EPR機(jī)組水壓試驗(yàn)期間水壓試驗(yàn)泵的切換方案研究與應(yīng)用

陳世記　余維銘　張可　趙鑫

【摘 要】臺(tái)山1號(hào)機(jī)作為EPR（European Pressurized Reactor歐洲先進(jìn)壓水堆）全球首堆，無(wú)先例可循。本課題基于臺(tái)山EPR機(jī)組化學(xué)容積控制系統(tǒng)（RCV）及水壓試驗(yàn)泵（RBS4220PO）的特殊性，通過(guò)理論分析、模擬機(jī)演練和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出EPR機(jī)組一回路水壓試驗(yàn)期間，RBS泵和RCV上充泵之間無(wú)擾切換的方案，避免一回路壓力出現(xiàn)大幅波動(dòng)而損壞設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】冷試 冷態(tài)功能試驗(yàn) 水壓試驗(yàn)泵 壓力瞬態(tài) EPR 三代核電

【Abstract】As the worlds first one of EPR， no experience could be followed up for Taishan nuclear power plant unit 1. Basing on the particularity of Taishan EPR chemical and volume control system （RCV） and the hydraulic pump （RBS4220PO）， this topic was studied by theoretical analysis and Simulation drill and site test. Finally scheme of RBS pump and RCV pump switching without interference was given， avoiding pressure fluctuations that would cause damage to the system equipment and pipe.

【Keywords】CFT； cold function test； hydraulic pump； pressure transient； EPR； third generation nuclear power station

1 引言

工程階段的一回路冷態(tài)功能水壓試驗(yàn)（CFT：cold function test）是一個(gè)非常重要的里程碑，它全面檢驗(yàn)了核電機(jī)組設(shè)計(jì)、采購(gòu)和安裝的質(zhì)量。根據(jù)RCCM-2007規(guī)范，臺(tái)山1號(hào)機(jī)CFT將最終升壓至233bar.g，一回路正常升降壓速率控制在±4bar/min的限值范圍內(nèi)。而RBS泵控制一回路壓力階段，要求RCV系統(tǒng)一臺(tái)上充泵小流量運(yùn)行作為RBS泵的備用泵，在RBS泵故障時(shí)維持一回路壓力。臺(tái)山核電1號(hào)機(jī)作為EPR三代機(jī)組首堆，化學(xué)容積控制系統(tǒng)（RCV）及水壓試驗(yàn)泵（RBS4220PO）的設(shè)計(jì)特殊性，RCV三通自循環(huán)逆止閥的流量特性問(wèn)題，給一回路壓力控制帶來(lái)了不確定性。需要通過(guò)專門的分析研究，得出一回路水壓試驗(yàn)期間，RBS水壓試驗(yàn)泵無(wú)擾切換的方案。

2 影響臺(tái)山1號(hào)機(jī)水壓試驗(yàn)泵無(wú)擾切換的問(wèn)題

如圖1，臺(tái)山1號(hào)機(jī)冷試185bar以上的高壓平臺(tái)，需要啟動(dòng)1RBS4220PO-，取代RCV上充泵完成一回路高壓平臺(tái)的升壓和降壓，RBS水壓試驗(yàn)泵和RCV上充泵并聯(lián)從VCT取水，利用上充（包括軸封）和下泄流量不平衡實(shí)現(xiàn)對(duì)一回路的升壓、降壓。

設(shè)計(jì)上，上充泵出口RCV5193/5293VP為自循環(huán)三通逆止閥，通過(guò)閥門的上充流量低于9t/h時(shí)，閥門自動(dòng)切向小流量運(yùn)行，保證上充泵在小流量以上運(yùn)行。由于閥門可靠性問(wèn)題，2015年12月現(xiàn)場(chǎng)閥門試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求，但2016-1-14試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)閥門特性與設(shè)計(jì)性能出現(xiàn)了偏差，上充流量低于5t/h，閥門沒有自動(dòng)切向小流量管線，影響上充泵的正常運(yùn)行。如圖2所示。

