福清核電站余熱排出泵漩渦探測報警觸發(fā)分析

朱立新， 顏　勇

（福建福清核電有限公司，福建　福清　350318）

福清核電站余熱排出泵漩渦探測報警觸發(fā)分析

朱立新， 顏勇

（福建福清核電有限公司，福建福清350318）

文章介紹了福清核電站余熱排出系統(tǒng)漩渦探測裝置設置的目的以及報警觸發(fā)后的動作，及當前設計上為避免泵入口出現(xiàn)漩渦已采取的措施；并結合福清核電機組在滿足設計所需采取的措施的前提下觸發(fā)該報警的現(xiàn)象，詳細介紹了該報警觸發(fā)的經(jīng)過并結合機組當時的工況分析其原因及漩渦探測觸發(fā)的機理；分析了該報警觸發(fā)后所需的響應和可能產(chǎn)生的影響，并最終提出余熱排出泵在運行時避免出現(xiàn)漩渦的解決辦法。

漩渦探測；觸發(fā)機理；解決辦法

1　漩渦探測裝置設置目的

當一回路處于卸壓狀態(tài)，余熱排出泵（RRA泵）在一回路環(huán)路中間水位運行時，一回路水位下降或泵的流量太高，將導致泵吸入流量不足，可能在泵吸入口產(chǎn)生漩渦，將空氣吸入余熱排出系統(tǒng)的管道，泵將發(fā)生汽蝕而嚴重損壞并最終停運，造成堆芯失去循環(huán)及冷卻。因此，增加漩渦探測系統(tǒng)探測余熱排出泵吸入口可能的漩渦產(chǎn)生，并向操縱員提供報警，防止泵損壞。

2　漩渦探測裝置信號觸發(fā)后動作

漩渦探測裝置信號觸發(fā)后，主控室將產(chǎn)生1RRA507KA/KS報警信息，以提醒操縱員采取相應的措施。同時啟動反應堆廠房內(nèi)和蒸汽發(fā)生器隔間附近的聲報警，通知維修人員撤離反應堆廠房。

該報警觸發(fā)后主要是提醒主控室操縱員正在運行的余熱排出泵入口可能出現(xiàn)漩渦，需要采取措施消除可能存在的安全隱患，防止泵汽蝕損壞。操縱員可根據(jù)機組當前的實際情況采取不同的措施，如調整運行泵的出口流量，停運余熱排出泵并切換至其他方式對一回路進行冷卻。

3　設計上采取的措施

1）改進水位測量，防止水位過低，以防漩渦產(chǎn)生。

2）限制流量，為防止漩渦產(chǎn)生，對RRA運行流量限制如下：

● 一回路充壓（P＞1 bar），兩臺RRA泵運行，Q=1 800 m3/h；一臺RRA泵運行，Q=1 350 m3/h；

● 一回路卸壓（P=1 bar），若RCP水位高于壓力容器法蘭面時，一臺或兩臺泵運行，700 m3/h≤Q≤1 350 m3/h。若RCP水位低于壓力容器法蘭面時，一臺泵運行（另一臺泵可用）700 m3/h≤Q≤1 000 m3/h。此時，若Q＞1 000 m3/h，或兩臺泵都投入運行則產(chǎn)生流量高報警。

4　漩渦探測報警觸發(fā)的現(xiàn)象、原因及機理

4.1報警觸發(fā)前后現(xiàn)象描述

2014年10月26日11：31：30主控觸發(fā)該報警，并于11：33：30消失，之后多次觸發(fā)并消失。報警觸發(fā)之前機組狀態(tài)為：一回路卸壓狀態(tài)，穩(wěn)壓器人孔打開，水位10 m。余熱排出流量在850 m3/h上下波動。

由之前機組參數(shù)可知余熱排出未在環(huán)路中間水位運行，且余熱排出流量也滿足水位在法蘭面以下/臺泵700～1 000 m3/h的要求，但報警仍然觸發(fā)。

報警觸發(fā)時間段余熱排出流量在700～950 m3/h之間波動，最高為934.5 m3/h，最低為703.4 m3/h，波動幅度最大超過200 m3/h；泵出口壓力表004MP最低達0.76 MPa，最高達0.85 MPa，并且在此范圍內(nèi)劇烈波動，在壓力和流量波動的同時，泵電流也有1 A左右的波動（見圖1）。

4.2報警觸發(fā)原因分析

由于漩渦探測裝置的目的是為了防止余熱排出泵入口吸入空氣從而導致泵汽蝕損壞，而泵汽蝕的主要現(xiàn)象為出口壓力和流量出現(xiàn)劇烈的波動，流量則可通過閥門的開度進行調節(jié)，故利用流量的波動導致泵出口壓力波動的現(xiàn)象，漩渦探測信號選取余熱排出泵出口壓力傳感器004MP，也可理解為由于泵出口壓力的大幅波動，漩渦探測裝置認為泵存在汽蝕現(xiàn)象，即判斷泵入口可能吸入了空氣，故觸發(fā)報警以提醒操縱員消除可能存在的潛在風險。

4.3報警觸發(fā)機理

圖2為該報警觸發(fā)的模擬圖［1］，其中信號①來自余熱排出泵出口壓力表004MP。

各模塊的含義及功能為：1）均值器601AV；2）過濾器601FI；3）閾值繼電器608/609XU，S1=0.415 MPa，S2=0.76 MPa；4）時間處理器601TP；時間常數(shù)T1=0.5 s，T2=30 s；5）計數(shù)器601CU，PS1=0.5，PS2=1；6）報警繼電器610 XU，SA=2.75。

