輔助給水泵的運(yùn)行方式及其安全性論證

劉日飛

【摘 要】輔助給水系統(tǒng)（ASG）屬于核電廠專設(shè)安全設(shè)施之一。輔助給水泵作為該系統(tǒng)的重要設(shè)備，對系統(tǒng)安全功能實(shí)現(xiàn)起著極其重要的作用。在任一正常給水系統(tǒng)（由于CVI、CEX、ABP、ARE或APA失效）失效時，輔助給水泵啟動導(dǎo)出堆芯余熱，直至RRA投入，堆芯余熱通過GCT導(dǎo)出。此外輔助給水系統(tǒng)作為失去主給水供應(yīng)時向蒸汽發(fā)生器二回路側(cè)供應(yīng)給水的后備系統(tǒng)。本文主要介紹了輔助給水泵的設(shè)備情況，及在不同的運(yùn)行工況下如何實(shí)現(xiàn)其安全功能。

【關(guān)鍵詞】輔助給水泵;安全功能;運(yùn)行;故障處理

中圖分類號： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0164-003

1 設(shè)備描述

輔助給水系統(tǒng)（ASG）是壓水堆核電廠專設(shè)安全設(shè)施之一。為滿足單一故障準(zhǔn)則，ASG系統(tǒng)設(shè)計成雙系列2×100%容量。輔助給水系統(tǒng)一個母管對應(yīng)2臺50%容量的電動泵，另一個母管對應(yīng)2臺50%容量的汽動泵。兩臺電動泵分別為A、B兩個系列，兩臺汽動泵也分別為A、B兩個系列。四臺泵中的每臺泵流量大約為100m3/h。

1.1 電動給水泵

兩臺50%電動泵是九級臥式離心泵。進(jìn)水接管和排水接管設(shè)有垂直的法蘭連接面。泵由6.6kV感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動。電動泵是自潤滑的。電動泵和電動機(jī)由被輸送的流體進(jìn)行冷卻。

1.2 ASG汽動泵和汽輪機(jī)

兩臺50%的汽動泵為兩級臥式離心泵，由汽輪機(jī)驅(qū)動。泵的葉片和汽輪機(jī)的葉輪做在一根軸上，該軸由2個水潤滑徑向軸承支撐。ASG的汽動泵從VVP管道分3根管道引入新蒸汽，每一根管道都可以提供足夠蒸汽流量。在進(jìn)行試驗(yàn)期間可以接受SVA來的新蒸汽。每一根管道裝有一只氣動隔離閥，它能在維修汽輪機(jī)時進(jìn)行雙重的隔離，或者在發(fā)生一回路/二回路之間的泄漏時隔離被污染的蒸汽管道。汽動閥門137/138VV（并列布置）和237/238VV（并列布置）作為ASG泵的啟動隔離閥門。136/236VV被壓力控制器用來控制進(jìn)入汽動給水泵的蒸汽流量，然后調(diào)整汽動給水泵的出口壓力。

汽輪機(jī)為單級汽輪機(jī)。汽動泵的轉(zhuǎn)速不需要帶電設(shè)備或電信號線來控制。通過壓差調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥136/236VV的開度來調(diào)節(jié)流向汽輪機(jī)的蒸汽流量使得泵的流量調(diào)節(jié)以滿足運(yùn)行需求。超速保護(hù)裝置控制關(guān)斷閥門135/235VV。

2 輔助給水泵的各種運(yùn)行工況

2.1 正常運(yùn)行

定義：當(dāng)電站正常運(yùn)行時（定義為反應(yīng)堆正常運(yùn)行，汽輪發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相連接），ASG系統(tǒng)停運(yùn)并保持備用狀態(tài)，或者進(jìn)行不影響系統(tǒng)的最小供水能力的短期試驗(yàn)。

2.1.1 電動泵001PO-002PO

兩臺電動泵停運(yùn)，并保持在備用狀態(tài)，由來自反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的自動信號啟動，或者由來自主控室或應(yīng)急停堆盤的手動信號啟動。

