(nèi)漏消缺期間，2號(hào)機(jī)組先后6次停運(yùn)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)配合維修人員檢查安全殼隔離閥7314－PV14，反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)總共停運(yùn)時(shí)間約為46 h。由于反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)部設(shè)備儀用壓縮空氣的使用，在機(jī)組正常運(yùn)行期間，反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)停運(yùn)階段，安全殼內(nèi)部的升壓速率約為0.4 kPa／h（圖1），安全殼內(nèi)部壓力要求控制在－2.5 kPa至0 kPa之間，當(dāng)安全殼內(nèi)部壓力大于0 kPa（大氣壓）時(shí)，不能滿足當(dāng)安全殼出現(xiàn)泄漏時(shí)空氣從安全殼外向安全殼內(nèi)部泄漏的要求，需進(jìn)入LCO（運(yùn)行限制條件），安全殼隔離系統(tǒng)一級(jí)缺陷，必須在8 h內(nèi)恢復(fù)，否則立即開(kāi)始進(jìn)入MODE 5B（保證停堆冷態(tài)卸壓狀態(tài)）。當(dāng)安全殼內(nèi)部壓力繼續(xù)上升超過(guò)3.25 kPa，將閉鎖噴淋水箱向蒸汽發(fā)生器的自動(dòng)補(bǔ)水功能。安全殼內(nèi)部壓力如果繼續(xù)上升超過(guò)3.45 kPa，將觸發(fā)1號(hào)停堆系統(tǒng)、2號(hào)停堆系統(tǒng)的安全殼高壓力動(dòng)作導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆，同時(shí)滿足應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)的條件參數(shù)。

圖1 機(jī)組正常運(yùn)行期間失去反應(yīng)堆廠房通風(fēng)安全殼內(nèi)壓力變化

因此，機(jī)組正常運(yùn)行期間，安全殼隔離閥7314－PV14缺陷檢查定位和內(nèi)漏消缺期間的安全殼內(nèi)部壓力控制成為首要考慮問(wèn)題，本文根據(jù)某核電廠重水堆機(jī)組現(xiàn)有設(shè)備，分別使用反應(yīng)堆安全殼廠房排放機(jī)、重水蒸汽回收系統(tǒng)的壓差控制風(fēng)機(jī)采用間歇運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行策略的分析論證，提出了較為合理可行的反應(yīng)堆安全殼降壓手段，在有效控制安全殼壓力的同時(shí)保證通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行在安全區(qū)間內(nèi)，避免設(shè)備震動(dòng)超標(biāo)損壞。

1 CANDU－6機(jī)組安全殼系統(tǒng)與其通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)系

CANDU－6核電廠阻遏放射性釋放的5道屏障分別為：燃料芯塊；燃料包殼；主熱傳輸系統(tǒng)壓力邊界（包括壓力管）；反應(yīng)堆安全殼；以反應(yīng)堆安全殼為圓心的1 km范圍。安全殼系統(tǒng)作為第四道安全屏障，能使反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)主要工藝系統(tǒng)釋放出的放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響維持在可以接受的低水平，以保護(hù)核電廠的工作人員、公眾健康和環(huán)境免受危害。某核電廠重水堆安全殼為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)壁全部使用環(huán)氧樹(shù)脂涂層，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示［2］。

圖2 CANDU 6安全殼結(jié)構(gòu)

