核電廠EAS噴淋系統(tǒng)流量驗(yàn)證試驗(yàn)分析

郭武生

摘要： EAS系統(tǒng)是核電站中的安全殼噴淋系統(tǒng)，是核電站專設(shè)安全系統(tǒng)之一，本試驗(yàn)以某核電廠調(diào)試階段調(diào)試實(shí)例驗(yàn)證在此工況下，噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)每臺(tái)泵的流量與噴淋環(huán)管處的噴淋壓力符合設(shè)計(jì)要求。

Abstract： EAS system is a containment sprinkler system in nuclear power station and is one of the special safety systems of nuclear power station. In this experiment， a debugging example of a nuclear power plant was used to verify that the flow of each pump at the start of sprinkler system and the spray pressure of spray ring can meet the design requirements.

關(guān)鍵詞： 直接噴淋；再循環(huán)噴淋；安全殼

Key words： direct spray；recirculation spray；containment

中圖分類號(hào)：TL37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）06-0131-02

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

安全殼噴淋系統(tǒng)是核電站發(fā)生LOCA事故時(shí)保證安全殼完整性的最重要的系統(tǒng)。它在核電站運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)一回路冷卻劑或著蒸汽管道破裂事故工況下也即所謂的LOCA事故工況下，通過(guò)噴淋使安全殼內(nèi)的溫度和壓力保持在安全殼可承受的范圍內(nèi)，以保證安全殼的完整性，同時(shí)帶走在事故時(shí)散發(fā)在安全殼內(nèi)的氣體裂變產(chǎn)物，尤其是放射性碘（I131）。本系統(tǒng)主要由兩大部分組成，氫氧化鈉注入部分以及泵、換熱器、噴淋環(huán)管組成的噴淋部分。本系統(tǒng)的所有設(shè)備均在反應(yīng)堆廠房和燃料廠房?jī)?nèi)。氫氧化鈉注入部分由氫氧化納灌和一臺(tái)混合泵組成，是泵、換熱器、噴淋環(huán)管部分的共用部分，泵、換熱器、噴淋環(huán)管部分的設(shè)置是冗余的，由A、B兩個(gè)相同系列組成。每一列包含一個(gè)地坑、一臺(tái)泵、一臺(tái)噴射器、一臺(tái)熱交換器、位于反應(yīng)堆堆廠房穹頂下的兩組不同高度的噴淋環(huán)管以及相關(guān)的閥門、管道、儀表等。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康目梢跃唧w分為：①檢查直接噴淋階段每臺(tái)泵的流量和噴淋環(huán)管處噴淋壓力；②檢查再循環(huán)階段每臺(tái)泵的流量和噴淋環(huán)管處的噴淋壓力；③氫氧化鈉注入系統(tǒng)的正確運(yùn)行；④檢查地坑低液位報(bào)警；⑤檢查安全殼隔離閥的正確動(dòng)作。

3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

安全殼噴淋系統(tǒng)流量驗(yàn)證試驗(yàn)是在壓力容器冷態(tài)開蓋功能性試驗(yàn)期間進(jìn)行。試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作有如下：

①在反應(yīng)堆廠房-3.4m砌筑臨時(shí)地坑，臨時(shí)地坑水深大于1.3m，并且臨時(shí)地坑中設(shè)永久性過(guò)濾器，用于模擬再循環(huán)階段的取水地坑；

②在反應(yīng)堆廠房穹頂噴淋管線處安裝臨時(shí)壓力表，其它噴淋嘴被堵塞。這是用于觀察直接注入和再循環(huán)階段噴淋管處的噴淋壓力；

③在泵的出入口處安裝臨時(shí)壓力表，用于監(jiān)測(cè)泵運(yùn)行，避免泵因堵塞或氣蝕而損壞（特別是在再循環(huán)階段由于臨時(shí)地坑有限，容易造成泵氣蝕）；

④安裝了連接噴淋上升管系列至臨時(shí)地坑的臨時(shí)管道。

4 地坑低液位報(bào)警檢查

液位報(bào)警是通過(guò)EAS003/004SN來(lái)驗(yàn)證的，其期望水位值為1200mm。首先可以在臨時(shí)地坑無(wú)水狀態(tài)檢查地坑低水位報(bào)警，然后再通過(guò)試驗(yàn)水箱（水桶）來(lái)檢查低液位報(bào)警觸發(fā)和消失的水位值。

經(jīng)試驗(yàn)003SN低水位觸發(fā)值為1193mm，低水位消失值為1199mm，004SN低水位觸發(fā)值1193mm，低水位消失值為1197mm。故試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了EAS003/004SN的低液位報(bào)警符合設(shè)計(jì)要求。

5 噴淋階段的試驗(yàn)驗(yàn)證

由于本系統(tǒng)有A、B兩列，并且是冗余設(shè)置，故將其分開進(jìn)行試驗(yàn)。首先在驗(yàn)證試驗(yàn)前，先對(duì)A列流量進(jìn)行調(diào)整，使其總流量大于816m3/h，調(diào)節(jié)返回地坑管線上的調(diào)節(jié)閥是噴淋環(huán)管壓力為0.71MPa·a。