2.1.2 汽動泵003PO-004PO

兩臺汽動泵停運(yùn)，并保持在備用狀態(tài)，等待啟動信號。其供汽系統(tǒng)一直處于加熱狀態(tài)，加熱范圍到常關(guān)閥門137VV、138VV和237VV、238VV。蒸汽通過疏水閥加熱汽輪機(jī)和管道直至消音器。位于供氣管道前端的氣動隔離閥VVP127VV，128VV，129VV是常開的，只有當(dāng)主蒸汽管線由于蒸汽發(fā)生器一次側(cè)與二次側(cè)之間有泄漏而污染時，這些閥才可關(guān)閉。分離器001ZE/003ZE投入運(yùn)行，通過蒸汽疏水器001PU、002PU排出凝結(jié)水。這些凝結(jié)水和汽輪機(jī)等排出的凝結(jié)水一樣，都通過汽水分離器002ZE、004ZE排向核島排氣和疏水系統(tǒng)。截止閥135VV/235VV開啟。調(diào)節(jié)蒸汽流量用的調(diào)節(jié)閥136VV/236VV由壓力控制器調(diào)節(jié)。額定轉(zhuǎn)速在制造時預(yù)設(shè)。

2.1.3 調(diào)節(jié)閥012VD至017VD

正常情況下這些閥門全開，收到反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的信號后全開，需要復(fù)位后才可以手動調(diào)節(jié)其開度。

2.2 輔助給水泵的啟動

2.2.1 失去給水引起的事件

（1）當(dāng)一臺蒸汽發(fā)生器的水位通道2/4檢測到低低水位以及有關(guān)蒸發(fā)器的ARE低流量時，ASG的2臺電動泵和2臺汽動泵同時啟動。

（2）若一臺蒸汽發(fā)生器的水位通道檢測到的低低水位保持延時8分鐘以后，2臺電動泵和2臺汽動泵同時啟動。

（3）當(dāng)主給水泵（APA）和啟動給水系統(tǒng)（APD）脫扣時，如果RRA沒運(yùn)行（即RRA低流量），ASG的2臺電動泵在時間延遲5秒鐘后接到一個自動啟動信號。? ? ? ? ? ? ?2.2.2 導(dǎo)致失去正常給水的事件

（1）當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑泵低低轉(zhuǎn)速（2/3）時，ASG的2臺汽動泵自動啟動。

（2）當(dāng)CEX泵的供電配電盤至少2/3失去中壓電源時，ASG的電動給水泵在延時6秒后自動啟動。

2.2.3 造成給水切斷的事件

（1）當(dāng)一臺蒸汽發(fā)生器的2/4水位通道檢測到高高水位時RPR自動關(guān)閉主給水管道上的閥門，并使APD和APA泵脫扣， 證實(shí)上述動作會啟動ASG電動泵。

（2）安全注入：SI信號APD和APA泵脫扣，關(guān)閉主給水管道上的閥門。APD和APA泵的脫扣證實(shí)SI信號，SI信號直接啟動ASG電動泵。

2.2.4 未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)（ATWT）

當(dāng)失去二回路排熱，而且反應(yīng)堆脫扣失效時，由（中間量程中子通量兩個通道均大于30%Pn和兩臺蒸汽發(fā)生器給水流量<6%Qn）給出的ATWT信號，會使主汽輪機(jī)脫扣并自動啟動電動和汽動泵。

2.3 特殊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

2.3.1 蒸汽發(fā)生器的充水

利用電動泵來給蒸汽發(fā)生器充水，需要的水從貯水箱吸取。箱內(nèi)的水位通過啟動除氧裝置或依靠相鄰電站機(jī)組的抽取泵逐漸進(jìn)行再調(diào)整。

從每臺蒸汽發(fā)生器的給水管線取給水樣品。檢查水的化學(xué)特性，樣品沿著一根單一的管線輸送至非放射性實(shí)驗(yàn)室，每次當(dāng)由輔助給水代替主給水時自動地與主給水化學(xué)取樣管線相連接。

2.3.2 電動啟動——反應(yīng)堆臨界

在電站啟動時，ASG電動泵或汽動泵可以替代啟動給水系統(tǒng)運(yùn)行以保持蒸汽發(fā)生器的水位，這個水位應(yīng)接近（±5%）零負(fù)荷下的推薦水全（窄量程約33%），還用以補(bǔ)償由于啟動操作而引起的二回路水的損耗。

在蒸汽發(fā)生器升溫的最初時刻，如果二回路側(cè)壓力仍很低（1MPa），則應(yīng)減少控制閥ASG012VD，014VD，016VD的開度，使泵避免超流量運(yùn)行。