在正常情況下，安全殼內(nèi)部由反應(yīng)堆廠房排風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)控制進(jìn)出風(fēng)量，以維持在微負(fù)壓（一般為－0.6 kPa），以保證正常情況下的微小泄漏都從外部漏入反應(yīng)堆廠房并經(jīng)過(guò)放射性監(jiān)測(cè)后進(jìn)行排放。反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)壓力控制方式（圖3）［3］，安全殼系統(tǒng)共有6個(gè)獨(dú)立的高放射性測(cè)量回路。每個(gè)測(cè)量回路均相同，包括1個(gè)探測(cè)器、1個(gè)放射性計(jì)數(shù)率模塊和1個(gè)試驗(yàn)回路。3個(gè)高放射性測(cè)量探測(cè)器位置（67314－RE－51N2、P2、Q2）位于輔助廠房S－146房間的反應(yīng)堆廠房的通風(fēng)出口管上，另外3個(gè)高放射性測(cè)量探測(cè)器位置（67314－RE－51N1、P1、Q1）位于輔助廠房S－146房間中重水蒸汽回收系統(tǒng)干燥器3831－DR1／2／3／4的入口管線上。當(dāng)放射性水平達(dá)到設(shè)定值3000 cps（計(jì)數(shù)率），放射性計(jì)數(shù)率模塊輸送信號(hào)至3取2安全殼邏輯動(dòng)作時(shí)（即只要N／P／Q三個(gè)通道中兩個(gè)通道達(dá)到3000 cps則邏輯滿足觸發(fā)動(dòng)作）關(guān)閉安全殼隔離閥。在安全殼隔離閥7314－PV14缺陷檢查定位期間，某核電廠2號(hào)機(jī)組曾6次停運(yùn)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)停運(yùn)后，這一路的安全殼內(nèi)高放射性觸發(fā)安全殼隔離閥自動(dòng)關(guān)閉的邏輯失去，因此機(jī)組先后4次進(jìn)入LCO16.3.1.4C（0）的條款（另外兩次由于機(jī)組已進(jìn)入保證停堆狀態(tài)5b故未進(jìn)入此LCO），在安全殼隔離閥7314－PV14內(nèi)漏缺陷定位后，秦山三廠2號(hào)機(jī)組進(jìn)入安全殼隔離閥7314－PV13／PV14的任一組合中的單個(gè)隔離閥無(wú)法關(guān)閉時(shí)間不在限值內(nèi)的LCO（LCO 16.3.5.4）。此LCO總小時(shí)數(shù)為245.9 h。

圖3 反應(yīng)堆通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2 7314－PV14故障期間安全殼內(nèi)部的壓力控制

為定位反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)入口安全殼隔離閥7314－PV13與PV14閥組閥間泄漏率超標(biāo)缺陷時(shí)，需要同時(shí)關(guān)閉安全殼隔離閥7314－PV13和7314－PV14進(jìn)行閥間泄漏率測(cè)量試驗(yàn)，同時(shí)采用向閥組間充入氦氣并對(duì)閥門外密封面監(jiān)測(cè)氦氣濃度的方法查找泄漏超標(biāo)原因。7314－PV13和PV14關(guān)閉后，由于反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)失去流道，必須停運(yùn)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)，避免風(fēng)機(jī)無(wú)風(fēng)運(yùn)行而損壞，因此安全殼內(nèi)無(wú)新空氣送入，而與此同時(shí)安全殼的排風(fēng)機(jī)依然在運(yùn)行，為避免安全殼內(nèi)部壓力持續(xù)下降，低于控制要求－2.5 kPa的下限，以及出現(xiàn)過(guò)高的真空度使得安全殼向內(nèi)變形，需要立即陪停反應(yīng)堆廠房排風(fēng)機(jī)，在這種情況下安全殼失去通風(fēng)系統(tǒng)及內(nèi)部的壓力控制功能。在機(jī)組正常運(yùn)行期間，由于安全殼內(nèi)部設(shè)備對(duì)儀用壓空的使用及排放，當(dāng)安全殼失去反應(yīng)堆廠房通風(fēng)控制安全殼內(nèi)部壓力的情況下，反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)部升壓速率約為：0.4 kPa／h，為避免安全殼內(nèi)部壓力不可控的持續(xù)上升，需要采取對(duì)安全殼內(nèi)部進(jìn)行降壓的手段，結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況，此時(shí)有四種降壓方式可供選擇：

（1）通過(guò)持續(xù)小流量運(yùn)行反應(yīng)堆廠房排風(fēng)機(jī)7312－F1或7312－F2排出安全殼內(nèi)空氣，以達(dá)到快速降低安全殼內(nèi)部壓。

（2）通過(guò)持續(xù)啟動(dòng)重水蒸汽回收系統(tǒng)的3831－DR5排出安全殼內(nèi)空氣，以達(dá)到緩慢降低和保持安全殼內(nèi)部壓力。

（3）通過(guò)周期啟動(dòng)重水蒸汽回收系統(tǒng)的3831－DR5，排出安全殼的空氣，以達(dá)到緩慢降低及保持安全殼內(nèi)部壓力。

（4）周期啟動(dòng)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)的7312－F1或F2以達(dá)到降低安全殼內(nèi)部壓力。

通過(guò)以上4種方式都可以降低安全殼內(nèi)部壓力，但究竟哪一種對(duì)機(jī)組狀態(tài)控制更為有利，下面將進(jìn)行詳細(xì)的論述：

2.1 通過(guò)持續(xù)啟動(dòng)反應(yīng)堆廠房排風(fēng)機(jī)