噴淋系統(tǒng)流量驗(yàn)證的驗(yàn)收準(zhǔn)則要求為：噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間（包括柴油發(fā)電機(jī)重新加載）≤85s（在試驗(yàn)配置下，沒有柴油發(fā)電機(jī)加載時(shí)≤69s。直接噴淋階段（安全殼壓力為0.45MPa·a）噴淋流量≥800t/h（在試驗(yàn)配置下，噴淋集管壓力為0.71MPa·a時(shí)，流量≥816m3/h，噴射器進(jìn)口流量必須接近于14t/h。再循環(huán)噴淋階段噴淋流量≥972t/h（在試驗(yàn)配置下，噴淋集管壓力為0.48MPa·a，流量≥992m3/h。再循環(huán)階段泵不發(fā)生氣蝕，可用的NPSH高于要求的NPSH值（約為0.4m）。

5.1 直接噴淋階段的試驗(yàn)驗(yàn)證

直接噴淋階段，從廠房?jī)?nèi)置換料水箱取水，并使氫氧化鈉注入部分投入使用。試驗(yàn)過(guò)程中要及時(shí)計(jì)算噴淋建立時(shí)間，通過(guò)007D（OO8MD）記錄噴淋流量穩(wěn)定時(shí)的噴淋流量，觀察記錄009LD顯示的氫氧化納流量。

試驗(yàn)工況下泵是由主控室手動(dòng)操作啟動(dòng)，沒有甩負(fù)荷命令和柴油機(jī)發(fā)電機(jī)的重新加載，因此邏輯保護(hù)時(shí)間，備用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間、加載時(shí)間都沒有考慮故噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間：

①充滿第二系列直管和臨時(shí)返回地坑管線所要求時(shí)間估計(jì)為23s；

②管道充水所要求的時(shí)間不足42s，因?yàn)榇藭r(shí)安全殼壓力為大氣壓，而不是事故工況0.45MPa的壓力；endprint

③總的不確定時(shí)間：2s；

④泵加速時(shí)間：15s。

因此，試驗(yàn)條件下總的啟動(dòng)時(shí)間為：23+33+15+2=69s。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)最后的結(jié)果如表1（試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求）。

5.2 再循環(huán)噴淋階段的試驗(yàn)驗(yàn)證

再循環(huán)階段試驗(yàn)是模擬在直接噴淋后期廠房?jī)?nèi)置換料水箱水位低時(shí)，噴淋的取水切換至地坑（試驗(yàn)時(shí)是臨時(shí)地坑代替）建立起循環(huán)噴淋的工況試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)時(shí)間結(jié)果如表2（試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求）。

對(duì)于再循環(huán)模式下可用NPSH的計(jì)算如圖1。

①符號(hào)定義：

△H：地坑地部和泵吸入管道軸線間高差（m）；

Qv：理論試驗(yàn)流量（m3/h）；

Pv：飽和蒸汽壓力（mH2O）；

P0：地坑上部絕對(duì)壓力；

△Pt：t時(shí)刻，泵吸入管線壓降；

KST：吸入管線壓降系數(shù)；

Qet：t時(shí)刻，吸入口的平均試驗(yàn)流量。為了計(jì)算得出一個(gè)較高阻力系數(shù)，不考慮噴射器流量，從試驗(yàn)讀數(shù)中減去流量計(jì)的精度值（m3/h）；

LS：地坑水壓頭（mH2O）；

hs：t時(shí)刻，吸入管線軸線處凈吸入壓力（mH2O）；

Vi：泵吸入口內(nèi)的流速。

在每個(gè)瞬時(shí)t，吸入管線壓降△Pt下式確定：

△Pt=KSTQ2et=LS+△H-hs

由此得到吸入管線阻力系數(shù)：KST=△Pt/Q2et。

②在A（B）系列的試驗(yàn)過(guò)程中取3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)，求KST的平均值。

同時(shí)考慮：安全殼內(nèi)地坑上部的壓力與地坑水溫下飽和蒸汽壓力相等（P0=Pv）；

不再有水進(jìn)入地坑（LS=0）；

安噴泵流量等于Qv。

所以，NPSHa=△H-KSTQv2+Vi2/2g

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算得出，NPSHEAS001PO=1.616m，NPSHEAS002PO=1.627m，均大于準(zhǔn)則要求的0.4m，故試驗(yàn)合格。

6 試驗(yàn)過(guò)程中碰到的問題與解決

①安噴系統(tǒng)流量驗(yàn)證試驗(yàn)中低液位報(bào)警的驗(yàn)證由于儀表安裝位置較為狹窄，003SN（004SN）校驗(yàn)較為困難。為了便于校驗(yàn)和節(jié)省時(shí)間，把儀表拆下，在空曠的地方先經(jīng)過(guò)初步的校驗(yàn)，然后再安裝回原來(lái)的位置，進(jìn)行校驗(yàn)。

②試驗(yàn)過(guò)程中要觀察噴淋環(huán)管處安裝的臨時(shí)壓力表，但廠房穹頂有幾十米高，攀爬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較高，為了避免高處墜落風(fēng)險(xiǎn)采用了數(shù)字式壓力表通過(guò)延長(zhǎng)線在安全處觀測(cè)壓力。

參考文獻(xiàn)：

[1]安全殼噴淋系統(tǒng)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)核電工程有限公司，2011.

[2]離心泵試驗(yàn)導(dǎo)則[M].北京：中國(guó)核電工程有限公司，2011.

[3]安全殼噴淋系統(tǒng)安全準(zhǔn)則[M].北京：中國(guó)核電工程有限公司，2011.endprint