三代非能動(dòng)核電站穩(wěn)壓器壓力控制特點(diǎn)淺析

李國(guó)寶

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 興城 125100）

0 前言

壓水堆核電廠一回路是一個(gè)封閉系統(tǒng)，在機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生的種種瞬態(tài)，如果反應(yīng)堆產(chǎn)生的功率和蒸汽發(fā)生器輸出功率之間產(chǎn)生不平衡，將會(huì)使主系統(tǒng)的水溫產(chǎn)生變化，使回路中和反應(yīng)堆內(nèi)的水熱脹冷縮，從而一回路壓力變化。為了避免一回路壓力失控，設(shè)置了穩(wěn)壓器。

穩(wěn)壓器是壓水堆核電站一回路的主要設(shè)備，起著控制一回路壓力、防止一回路超壓以及補(bǔ)償一回路水容積變化的重要作用。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)壓器維持一回路壓力穩(wěn)定在整定值附近；在正常功率變化及運(yùn)行瞬態(tài)期間，穩(wěn)壓器將一回路的壓力控制在允許范圍以內(nèi)，以保證反應(yīng)堆安全，避免發(fā)生緊急停堆事件，也不會(huì)使穩(wěn)壓器安全閥動(dòng)作。

1 三代非能動(dòng)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)特點(diǎn)[1]

三代非能動(dòng)核電站的穩(wěn)壓器是一個(gè)包括上、下兩個(gè)半球形封頭的圓筒狀容器。它采用碳鋼材料制造，并在與一回路冷卻劑接觸的內(nèi)表面上堆焊奧氏體不銹鋼。在穩(wěn)壓器的頂部有一個(gè)噴淋管嘴和兩個(gè)與安全閥和ADS 系統(tǒng)閥門相連接的管嘴。噴淋流量通過自動(dòng)控制的氣動(dòng)閥來調(diào)節(jié)。噴淋流量來自主泵出口和CVS 輔助噴淋管線。

電加熱器安裝在下封頭上的加熱器套管內(nèi)。加熱器套管焊接在下封頭上，并可以拆除以進(jìn)行檢查或維修。電加熱器分為1 組比例式電加熱器和4 組通斷式電加熱器，比例式功率連續(xù)可調(diào)，通斷式只有投入和停運(yùn)兩種狀態(tài)。

2 穩(wěn)壓器壓力測(cè)量

三代非能動(dòng)核電站穩(wěn)壓器壓力測(cè)量共設(shè)置4 個(gè)安全相關(guān)窄量程壓力變送器和4 個(gè)安全相關(guān)寬量程壓力變送器，這些儀表屬于保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PMS），為了防止電廠控制系統(tǒng)（PLS）故障影響保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，信號(hào)進(jìn)行了單向隔離處理。

4 個(gè)窄量程壓力儀表測(cè)量信號(hào)輸入PLS 用于穩(wěn)壓器壓力控制，同時(shí)這四個(gè)信號(hào)輸入PMS，四取二邏輯，在壓力超過限值時(shí)觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警和保護(hù)功能。其壓力控制和動(dòng)作定值如表1 所示：

4 個(gè)寬量程壓力儀表測(cè)量信號(hào)輸入PMS 用于觸發(fā)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)第四級(jí)爆破閥開啟，安全殼內(nèi)換料水箱注射爆破閥開啟以及正常余熱排出系統(tǒng)熱段吸入口隔離閥隔離功能。

3 三代非能動(dòng)核電站穩(wěn)壓器壓力控制

3.1 穩(wěn)壓器壓力控制原理

在正常運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)壓器內(nèi)下部是處于飽和狀態(tài)的反應(yīng)堆冷卻劑，上部是飽和蒸汽。穩(wěn)壓器頂部布置有噴淋噴嘴，與一回路冷段相連，當(dāng)需要降低壓力時(shí)，噴淋閥開啟，冷水通過噴嘴進(jìn)入穩(wěn)壓器的汽空間，使蒸汽冷凝來降低壓力。穩(wěn)壓器底部布置有電加熱器，當(dāng)需要升高壓力時(shí)，電加熱器通電，使穩(wěn)壓器液體加熱蒸發(fā)，從而使壓力升高。

3.2 壓力控制邏輯

圖1 三代非能動(dòng)穩(wěn)壓器壓力控制邏輯

如圖1 所示，三代非能動(dòng)穩(wěn)壓器壓力控制接收來自PMS 的穩(wěn)壓器壓力信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)選擇器得到壓力測(cè)量信號(hào)，與壓力參考值做比較，從而得到壓力偏差信號(hào)，該偏差信號(hào)用來比例式電加熱器控制、備用電加熱器控制和噴淋閥的開度控制。