通過(guò)持續(xù)啟停反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)7312－F1或7312－F2，已達(dá)到快速降低安全殼內(nèi)部壓力的目的，7312－F1和F2是同類型風(fēng)機(jī)，此次在安全殼隔離閥7314－PV14缺陷處理期間，2＃機(jī)組是保持F2入口風(fēng)量調(diào)節(jié)閥7312－HCV35在55%開(kāi)度的情況下［3］，通過(guò)周期性啟停7312－F2來(lái)降低安全殼內(nèi)壓力，查詢技術(shù)資料7312－F2的性能曲線（圖4），7312－F2的喘振臨界點(diǎn)為2 000 m3／h［4］，當(dāng)風(fēng)機(jī)的排放量大于喘振臨界流量時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行是安全穩(wěn)定的。查詢安全殼低壓泄漏率試驗(yàn)SRST461的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)3831－DR5的排放量達(dá)到160 m3／h，安全殼內(nèi)的壓力可以暫時(shí)穩(wěn)定在－0.99 k Pa左右，160 m3／h的排風(fēng)量遠(yuǎn)小于7312－F2喘振臨界點(diǎn)2 000 m3／h，故對(duì)排風(fēng)機(jī)運(yùn)行極為不利，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低于喘振臨界流量必然會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，故此種方法不適用于當(dāng)前機(jī)組。

圖4 7312－F1／F2性能曲線

2.2 通風(fēng)持續(xù)啟動(dòng)重水蒸汽回收系統(tǒng)的3831－DR5

連續(xù)運(yùn)行重水蒸汽系統(tǒng)3831－DR5，并通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟7312－F1或F2的出口風(fēng)門7312－PV28或7312－PV29，通過(guò)圖5中紅線的路徑將安全殼內(nèi)的儀用壓空廢氣持續(xù)排出，達(dá)到控制穩(wěn)定安全殼內(nèi)壓力的目的。

圖5 3831－DR5降低安全殼內(nèi)部壓力流程圖

查詢3831－DR5的相關(guān)技術(shù)資料，對(duì)于3831－DR5這樣的離心風(fēng)機(jī)［5］，如果風(fēng)量過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致葉輪旋轉(zhuǎn)失速，對(duì)葉片產(chǎn)生額外的激振力，可能會(huì)損壞葉片，同時(shí)風(fēng)機(jī)整體會(huì)溫度上升，對(duì)風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行不利，并且風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)失速與通風(fēng)系統(tǒng)相作用時(shí)可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)喘振（系統(tǒng)容量較大時(shí)），對(duì)葉片造成更嚴(yán)重的損壞。因此離心風(fēng)機(jī)應(yīng)該避免小流量的運(yùn)行模式。經(jīng)過(guò)查詢風(fēng)機(jī)制造廠的風(fēng)機(jī)性能曲線（圖6），DR5的吸附風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)為240 CFM（408 m3／h），風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的區(qū)域在喘振臨界點(diǎn)的右側(cè)（即大于喘振臨界點(diǎn)的風(fēng)量）。調(diào)整DR5的吸附風(fēng)量時(shí)，應(yīng)該保證風(fēng)量不低于448 m3／h（喘振臨界風(fēng)量＋10%的測(cè)量誤差）。

圖6 3831－DR5的性能曲線

但查詢以往通過(guò)3831－DR5單獨(dú)控制RB壓力的PI曲線（參考SRST461），如圖7所示，當(dāng)DR5的排放量達(dá)到160 m3／h，RB內(nèi)的壓力可以穩(wěn)定在－0.99 kPa，160 m3／h遠(yuǎn)小于喘振臨界點(diǎn)為240CFM（408 m3／h），故對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行不利，所以此種方法不適用于機(jī)組在安全殼隔離閥7314－PV14故障期間控制安全殼內(nèi)部壓力。

圖7 SRST461試驗(yàn)期間安全殼壓力與3831－DR5流量對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 通過(guò)周期啟動(dòng)重水蒸汽回收系統(tǒng)的3831－DR5

