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，浙江臺州318000

摘要本文對AP1000壓縮空氣系統(tǒng)做了較為詳細(xì)的闡述，同時通過對AP1000機(jī)組儀用壓空喪失之后對安全殼內(nèi)重要用戶非能動堆芯冷卻系統(tǒng)影響的分析，提出了對于安全殼內(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)配有一個臨時氣源接口，在緊急狀況下可以由臨時空壓機(jī)單元供氣。儀用壓空子系統(tǒng)有2個安全殼隔離閥，外部是氣動隔離閥，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)，但是要對進(jìn)入安全殼的空氣流量進(jìn)行監(jiān)測。如果出現(xiàn)高流量報警，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)均置于自動運(yùn)行模式。在喪失廠外電源時，一臺儀用空壓機(jī)可以被柴油發(fā)電機(jī)自動帶載。

1　喪失安全殼內(nèi)儀用壓空對機(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，將會出現(xiàn)可能征兆如下：1）儀用壓空壓力低；2）儀用壓空壓力報警低1；3）儀用壓空壓力報警低2；4）儀用壓空至安全殼流量高報警；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。另一個空壓機(jī)處于備用狀態(tài)并在儀用壓空壓力在0.827MPa時啟動。儀用壓空系統(tǒng)有2個壓空罐，在2臺儀用壓空壓縮機(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的時間恢復(fù)空壓機(jī)或連接廠用壓空來供應(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?？梢酝ㄟ^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），電站氣動閥開始失效，PXS非能動堆芯冷卻系統(tǒng)將會出現(xiàn)以下征兆：PRHR（非能動余熱排出熱交換器）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。冷水引入也會降低RCS壓力。PRHR意外觸發(fā)12s后將會發(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)氣動閥如表1所示。

表1　PXS安全相關(guān)氣動閥

模擬機(jī)上模擬了100%儀用壓空母管破口場景，從模擬的結(jié)果看來，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)就會發(fā)生停堆、CMT動作、PRHR動作進(jìn)而觸發(fā)安全注射S信號。

2　安全殼內(nèi)儀用壓縮空氣喪失建議補(bǔ)償方案

通過上文分析可以看出，非能動堆芯冷卻系統(tǒng)PXS 的PRHR和CMT安全相關(guān)氣動閥會在失去儀用壓空時動作，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的動作會立即觸發(fā)停堆信號，這樣的意外動作會給電站造成額外的停堆時間及損失，更重要的是在反應(yīng)堆重啟過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，無論任何原因，都將會導(dǎo)致上述設(shè)備動作且沒有相應(yīng)補(bǔ)救手段。

如果對CAS-V014設(shè)置旁路閥則會增加安全殼泄漏率試驗(yàn)的風(fēng)險，同時兩路閥門在共因故障下同時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PRHR和CMT出口氣動閥增加空氣儲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，對安全殼完整性形成挑戰(zhàn)。

因此，對于安全殼內(nèi)重要儀用壓空用戶建議設(shè)置備用氣源。通過設(shè)置備用氣源管線，氣源來自于安全殼內(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PRHR和CMT安全氣動閥動作，同時也為操縱員提供了可控停堆的時間窗口。如果有隔離CAS-V014信號，該信號也會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)過程都需要嚴(yán)格加以控制。同時，對于重要用戶設(shè)置冗余的氣源以避免PRHR和CMT非預(yù)期動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號機(jī)組最終安全分析報告第九章（0版）.三門核電有限公司：9.3-1。

中圖分類號TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0221-01

作者簡介：李力，三門核電有限公司運(yùn)行處。