2.4 特殊瞬態(tài)運(yùn)行

2.4.1 汽輪機(jī)001/002TC超速

由于突然失去負(fù)荷或汽輪機(jī)001/002TC調(diào)速器運(yùn)行不正確可能會造成超速狀態(tài)。最先可供使用的保護(hù)手段是通過轉(zhuǎn)速表，它預(yù)先整定的值為額定轉(zhuǎn)速的110%，使截止閥135VV、235VV迅速關(guān)閉;如果電氣式超速保護(hù)裝置失效，還可通過機(jī)械式超速保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，當(dāng)汽動泵超速115%時，通過一套機(jī)械裝置打開錐形閥，也可使截止閥迅速關(guān)閉，從而停閉汽動泵;如果兩套系統(tǒng)都失效，還可以從控制室、遠(yuǎn)程停堆站（KPR）或就地手動關(guān)閉閥門135VV或235VV。在三種情況的任一情況下，當(dāng)汽源切斷時汽動泵就停運(yùn)。當(dāng)故障排除后，就必須復(fù)置閥門135/235VV的快速關(guān)閉系統(tǒng)復(fù)位，可通過兩種方法實(shí)現(xiàn)：（1）復(fù)置超速保護(hù)裝置;（2）用就地或主控復(fù)位按鈕將其復(fù)位。

2.4.2 泵001PO，002PO，003PO和004PO超流量

當(dāng)由于故障或誤操作而使控制閥全開并且在二回路側(cè)壓力低于額定壓力下時，就可能有發(fā)生泵超流量運(yùn)行的危險。在電廠啟動期間給蒸汽發(fā)生器充水時，或在蒸汽發(fā)生器的給水或主蒸汽泄漏的情況下，很容易使電動泵超流量運(yùn)行。 考慮電動泵所需凈正吸入壓頭較低并有余量，可能達(dá)到180%額定流量的超流量，從水力學(xué)的觀點(diǎn)來看通常是可接受的。但是，它導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)超功率運(yùn)行，因而有必要檢查電動機(jī)在這些情況下的負(fù)荷，使其不超過保護(hù)閾值，因?yàn)橛羞^流可能導(dǎo)致輔助給水喪失。一旦超負(fù)荷，該機(jī)組的值長應(yīng)減少調(diào)節(jié)閥012VD、014VD和016VD的開度，使各種參數(shù)回到其額定值。

由于當(dāng)蒸汽發(fā)生器壓力低時，汽動泵通常是停運(yùn)的，超流量的風(fēng)險有所下降，但仍然存在。因?yàn)楫?dāng)APD系統(tǒng)不可用時泵用于向冷停堆工況的過渡。在接近過渡到RRA系統(tǒng)投入之前，蒸汽發(fā)生器二回路側(cè)的壓力約為0.76MPa。調(diào)節(jié)閥ASG013VD、015VD和017VD事故性地全開會使泵在超流量下運(yùn)行。 由于供給水泵的主蒸汽壓力也是0.76MPa，所以發(fā)出的功率、泵子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和泵的流量都降低了，從而避免了汽蝕的危險。

當(dāng)發(fā)生超流量時：（1）減小ASG流量，即調(diào)節(jié)012VD至017VD的位置;（2）在控制室或就地降低汽動泵的轉(zhuǎn)速（當(dāng)其運(yùn)行時）;（3）停止電動泵或/汽動泵。

3 結(jié)語

世界各國的核電站設(shè)計中，都不約而同地采用各種有效手段提高輔助給水系統(tǒng)的可靠性。如采用多樣性方法，不但有采用電動泵、汽動泵，還有采用柴油機(jī)驅(qū)動泵的方案。同時還考慮設(shè)備的冗余性。其根本目的是通過提高應(yīng)急給水的可靠性，達(dá)到降低堆熔概率的目的。方家山核電工程中，基于上述的目的，采用了輔助給水系統(tǒng)采用兩臺電動泵和兩臺汽動泵的四臺泵配置的改進(jìn)，并進(jìn)行了改進(jìn)方案的分析。結(jié)果顯示：采用四臺泵方案對提高核電站的安全性有明顯效果。

方家山核電工程的兩臺電動輔助給水泵和兩臺汽動輔助給水泵在結(jié)構(gòu)及工作原理上不同;在功能上則相同，即在正常給水喪失時，輔助給水泵啟動向SG供水，導(dǎo)出堆芯余熱，直至RRA投入。降低堆熔概率的目的，保證了核電廠的安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]田衛(wèi)衛(wèi).輔助給水系統(tǒng)手冊（QFX17ASG002B30745GN C CFC 第2-5章）中國核電工程有限公司，2011年2月.

[2]田衛(wèi)衛(wèi).輔助給水系統(tǒng)手冊（QFX17ASG006B30745GN B CFC 第6.1節(jié)）中國核電工程有限公司，2011年2月.