而1RBS4220PO-為柱塞泵，泵啟動(dòng)后即達(dá)到11.7m3/h左右的恒流量，中間不可以在0流量或低流量范圍調(diào)節(jié)。如圖3所示。

為避免RBS水壓試驗(yàn)泵啟動(dòng)和停運(yùn)時(shí)壓力波動(dòng)超出±4bar/min限值，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)RBS/RCV流量即壓力無(wú)擾切換，需要解決下面的問(wèn)題：

RBS泵啟動(dòng)后，與RCV泵流量是否會(huì)疊加？由流體力學(xué)公式，，可以推出233barg/60℃時(shí)，1 m3/h的流量不平衡會(huì)引起0.97bar/min的壓力變化。如果瞬間引入11.7m3/h左右的流量，下泄調(diào)節(jié)閥RCV1314/1324VP和操縱員來(lái)不及響應(yīng)，導(dǎo)致瞬間升壓11.3bar/min。

基于1RCV5193/5293VP不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流量9t/h時(shí)，自動(dòng)切向小流量的現(xiàn)狀，RCV上充泵如何配合RBS啟動(dòng)？

3 解決方案

3.1 制定對(duì)策過(guò)程

設(shè)計(jì)方ANP（AREVA NP）認(rèn)為啟動(dòng)RBS泵瞬間，RBS流量會(huì)疊加RCV流量瞬間注入的11.7m3/h，因此建議啟動(dòng)RBS前，先調(diào)節(jié)下泄流量獲得接近于4bar/min的負(fù)壓力梯度，防止啟RBS泵瞬間一回超壓：

對(duì)此我們提出了異意，認(rèn)為由流體力學(xué)規(guī)律，在不改變注入管線閥門的情況下，可以得出注入管線的流量系數(shù)K常量，而此時(shí)水的密度變化很小，也就是并聯(lián)啟動(dòng)RBS時(shí)，總的注入流量會(huì)略增，但變化不大。

針對(duì)該問(wèn)題，我們制定了兩個(gè)對(duì)策，一個(gè)是在EPR全范圍模擬機(jī)上進(jìn)行演練，一個(gè)是低壓平臺(tái)RBS水壓試驗(yàn)啟動(dòng)預(yù)試驗(yàn)，通過(guò)分析切換時(shí)流量、壓力變化的數(shù)據(jù)，然后得出最終的RBS水壓試驗(yàn)泵切換方案。

3.1.1 對(duì)策一：模擬機(jī)試驗(yàn)

模擬機(jī)上進(jìn)行ENS21演練， RBS4220PO-啟動(dòng)前，注入流量持11.77t/h（RCV7115MD-），壓力梯度1.2bar/min（RCP6020KM-），啟動(dòng)RBS4220PO-后，注入流量和壓力梯度保持穩(wěn)定。RCV能夠?qū)⒁换芈飞郊s192bar時(shí)小流量閥開始打開，注入流量開始小于9t/h，證明上充泵能將一回路升壓至約192bar.g。如圖4所示。

3.1.2 對(duì)策二：20bar平臺(tái)水壓試驗(yàn)泵預(yù)試驗(yàn)（圖5）

2016-1-22， 1RCV5230PO-運(yùn)行，上充隔離只有軸封注入，注入一回路總流量11.96t/h（RCV7115MD-），一回路壓力22.26barg。

10：43：30，啟動(dòng)1RBS4220PO-，3s后達(dá)到額定流量11.77t/h（RBS4245MD-），一回路壓力穩(wěn)定在22.26barg附近，波動(dòng)很小。但21s后，上充泵流量減小到0t/h，RCV5293VP-沒有開向小流量方向。10：44：07，停運(yùn)1RBS4220PO-，1RCV5230PO-流量回復(fù)至RBS啟泵前，運(yùn)行正常，一回路壓力穩(wěn)定。