比例式電加熱器在偏差為-103kPa 至103kPa 之間功率輸出線性減?。簭?00%減小到0%；備用電加熱器在偏差為-0.17MPa 時(shí)投入，在偏差小于-0.14MPa 時(shí)退出；噴淋閥的開度隨偏差在0.17MPa 至0.52MPa 之間線性變化。汽機(jī)突然甩負(fù)荷或者快速降負(fù)荷但未引起反應(yīng)堆停堆時(shí)，將產(chǎn)生100%開度信號(hào)送至穩(wěn)壓器噴淋閥。另外，為了防止噴淋突然投入造成噴淋噴嘴和波動(dòng)管線的熱瞬態(tài)，并保持穩(wěn)壓器與一回路水化學(xué)和硼濃度的一致性，三代非能動(dòng)使用小流量旁路閥來保持連續(xù)的噴淋流量。

負(fù)荷調(diào)節(jié)模式下，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)壓器壓力控制策略會(huì)有相應(yīng)變化，操縱員選擇一組或兩組備用電加熱器連續(xù)運(yùn)行，噴淋閥保持部分開啟。

4 三代非能動(dòng)穩(wěn)壓器壓力控制優(yōu)缺點(diǎn)

相比二代加核電站[2]，三代非能動(dòng)核電站穩(wěn)壓器容積增加了50%，由39.7m3增加到了59.5m3，從而增加了瞬態(tài)運(yùn)行裕量，減少了反應(yīng)堆非計(jì)劃停堆次數(shù)，減少了安全閥的動(dòng)作次數(shù)。另外由于采用了自動(dòng)泄壓系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)消除了對(duì)快動(dòng)作電動(dòng)大流量卸壓閥的需要，設(shè)計(jì)取消了原復(fù)雜的先導(dǎo)式安全閥，只采用較簡(jiǎn)單的彈簧加載式安全閥。

穩(wěn)壓器噴淋管線將主噴淋管線與輔助噴淋管線由同一個(gè)噴淋管嘴引入穩(wěn)壓器上封頭，使得小的連續(xù)流即可保證噴淋管嘴不會(huì)產(chǎn)生熱瞬態(tài)，與之相反，二代加電廠的輔助噴淋單獨(dú)設(shè)置，沒有連續(xù)噴淋流量流過，投入時(shí)會(huì)對(duì)管線產(chǎn)生很大的熱沖擊。另外，噴淋管線合二為一、三組先導(dǎo)式安全閥由兩組自動(dòng)卸壓管線代替減少了穩(wěn)壓器上封頭的開孔數(shù)，使得穩(wěn)壓器可以保持更好的強(qiáng)度，更大的運(yùn)行可靠性。

三代非能動(dòng)核電站化學(xué)和容積控制系統(tǒng)不是連續(xù)運(yùn)行使得穩(wěn)壓器液位不能保持在固定的位置，而是在某一個(gè)區(qū)間內(nèi)變化，因此對(duì)穩(wěn)壓器的壓力必然也造成一定的影響。從而導(dǎo)致電加熱器或噴淋的頻繁啟動(dòng)，對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行不利。

當(dāng)機(jī)組處于負(fù)荷調(diào)節(jié)模式時(shí)，由于機(jī)組負(fù)荷受電網(wǎng)頻率波動(dòng)的影響，導(dǎo)致二回路帶走的負(fù)荷不斷變化，一二回路不平衡會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器壓力來回波動(dòng)，為了防止穩(wěn)壓器噴淋閥頻繁啟閉，并使之控制較為精細(xì)，三代非能動(dòng)穩(wěn)壓器壓力控制把負(fù)荷調(diào)節(jié)模式作為控制信號(hào)之一，使噴淋閥始終保持一定的開度，以達(dá)到更好的控制一回路壓力并保護(hù)噴淋閥的目的。

5 總結(jié)

三代非能動(dòng)穩(wěn)壓器壓力控制，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到程序設(shè)計(jì)，與二代加核電相比都有很大不同，其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，但是控制稍微復(fù)雜一些，由于還沒有投入運(yùn)行的三代非能動(dòng)機(jī)組，故其運(yùn)行的可操作性和可靠性有待在今后的工作中進(jìn)一步驗(yàn)證。

［1］顧軍,主編.三代非能動(dòng)核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京:原子能出版社,2010.

［2］廣東核電培訓(xùn)中心,編.900MW 壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京:原子能出版社,2005.