圖1　報警觸發(fā)時泵電流、流量、出口壓力趨勢Fig.1　Tendency of pump current， flow and outlet pressure when the alarm is triggered

報警產(chǎn)生過程：

601AV每300 ms循環(huán)記錄一次004MP的壓力信號，將兩次記錄的壓力值相加除2得到一個壓力平均值。

1）為消除本底噪聲對測量參數(shù)的影響，設置濾波器601FI。

2）經(jīng)過濾波器處理后得到壓力波動峰值。

3）波動的峰值與608XU的閾值S1比較，同時也與609XU的閾值S2比較。

4）在時間處理器601TP中，若峰值在時間間隔d1內(nèi)超過閾值S1則計一次數(shù)，若峰值在時間d2內(nèi)超過S2則也計一次數(shù)；其中T1≤d1≤T2，T1≤d2≤T2，若超過T1、T2范圍，則認為無效而不計數(shù)。

5）在計數(shù)器601CU中執(zhí)行計數(shù)功能。當S1被超過時，計數(shù)權重因子為PS1=0.5；當S2被超過時，計數(shù)權重因子為PS2=1。同時在120 s內(nèi)產(chǎn)生的計數(shù)才是有效的，超過120 s，計數(shù)被清除并重新計數(shù)；610CU中計數(shù)的公式為：S=A×PS1+B×PS2，見圖2。其中A、B分別為超過閾值S1，S2后的計數(shù)值（為1、2、3、……自然數(shù)）。

6）最終得到的計數(shù)值和610XU中的閾值SA=2.75比較，超過則觸發(fā)報警。

圖2　漩渦探測報警模擬圖Fig.2　Analog drawing of vortex detected alarm

5　報警的根本原因及避免的方法

通過上文分析可確定該報警是由于余熱排出泵出口壓力表004MP波動過大而觸發(fā)的，而壓力波動則是由于泵出口流量波動導致。

根據(jù)機組當時的狀態(tài)，在一回路水位、壓力以及余熱排出泵給定流量均在要求范圍內(nèi)出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是由于兩臺余熱排出熱交換器下游調節(jié)閥在機組工況改變后均處于全關狀態(tài)，而其旁路管線調節(jié)閥保持了70%的開度。由于該調節(jié)閥在70%左右已非其最佳的調節(jié)區(qū)域，且旁路管線經(jīng)節(jié)流后，也產(chǎn)生了管道劇烈的振動，從而導致了流量的劇烈波動。

在保持給定流量基本不變的前提下，逐漸開啟熱交換器下游調節(jié)閥，使得旁路調節(jié)閥逐漸關小至其較為理想的調節(jié)區(qū)域內(nèi)，從而使得泵出口流量在正常范圍內(nèi)波動，報警消除。

6　報警觸發(fā)后的響應和影響

報警觸發(fā)后，應第一時間密切觀察運行中的余熱排出泵的各項參數(shù)是否正常，同時由于該報警為DEC報警，根據(jù)DEC規(guī)程診斷將進入IRRA2事故規(guī)程，根據(jù)事故規(guī)程的要求，需手動對一回路進行補水。若余熱排出泵運行異常，則需將其停運，以避免泵嚴重損壞；若失去所有的余熱排出泵，由于當時一回路水位在法蘭面以下，將導致一回路自動補水啟動，同時根據(jù)應急行動水平需進入應急待命狀態(tài)。由于此時穩(wěn)壓器人孔打開，若自動補水未能及時控制，將導致一回路冷卻劑大量泄漏。

7　結束語

本文結合福清核電實際出現(xiàn)的案例，對余熱排出泵漩渦探測裝置的探測機理進行分析，得出余熱排出泵在一回路水位、壓力以及系統(tǒng)本身流量均滿足設計要求時運行，若泵出口調節(jié)閥因狀態(tài)設置不合理，將會導致漩渦探測觸發(fā)，有可能產(chǎn)生嚴重的后果。通過對根本原因進行分析，給出了避免出現(xiàn)此類情況的辦法。

［1］ 劉建偉. 余熱排出系統(tǒng)系統(tǒng)手冊第6.3章［G］. 中國核電工程有限公司，2009.（LIU Jian-wei. Chapter 6.3 of Manual of Residual Heat Removal System［G］， China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.， 2009.）

［2］ 張中岳. 余排運行異?；騿适鹿室?guī)程［G］. 福建福清核電有限公司，2014.（ZHANG Zhong-yue. Regulations on abnormal operation or loss of residual heat removal system［G］， Fuqing NPP Co.， Ltd.， 2014.）

［3］ 梁青青. 應急狀態(tài)分級和應急行動水平［Z］. 福建福清核電有限公司，2014.（LIANG Qing-qing. Emergency classification and emergency action level［Z］. Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， 2014.）

The Analysis of Vortex Alarm Presence of Residual Heat Removal Pump

ZHU Li-xin， YAN Yong
（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing of Fujian Prov. 350318，China）

The purpose of the vortex detector of residual heat removal pump and the actions after the alarm presence are introduced.Meanwhile，the measures to avoid vortex presence at the suction of the pump are described. Combined with the triggering of the alarm when the plant meeting with the measures requested by design. The process of triggering the alarm is described and the reasons are analyzed detailedly，while the mechanization of vortex detector is introduced. At last，the probable influence and requested responds are analyzed， along with the settlements to avoid vortex when the pumps operate normally.

vortex detected； mechanization； settlements

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）03-0245-04

TM623

A

1674-1617（2015）03-0245-04

2015-02-10

朱立新（1982—），男，福建福清人，工程師，本科，從事熱能與動力、核電廠運行工作。