淺析核電站反應(yīng)堆廠房安全殼負(fù)壓系統(tǒng)運(yùn)行及優(yōu)化

武文奇

摘 要：本文介紹了核電站反應(yīng)堆廠房安全殼負(fù)壓系統(tǒng)功能、工作原理和工作流程，以及系統(tǒng)出現(xiàn)問題的分析和處理方法。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆廠房安全殼負(fù)壓系統(tǒng)；運(yùn)行；分析；優(yōu)化

1 系統(tǒng)功能

核電站為了防止放射性物質(zhì)外泄，反應(yīng)堆廠房采用了安全殼，且安全殼內(nèi)需要維持負(fù)壓在150-275Pa范圍。

2 系統(tǒng)原理

安全殼內(nèi)負(fù)壓的保持是通過送風(fēng)管道上的調(diào)節(jié)閥與1#風(fēng)機(jī)或2#風(fēng)機(jī)協(xié)同工作來維持安全殼內(nèi)的負(fù)壓。工作方式1：1#風(fēng)機(jī)或2#風(fēng)機(jī)排風(fēng)100%流量，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量保持安全壓負(fù)壓在設(shè)定值；工作方式2：調(diào)節(jié)閥開度為100%，通過1#風(fēng)機(jī)或2#風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)節(jié)排風(fēng)量來保持安全殼負(fù)壓在設(shè)計(jì)值。

安全殼負(fù)壓系統(tǒng)的變頻器設(shè)計(jì)不屬于抗震設(shè)備，在地震時(shí)變頻器可能出現(xiàn)損壞。為了在地震時(shí)保障安全殼內(nèi)負(fù)壓參數(shù)，設(shè)計(jì)了變頻器的電氣旁路。當(dāng)變頻器故障時(shí)通過電氣旁路來供電，仍可以維持安全殼內(nèi)的負(fù)壓。

3 系統(tǒng)流程

安全殼負(fù)壓系統(tǒng)流程：控制區(qū)主送風(fēng)系統(tǒng)→反應(yīng)堆廠房安全殼進(jìn)風(fēng)管線上的調(diào)節(jié)閥→安全殼內(nèi)各房間進(jìn)風(fēng)管線上的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥→安全殼內(nèi)各房間排風(fēng)管線上的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥→碘過濾器→預(yù)處理過濾器→高效過濾器→電加熱器→活性碳過濾器→高效過效器→風(fēng)機(jī)→煙囪。

4 存在問題及優(yōu)化方案

風(fēng)機(jī)定期切換試驗(yàn)安全殼負(fù)壓超限問題

4.1 存在問題

為確保KLD10系統(tǒng)備用列風(fēng)機(jī)設(shè)備的可用性，平均過濾器的工作負(fù)荷，提高設(shè)備的使用壽命和安全可靠性，每月對(duì)安全殼負(fù)壓系統(tǒng)兩列風(fēng)機(jī)進(jìn)行定期切換試驗(yàn)。在進(jìn)行定期切換試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)安全殼負(fù)壓超過275Pa上限值的現(xiàn)象。

4.2 原因分析

切換過程通過順序控制程序，如停運(yùn)1#風(fēng)機(jī)，首先關(guān)閉該列進(jìn)、出口風(fēng)閥等，當(dāng)1#風(fēng)機(jī)順序控制程序執(zhí)行完畢后，將程序執(zhí)行結(jié)束信號(hào)反饋給組控制程序，組控制程序接到反饋信號(hào)后，將發(fā)出執(zhí)行1#風(fēng)機(jī)順序控制程序的指令，2#風(fēng)機(jī)將按照步驟執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)備的啟動(dòng)，首先將該列進(jìn)出、口風(fēng)閥打開，將風(fēng)機(jī)變頻器投入自動(dòng)，然后再將2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，整個(gè)過程需要近兩分鐘時(shí)間。

風(fēng)機(jī)切換過程中安全殼負(fù)壓控制方式，1#風(fēng)機(jī)在接到停運(yùn)指令后開始快速減載直至風(fēng)機(jī)停止，此期間安全殼排風(fēng)快速下降直至喪失，安全殼負(fù)壓迅速減小，安全殼入口進(jìn)風(fēng)管道上調(diào)節(jié)閥將根據(jù)瞬間增大的偏差信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥快速減小開度，從頁來控制安全殼的進(jìn)風(fēng)量，達(dá)到維持安全殼負(fù)壓目的。2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過程與1#風(fēng)機(jī)停運(yùn)過程相反，2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后將根據(jù)較大的負(fù)壓偏差信號(hào)快速加載至滿負(fù)荷，安全殼排風(fēng)風(fēng)量的快速恢復(fù)，造成負(fù)壓超過250Pa的設(shè)定值，這時(shí)安全殼入口管道上的調(diào)節(jié)閥將根據(jù)偏差信號(hào)增大開度，增加安全殼的進(jìn)風(fēng)量來減小安全殼負(fù)壓，通過這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)過程來維持安全殼負(fù)壓在250Pa的給定值。