重水蒸汽回收系統(tǒng)的5號(hào)干燥床3831－DR5出口排氣流量為50～950 m3／h，此出口流量的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變3831－DR5入口控制閥63831－HCV11實(shí)現(xiàn)的，此控制閥的控制器位于主控室盤臺(tái)14上，由于排氣流量可調(diào)，故此方法可以保證排氣流量大于3831－DR5的喘振臨界點(diǎn)240CFM（408 m3／h），排氣流通過(guò)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)組釋放到環(huán)境中，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)程利用此方式排放時(shí)，需將反應(yīng)堆廠房排風(fēng)機(jī)出口隔離閥7312－PV28／PV29的控制方式從氣動(dòng)切換到手動(dòng)模式后，并手動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)出口隔離閥7312－PV28／PV29，此出口隔離閥位于輔助廠房S147房間需換輻射防護(hù)服進(jìn)入，且位于S147房間的高處，離地約為2 m，需提前搭設(shè)腳手架，運(yùn)行人員登高到腳手架上，方可操作此閥門，人員有高處跌落的風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)雖有閥門操作指南，但此閥多數(shù)運(yùn)行人員未曾操作過(guò)，操作熟練度不高，易導(dǎo)致失誤。

同時(shí)3831－DR5位于S009房間位于輻射控制區(qū)內(nèi)，人員進(jìn)入輻射控制區(qū)必須穿戴連體服，口罩，手套，輻射控制區(qū)內(nèi)專用防砸鞋等，更換輻射用品時(shí)間較長(zhǎng)，大約從現(xiàn)場(chǎng)辦公室到3831－DR5約為15 min，同時(shí)人員有輻射污染的風(fēng)險(xiǎn)，

此方法從理論上可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)部壓力的控制，但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的工作任務(wù)較重。

2.4 通過(guò)周期啟動(dòng)反應(yīng)堆廠房排風(fēng)機(jī)

2號(hào)機(jī)組此次安全殼隔離閥7314－PV14缺陷處理期間，使用的反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)7312－F2對(duì)安全殼內(nèi)部降壓，排放量在15 000 m3／h左右，大于喘振臨界流量（2 000 m3／h），但安全殼內(nèi)部的降壓速率約為24.5 kPa／h，不滿足安全殼內(nèi)降壓速率小于或等于4 kPa／h（參考SRST460試驗(yàn)）的要求，降壓速率的選擇主要考慮的是安全殼內(nèi)混凝土表面對(duì)氣體的吸納／緩釋效應(yīng)，在安全殼降壓過(guò)程中，若降壓速率過(guò)快，可能導(dǎo)致樹(shù)脂涂層裂縫、鼓泡或剝落。通過(guò)較緩的升降壓速率（升壓5 kPa／h，降壓4 kPa／h）可以減弱該效應(yīng)的發(fā)生、避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。此次降壓范圍在－1～0 kPa之間，咨詢相關(guān)技術(shù)人員在此范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)樹(shù)脂涂層造成損傷，查詢SRST460試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在安全殼內(nèi)壓力降壓階段（由124 kPa降至－0.6 kPa），當(dāng)安全殼內(nèi)壓力降低到18 kPa后，通過(guò)將排風(fēng)機(jī)7312－F2的入口流量調(diào)節(jié)閥HCV35開(kāi)度調(diào)整到10%的開(kāi)度，此時(shí)安全殼內(nèi)的降壓速率約為3.7 kPa／h，滿足降壓速率的要求，同時(shí)排風(fēng)機(jī)7312－F2的排風(fēng)量平均值約為3 500 m3／h。大于F2的喘振臨界流量（2 000 m3／h），同時(shí)此方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的工作量較少，大部分操作可以通過(guò)主控室操作手柄和控制器完成控制，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的工作任務(wù)較輕，僅需確認(rèn)排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文采用系統(tǒng)化的思維方式，在某核電廠重水堆1／2號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行期間，當(dāng)出現(xiàn)安全殼隔離閥7314－PV13或7314－PV14缺陷處理時(shí)，以及當(dāng)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)入口安全殼隔離閥7314－PV13或7314－PV14故障關(guān)閉后的安全殼內(nèi)部的降壓提供了行之有效的策略，通過(guò)本文的科學(xué)系統(tǒng)論證在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上可以通過(guò)周期啟動(dòng)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)7312－F1或F2控制安全內(nèi)部壓力在正常范圍內(nèi)，避免應(yīng)急給水系統(tǒng)被閉鎖、停堆系統(tǒng)高壓動(dòng)作，并且防止高壓導(dǎo)致安全殼損壞，在本次安全殼隔離閥缺陷處理期間使用了本文的方法，將安全殼內(nèi)的壓力控制在要求范圍內(nèi)，同時(shí)也保證了相關(guān)設(shè)備的安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。