AP1000安全殼內(nèi)壓縮空氣喪失影響及其緩解措施

李　力三門核電有限公司運(yùn)行處，浙江臺(tái)州　318000

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AP1000安全殼內(nèi)壓縮空氣喪失影響及其緩解措施

李力
三門核電有限公司運(yùn)行處，浙江臺(tái)州318000

摘要本文對(duì)AP1000壓縮空氣系統(tǒng)做了較為詳細(xì)的闡述，同時(shí)通過(guò)對(duì)AP1000機(jī)組儀用壓空喪失之后對(duì)安全殼內(nèi)重要用戶非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)影響的分析，提出了對(duì)于安全殼內(nèi)重要儀用壓縮空氣用戶設(shè)置備用氣源的方案。

關(guān)鍵詞壓縮空氣；冗余；PXS

壓縮空氣和儀表空氣系統(tǒng)（CAS）包括3個(gè)子系統(tǒng)：儀用壓空子系統(tǒng)、廠用壓空子系統(tǒng)和高能壓空子系統(tǒng)。儀用壓空子系統(tǒng)包括2列100%容量的并聯(lián)壓空生產(chǎn)系統(tǒng)，在分配母管上，有一個(gè)儀用壓空和廠用壓空子系統(tǒng)的連接接口，使得廠用壓空子系統(tǒng)可以作為儀用壓空子系統(tǒng)的備用氣源。儀用壓空子系統(tǒng)配有一個(gè)臨時(shí)氣源接口，在緊急狀況下可以由臨時(shí)空壓機(jī)單元供氣。儀用壓空子系統(tǒng)有2個(gè)安全殼隔離閥，外部是氣動(dòng)隔離閥，內(nèi)部是逆止閥。進(jìn)入安全殼的儀用壓空管線處于常開狀態(tài)，但是要對(duì)進(jìn)入安全殼的空氣流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果出現(xiàn)高流量報(bào)警，表明安全殼內(nèi)的儀用壓空管線可能破裂。

在電站瞬態(tài)期間，只要正常交流電源或柴油發(fā)電機(jī)備用電源可用，儀用壓空和廠用壓空子系統(tǒng)均置于自動(dòng)運(yùn)行模式。在喪失廠外電源時(shí)，一臺(tái)儀用空壓機(jī)可以被柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)帶載。

1　喪失安全殼內(nèi)儀用壓空對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響

當(dāng)發(fā)生空壓機(jī)故障或泄漏，或儀用壓空管線或設(shè)備破口時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)可能征兆如下：1）儀用壓空壓力低；2）儀用壓空壓力報(bào)警低1；3）儀用壓空壓力報(bào)警低2；4）儀用壓空至安全殼流量高報(bào)警；5）CASV014（安全殼外儀用壓空供氣安全殼隔離閥）關(guān)閉；6）儀用壓空系統(tǒng)破口或泄漏；7）儀用壓空干燥器堵塞。

一個(gè)空壓機(jī)在線為運(yùn)行狀態(tài)以調(diào)節(jié)儀用壓空壓力在0.862MPa～0.931MPa之間。另一個(gè)空壓機(jī)處于備用狀態(tài)并在儀用壓空壓力在0.827MPa時(shí)啟動(dòng)。儀用壓空系統(tǒng)有2個(gè)壓空罐，在2臺(tái)儀用壓空壓縮機(jī)停運(yùn)的期間，壓空罐的容量可以維持儀用壓空閥門運(yùn)行10min。在空壓機(jī)故障的情況下，有10min的時(shí)間恢復(fù)空壓機(jī)或連接廠用壓空來(lái)供應(yīng)儀用壓空。

功率運(yùn)行期間，廠用壓空可以用于供應(yīng)儀用壓空，這樣的連接在儀用壓空壓縮機(jī)停運(yùn)時(shí)使用。停堆期間，由于壓空的用量大，儀用壓空可以用于供應(yīng)廠用壓空。可以通過(guò)打開CASV017（CAS 儀用壓空/廠用壓空備用管線隔離閥）實(shí)現(xiàn)連接。

如果儀用壓空壓力因某種原因降低到維持閥門打開的最小壓力（551.6kPa），電站氣動(dòng)閥開始失效，PXS非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)以下征兆：PRHR（非能動(dòng)余熱排出熱交換器）出口管線閥門失效打開，PRHR誤觸發(fā)導(dǎo)致冷水注入一回路冷卻劑系統(tǒng)RCS，由于負(fù)的慢化劑溫度系數(shù)產(chǎn)生反應(yīng)性引入。冷水引入也會(huì)降低RCS壓力。PRHR意外觸發(fā)12s后將會(huì)發(fā)生最小DNBR，PRHR誤觸發(fā)或意外觸發(fā)事故情況下，下列信號(hào)導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆：超功率/超溫反應(yīng)堆停堆（中子通量和ΔT）；穩(wěn)壓器壓力低；任一環(huán)路Tcold低；穩(wěn)壓器液位低，堆芯補(bǔ)水箱CMT管線注水閥失效打開。PXS安全相關(guān)氣動(dòng)閥如表1所示。