第一次的預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明，一回路壓力穩(wěn)定情況下，平衡上充下泄流量至RBS額定，然后啟動(dòng)RBS水壓試驗(yàn)泵，可以避免壓力大幅擾動(dòng)。但1RCV5293VP-沒有如設(shè)計(jì)預(yù)期，在上充泵流量低于9t/h甚至0自動(dòng)切向小流量方向，RCV上充泵不能滿足水壓試驗(yàn)泵控制一回路壓力的工況下，保持小流量備用的要求。通過(guò)分析可知，1RCV5293VP-可靠性不強(qiáng)，內(nèi)部彈簧可能已經(jīng)屈服，需要有快關(guān)上充隔離閥，或者瞬間要有足夠的背壓才能克服彈簧力回座而打開小流量。由于水壓試驗(yàn)泵啟動(dòng)時(shí)一回路沒有泄壓，不具備快關(guān)上充隔離閥的條件，因此可以采用先啟1RBS4220PO-，RBS流量是穩(wěn)定后停運(yùn)1RCV5230PO-，利用RBS水壓試驗(yàn)泵壓力作為背壓將1RCV5293VP-回座切向小流量，然后再啟動(dòng)1RCV5230PO-作為水壓試驗(yàn)泵備用泵。

因此安排了第二次預(yù)試驗(yàn)，旨在解決1RCV5293VP-切向小流量問(wèn)題：

（1）試驗(yàn)前1RCV5230PO-運(yùn)行，上充隔離（1RCV6114VP-），軸封注入流量11.21t/h，一回路壓力21.6barg。

（2）22：39，啟動(dòng)1RBS4220PO-，22：39：26停運(yùn)1RCV5230PO-，一回路壓力穩(wěn)定在21.6barg（RCP6019KM-）。

（3）22：57，一回路壓力21.7barg（RCP6019KM-），啟動(dòng)1RCV5230PO-，泵小流量運(yùn)行成功，一回路壓力穩(wěn)定在21.7barg（RCP6019KM-）。

（4）22：59停運(yùn)1RBS4220PO-，一回路壓力穩(wěn)定在21.7barg（RCP6019KM-），1RCV5230PO-運(yùn)行正常。

試驗(yàn)表明，RBS啟動(dòng)后，先停運(yùn)RCV運(yùn)行泵，RCV5293VP-會(huì)正?；刈?；再啟RCV上充泵，RCV5293VP-能夠使上充泵正常運(yùn)行在小流量。

3.2 最終方案固化

綜合兩次預(yù)試驗(yàn)以及理論計(jì)算，取得了高壓平臺(tái)下RBS/RCV泵切換的措施：

（1）165barg平臺(tái)以上，隔離上充后。

（2）調(diào)節(jié)下泄RCV1314VP-獲得11.7t/h的軸封注入流量，1RCV5230PO-升壓至注入管線閥門全開，預(yù)期壓力可以到達(dá)192bar。

（3）啟動(dòng)1RBS4220PO-，記下RBS/RCV切換時(shí)的一回路壓力實(shí)際值P。

（4）1EHP0003置ON。

（5）停運(yùn)1RCV5230PO-。

（6）緩慢升壓，使1RBS4220PO-出口壓力達(dá)215bar以上（比1RCV5130PO小流量運(yùn)行壓力高5bar以上）。

（7）啟動(dòng)1RCV5230PO-小流量運(yùn)行，作為1RBS4220PO-備用泵。

（8）用1RBS4220PO-升壓至233barg。

（9）一回路降壓至P。

（10）EHP0003CC-置OFF。

（11）停運(yùn)1RBS4220PO-切回RCV。

（12）1RCV5230PO控制一回路壓力。

4 方案應(yīng)用及效果

2016-1-24，按既定方案，用RBS完成一回路最高壓力平臺(tái)升壓：（圖6）。

（1）11：45，全開RCV73i1VP-后，利用RCV7112VP-和RCV1314VP-將一回路升壓，至RCV7112VP-全開時(shí)，P=192.3barg時(shí)，此時(shí)注入流量為12.1t/h（RCV5292MD-），下泄RCV1314VP-開度為15.8%。

