M310堆型TEP系統(tǒng)除氣裝置調(diào)試問題分析及優(yōu)化

毛巍嶺+++趙云鵬+++楊寧

摘要：除氣裝置的啟動一直是TEP系統(tǒng)調(diào)試的難點與重點，也是核電站裝料的先決條件之一。本文介紹了國內(nèi)主流核電堆型M310機(jī)組硼回收系統(tǒng)除氣單元的組成與功能，就除氣裝置調(diào)試過程中出現(xiàn)的典型問題進(jìn)行分析與解決，對除氣裝置的調(diào)試與正常運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：硼回收系統(tǒng)；除氣裝置；調(diào)試；邏輯；狀態(tài)切換

1. 概要

M310型核反應(yīng)堆的硼回收系統(tǒng)（TEP）是與核安全相關(guān)的重要輔助系統(tǒng)，是核電站中狀態(tài)較多、控制比較復(fù)雜的系統(tǒng)。它最主要的功能是收集來自化學(xué)和容積控制系統(tǒng)下泄管線及來自核島排氣和疏水系統(tǒng)的可復(fù)用冷卻劑，經(jīng)過濾、除鹽、除氣和硼水分離后向反應(yīng)堆硼和水的補(bǔ)給系統(tǒng)提供核級補(bǔ)給水和4%的硼酸溶液。其兩大核心設(shè)備除氣裝置和蒸發(fā)裝置所屬的除氣單元和蒸發(fā)單元，因為控制邏輯復(fù)雜，狀態(tài)繁多，啟動起來相對比較困難。本文通過對除氣裝置調(diào)試典型問題進(jìn)行分析、總結(jié)優(yōu)化，為后續(xù)機(jī)組的調(diào)試、運(yùn)行工作起到借鑒作用。

2. 除氣單元概述

TEP系統(tǒng)每個系列各有一套除氣裝置，它是由一臺除氣裝置、一臺排氣冷凝器、一臺再生式熱交換器、一臺冷卻器、一臺輸液泵和相應(yīng)的儀表、閥門及管道組成的。

除氣裝置采用熱力除氣法，用以去除溶解在排出液中的H2、裂變氣體和其他氣體，能使除氣裝置放射性為1×1013Bq/m3的氣體除氣因子達(dá)106。需除氣的料液初始溫度在7-50℃之間，經(jīng)再生式熱交換器加熱到70-95℃后進(jìn)入除氣裝置。進(jìn)料從塔頂噴入，除氣裝置下部由輔助蒸汽加熱，使料液處于飽和狀態(tài)。正常加熱蒸汽為2.5t/h，由塔頂壓力控制。正常運(yùn)行時除氣裝置的溫度為113℃，塔頂壓力1.47bar.a，不凝結(jié)氣體和蒸汽從塔頂排入冷凝器中冷卻，冷凝水靠重力流回除氣裝置，而不凝氣體則定期排往含氫廢氣處理系統(tǒng)。脫氣后的料液（t=113℃，P=1.6bar.a）由水泵以27.2m3/h的流量，經(jīng)再生式熱交換器冷卻到50-75℃，再經(jīng)冷卻器降溫到50℃以下，送往中間貯存箱。

3. 除氣裝置調(diào)試問題分析及優(yōu)化建議

3.1 TEP027VP調(diào)節(jié)性能問題及優(yōu)化措施

除氣裝置在再循環(huán)模式和生產(chǎn)模式間互相切換時，切換初期除氣裝置 液位會出現(xiàn)大幅度階躍波動，觸發(fā)高、低液位報警聯(lián)鎖信號，終止系統(tǒng)狀態(tài)間的自動轉(zhuǎn)換，無法實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)間的自動轉(zhuǎn)換。在模式切換前，除氣裝置液位自動調(diào)節(jié)正常，液位穩(wěn)定在設(shè)定值左右，流入和流出除氣裝置的液體是平衡的，即通過027VP 進(jìn)入除氣裝置的液體與經(jīng)過033VP 流出除氣裝置的液體流量是相等的。當(dāng)系統(tǒng)因流量，壓力、溫度、液位等小擾動的原因而出現(xiàn)液位小幅波動時，PID 調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)027VP閥門的開度，調(diào)節(jié)流入除氣裝置的流量，使流入和流出重新達(dá)到平衡，經(jīng)過調(diào)節(jié)后，使除氣裝置的液位重新恢復(fù)到原設(shè)定值液位。但是實際調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)，在033VP再循環(huán)與生產(chǎn)切換時，除氣裝置液位自動調(diào)節(jié)會失去平衡，且這種不平衡較大，于是出現(xiàn)大幅度波動，導(dǎo)致除氣裝置跳機(jī)。