表1　PXS安全相關(guān)氣動(dòng)閥

模擬機(jī)上模擬了100%儀用壓空母管破口場(chǎng)景，從模擬的結(jié)果看來(lái)，如果發(fā)生100%儀用壓空母管破口（管道斷裂），那么在1min之內(nèi)就會(huì)發(fā)生停堆、CMT動(dòng)作、PRHR動(dòng)作進(jìn)而觸發(fā)安全注射S信號(hào)。

2　安全殼內(nèi)儀用壓縮空氣喪失建議補(bǔ)償方案

通過(guò)上文分析可以看出，非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)PXS 的PRHR和CMT安全相關(guān)氣動(dòng)閥會(huì)在失去儀用壓空時(shí)動(dòng)作，儀用壓空壓力下降的可能原因包括如下幾點(diǎn)：

1）儀用壓空安全殼隔離閥（CAS-V014）故障（意外關(guān)閉）；2）儀用壓空空氣壓縮機(jī)故障；3）儀用壓空管線泄漏；4）意外的較大的儀用壓空空氣用量。

PRHR和CMT的動(dòng)作會(huì)立即觸發(fā)停堆信號(hào)，這樣的意外動(dòng)作會(huì)給電站造成額外的停堆時(shí)間及損失，更重要的是在反應(yīng)堆重啟過(guò)程中可能的輻射劑量。

在安全殼內(nèi)儀用壓空喪失的可能原因中，如果發(fā)生儀用壓空安全殼隔離閥（CAS-V014）故障關(guān)閉，無(wú)論任何原因，都將會(huì)導(dǎo)致上述設(shè)備動(dòng)作且沒(méi)有相應(yīng)補(bǔ)救手段。

如果對(duì)CAS-V014設(shè)置旁路閥則會(huì)增加安全殼泄漏率試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)兩路閥門在共因故障下同時(shí)失效并不能夠有效減小喪失安全殼內(nèi)儀用壓空的幾率。而對(duì)PRHR和CMT出口氣動(dòng)閥增加空氣儲(chǔ)罐以防止閥門失氣的做法有可能在事故情況下增加安全殼內(nèi)壓力，對(duì)安全殼完整性形成挑戰(zhàn)。

因此，對(duì)于安全殼內(nèi)重要儀用壓空用戶建議設(shè)置備用氣源。通過(guò)設(shè)置備用氣源管線，氣源來(lái)自于安全殼內(nèi)的高壓氮?dú)猓ò踩珰?nèi)的高壓氮?dú)庥糜诮o安全箱ACC加壓保證事故工況下的中壓安全注射），可以防止在CAS-V014故障關(guān)閉時(shí)PRHR和CMT安全氣動(dòng)閥動(dòng)作，同時(shí)也為操縱員提供了可控停堆的時(shí)間窗口。如果有隔離CAS-V014信號(hào)，該信號(hào)也會(huì)將備用氣源管線的閥門一并隔離。建議方案的圖例如圖1所示，需要在安全殼內(nèi)安裝新的管道、壓力調(diào)節(jié)閥以及逆止閥以隔離相關(guān)氣源（儀用壓空和氮?dú)猓?/p>

3　結(jié)論

鑒于儀用壓空對(duì)于安全殼內(nèi)用戶的重要性，儀用壓空相關(guān)管線、閥門的設(shè)備質(zhì)量和安裝質(zhì)量以及在建安調(diào)試期間的試驗(yàn)過(guò)程都需要嚴(yán)格加以控制。同時(shí)，對(duì)于重要用戶設(shè)置冗余的氣源以避免PRHR和CMT非預(yù)期動(dòng)作和操縱員在儀用壓空喪失后的恢復(fù)措施值得進(jìn)一步討論。

圖1　PRHR和CMT安全氣動(dòng)閥備用氣源

參考文獻(xiàn)

［1］CPP-GW-GJP-329（Loss of instrument air R2），Westinghouse：2-17.

［2］AP1000核電站系統(tǒng)培訓(xùn)教材（外圍篇CAS系統(tǒng)），三門核電有限公司.

［3］三門核電一期工程1&2號(hào)機(jī)組最終安全分析報(bào)告第九章（0版）.三門核電有限公司：9.3-1。

中圖分類號(hào)TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）165-0221-01

作者簡(jiǎn)介：李力，三門核電有限公司運(yùn)行處。