（2）11：48，啟動(dòng)1RBS4220PO-前，一回路壓力193.6bar（EHP0001MP-），軸封流量為10.5t/h，下泄開度為15.5%，EHP0002MP-升壓速率為0.146bar/min，RCV出口壓力為205.6barg（1RCV5290MP-）。

（3）11：48，啟動(dòng)1RBS4220PO-，RBS泵出口壓力為204.5barg（1RBS4235MP-），一回路壓力為194bar，軸封注入流量為12.5t/h。3s后停運(yùn)1RCV5230PO-，一回路壓力為194.4bar（EHP0002MP-），一回路壓力可控穩(wěn)定。

（4）11：59，一回路壓力206bar（1EHP0001MP），RBS泵出口壓力218.3barg（1RBS4235MP-），流量11.73t/h（1RBS4245MD-），重新啟動(dòng)1RCV5230PO-，出口壓力206.7barg（RCV5290MP-），小流量運(yùn)行9.6t/h（RCV5292MD-），RBS泵出口壓力，RBS流量即軸封注入流量，一回路壓力穩(wěn)定。

（5）調(diào)節(jié)RCV1314VP-，用RBS繼續(xù)緩慢升壓力。

（6）12：37，一回路壓力達(dá)233bar平臺(tái)，一回路壓力最高壓力為234.9barg，RBS出口壓力為248.1bar。

（7）13：02，完成233barg平臺(tái)工作，一回路開始降壓。

（8）13：32，一回路壓力191.2bar，停運(yùn)RBS4220PO-， RCV5230PO-切換成小流量+軸封注入（RCV5292MD-：9.58t/h→18.19t/h），1RCV5293VP-如預(yù)期沒有關(guān)閉小流量，而是小流量和注入管線同時(shí)通路，整個(gè)過(guò)程一回路壓力穩(wěn)定。

（9）調(diào)節(jié)RCV7112VP，RCV1314VP，用1RCV5230PO-降壓至154barg平臺(tái)。

（10）RBS4220PO-從啟動(dòng)到停運(yùn)歷時(shí)42min，按預(yù)定方案啟動(dòng)停運(yùn)RBS和RCV泵，泵流量、出口壓力，一回路壓力如預(yù)期變化，整個(gè)過(guò)程一回路壓力波動(dòng)很小（2bar/min以下），避免了壓力瞬態(tài)，實(shí)現(xiàn)了RBS/RCV無(wú)擾切換，一回路水壓試驗(yàn)順利完成。

5 結(jié)語(yǔ)

臺(tái)山1CFT中RCV上充泵和RBS水壓試驗(yàn)泵的成功切換，并最終完成一回路水壓試驗(yàn)，成為EPR首堆的典范操作，可以作為母本方案，為后續(xù)EPR機(jī)組冷試，華龍1號(hào)等采用類似設(shè)計(jì)和設(shè)備的機(jī)組提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司.《臺(tái)山核電廠1、2號(hào)機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》，2014-08.

[2]臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司.《臺(tái)山核電廠1、2號(hào)機(jī)組最終安全分析報(bào)告》，2012-12.

[3]AREVA NP.《Shop Test Report for unit 1 1RBS1220/4220PO RBS pumps》，2012-03-01.

[4]AREVA NP《Valve sectional drawing RCV 1314/1324 VP》，2012-04-13.

[5]AREVA NP.《Overpressure Protection Device for the Primary Hydraulic Test》，2014-03-28.

[6]AREVA NP.《Equipment Operation and Maintenance Manual Regulation valves series 79000》，2012-10-31.

[7]AREVA NP. 《Automatic recirculation check valve》，2012-05-04.