對上述情況的產(chǎn)生，分析如下：在實際運(yùn)行過程中，033VP 實際流量特性與設(shè)計不符。在系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，因033VP 失去了原有的節(jié)流調(diào)節(jié)作用，造成003PO 出口流量大幅度的階躍變化，使流入和流出除氣裝置的流量瞬間失去平衡，且這種不平衡較大。而此時PID 調(diào)節(jié)器因其固有的滯后、超調(diào)特性，無法快速響應(yīng)這種大幅度的階躍，對除氣裝置液位進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)控制，從而觸發(fā)了高、低液位信號，終止了狀態(tài)間的自動切換。

解決方法：為了平衡上述兩個階躍對DZ液位帶來的影響，儀控人員在TEP027VP的調(diào)節(jié)上加上兩個階躍補(bǔ)償，具體方案如下示意：

通過對TEP027VP的調(diào)節(jié)性能進(jìn)行上述優(yōu)化后，除氣裝置液位在狀態(tài)轉(zhuǎn)化過程中穩(wěn)定良好，實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)，確保除氣裝置狀態(tài)正常自動切換。

同時，根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗，除氣裝置向生產(chǎn)狀態(tài)切換時，可以將進(jìn)料閥TEP 027VP先打到手動設(shè)定30%的初始開度，然后將其置于自動位置，這個30%開度的提前量有效補(bǔ)償了排料三通閥TEP033VP轉(zhuǎn)向生產(chǎn)時除氣裝置向中間貯槽排放的料液體積，相當(dāng)于對TEP027VP人為增加了一個前饋控制環(huán)節(jié)，使除氣裝置狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的液位變化趨于平緩甚至不會出現(xiàn)波動。

3.2 液位計、壓力計共性漂表問題

TEP系統(tǒng)一些重要儀表如101MN、105MN、101MP等負(fù)壓側(cè)均設(shè)置了平衡罐，并通過儀表遷移補(bǔ)償平衡罐液柱所產(chǎn)生的壓差。當(dāng)除氣裝置長期運(yùn)行和備用期間，平衡罐內(nèi)充注的水可能逐漸蒸發(fā)而未得到及時補(bǔ)充，其形成的液柱高度逐漸下降，即會造成正負(fù)壓腔的壓差變大，導(dǎo)致儀表漂表，嚴(yán)重時導(dǎo)致跳機(jī)。對于這種現(xiàn)象，需采用定期通過REA水泵充水的方法來維持平衡罐液位，保證參考液柱的高度?？紤]到調(diào)試期間除氣裝置內(nèi)部不含氫氣，可用SED水替代。

3.3 狀態(tài)切換試驗時間優(yōu)化措施

在除氣裝置狀態(tài)調(diào)試試驗中，除氣單元狀態(tài)間的切換較多，除氧過程費(fèi)時約1h。在試驗中要求在不同狀態(tài)和工況下除氣裝置返回停運(yùn)狀態(tài)的試驗，要重復(fù)從升溫到除氧的過程，而試驗中沒有必要每次等待1個小時，并且調(diào)試期間除氣單元所用水源為干凈的SED水，不涉及任何放射性等有害物質(zhì)，所以更無需每次在除氧過程中等待1h。因此，將計時器設(shè)定為5min，達(dá)到了同樣的目的而節(jié)省了試驗時間。試驗完成后將計時器恢復(fù)為原設(shè)計值。

3.4 除氣裝置排氣取樣邏輯更改

根據(jù)邏輯，取樣閥TEP261VY/262VY在除氣裝置熱備用狀態(tài)下可以打開，方便化學(xué)取樣，但是這樣就可能有蒸汽進(jìn)入TEP311/312管道及其下游管線，這些蒸汽凝結(jié)后停留在TEP311/312管道中，將會導(dǎo)致除氣裝置相關(guān)的壓力、溫度探頭不可用，影響除氣裝置正常生產(chǎn)。對此，建議運(yùn)行人員在除氣裝置生產(chǎn)過程中取樣，取消熱備用的取樣要求， 這樣既滿足了化學(xué)取樣要求又對除氣裝置運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。

4. 結(jié)論

本文借鑒福清核電硼回收系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗，并參考同行電站經(jīng)驗反饋，對除氣裝置調(diào)試過程中出現(xiàn)的典型問題進(jìn)行分析與解決，對核電站啟動除氣裝置進(jìn)行正常生產(chǎn)具有非常高的指導(dǎo)意義，希望能對M310堆型硼回收系統(tǒng)的調(diào)試工作以及之后的運(yùn)行生產(chǎn)有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]硼回收系統(tǒng)手冊2-5章，中國核電工程有限公司，2010年10月.

[2]核動力工程第27卷第6期，李開峰，2006年12月.

[3]硼回收系統(tǒng)手冊6.2章邏輯圖，中國核電工程有限公司，2010年10月.