控制邏輯存在缺陷以及調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置不合理是導(dǎo)致問題產(chǎn)生的根本原因。具體如下：

（1）進(jìn)風(fēng)管道調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)器死區(qū)設(shè)值過大，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥控制靈敏度降低。調(diào)節(jié)器的死區(qū)設(shè)值為1500，這就是說在動(dòng)態(tài)平衡情況下，只有當(dāng)負(fù)壓波動(dòng)超過平衡點(diǎn)15Pa，即負(fù)壓值超過265Pa或低于235Pa時(shí)，調(diào)節(jié)器才會(huì)輸出偏差信號(hào)去控制調(diào)節(jié)閥增減開度，加大或減小進(jìn)風(fēng)量，維持安全殼負(fù)壓到250Pa的設(shè)定值。安全殼負(fù)壓范圍在150～275Pa，上限值較苛刻，離設(shè)定值只有25Pa的波動(dòng)空間，這是很容易超限。因調(diào)節(jié)器死區(qū)設(shè)值過大，在負(fù)壓升高的情況下，只有當(dāng)負(fù)壓超過265Pa時(shí)調(diào)節(jié)器才會(huì)對(duì)負(fù)壓實(shí)施糾正干預(yù)，因調(diào)節(jié)器發(fā)出命令到調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，這需要一個(gè)時(shí)間過程，這期間負(fù)壓仍在不斷增加，到調(diào)節(jié)閥動(dòng)作并對(duì)負(fù)壓產(chǎn)生實(shí)際效果時(shí)，這時(shí)的負(fù)壓實(shí)際上已經(jīng)超過了275Pa。

（2）進(jìn)風(fēng)管道調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)器的偏差邏輯設(shè)計(jì)不合理。根據(jù)偏差邏輯設(shè)計(jì)，當(dāng)1#或2#風(fēng)機(jī)在自動(dòng)模式下運(yùn)行，且負(fù)荷低于95%時(shí)，調(diào)節(jié)器的偏差輸入將增加5Pa，以使調(diào)節(jié)器提前參與調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)負(fù)荷高于95%時(shí)，5Pa的調(diào)節(jié)量將不加入偏差計(jì)算。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因風(fēng)機(jī)負(fù)荷從0%加載到100%基本上在30s時(shí)間內(nèi)完成，這樣偏差輸入信號(hào)增加的5Pa調(diào)節(jié)量作用到調(diào)節(jié)器上的時(shí)間還不到30s，對(duì)調(diào)節(jié)器的作用有限。

（3）安全殼負(fù)壓調(diào)節(jié)目標(biāo)值形成邏輯設(shè)計(jì)不合理。目標(biāo)值形成由信號(hào)1#壓力表和2#壓力表通過MAX取大比較邏輯組成，即壓力表輸出的是兩個(gè)負(fù)壓信號(hào)中的大值（絕對(duì)值為小值），導(dǎo)致了安全殼負(fù)壓的整體偏高，如果負(fù)壓系統(tǒng)工況稍有變化，很容易導(dǎo)致負(fù)壓波動(dòng)超限。

4.3 優(yōu)化方案

根據(jù)分析結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在充分考慮修改調(diào)節(jié)器參數(shù)可能對(duì)調(diào)節(jié)器的靈敏性、可靠性以及穩(wěn)定性等品質(zhì)方面造成的影響后，我們提出了對(duì)負(fù)壓邏輯及調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化?？刂苾?yōu)化方案：

（1）將調(diào)節(jié)器的死區(qū)值由1500調(diào)整為300；

（2）將調(diào)節(jié)器的偏差邏輯增加的調(diào)節(jié)量由5Pa改為15Pa，并對(duì)該邏輯的設(shè)置選擇條件增加120s的自保持脈沖，確保風(fēng)機(jī)在自動(dòng)工況下負(fù)荷在30s之內(nèi)加載到95%以上后，該調(diào)節(jié)量仍然可以對(duì)調(diào)節(jié)器起作用，其對(duì)調(diào)節(jié)器的作用時(shí)間為120s，這樣大大改善了調(diào)節(jié)器的品質(zhì)；

（3）將目標(biāo)值形成由信號(hào)1#壓力表和2#壓力表通過MAX取大比較邏輯改為MIN取小邏輯。

優(yōu)化方案轉(zhuǎn)為正式的技術(shù)改造，并經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行檢驗(yàn)，風(fēng)機(jī)定期切換試驗(yàn)安全殼負(fù)壓超限問題得到徹底解決，保證系統(tǒng)長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

通過對(duì)反應(yīng)堆廠房安全殼負(fù)壓系統(tǒng)的問題進(jìn)行分析和優(yōu)化，問題得到很好的解決，可以保證系統(tǒng)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行，防止核電廠反應(yīng)堆廠房在正常運(yùn)行工況下出現(xiàn)放射性物質(zhì)外泄，從而保證核電廠的核安全。

參考文獻(xiàn)

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[2]王琪.核電反應(yīng)堆廠房的損傷破壞數(shù)值模擬研究[D].大連理工大學(xué)，2015.

（作者單位：中國(guó)核電江蘇核電有限公司）