EPR與CPR1000熱態(tài)功能試驗(yàn)對比分析

陶志山

（中廣核核電運(yùn)營有限公司，深圳 518124）

0 概述

國內(nèi)南方某核電項(xiàng)目EPR機(jī)組為中法聯(lián)合設(shè)計(jì)、共同建造的基于EPR（歐洲第三代先進(jìn)壓水堆）技術(shù)的CEPR（中國的EPR）技術(shù)品牌機(jī)組，CEPR充分吸收了法國N4核電站和德國KONVOI核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營的成熟經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合了國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系的應(yīng)用和CPR1000核電項(xiàng)目建設(shè)的良好實(shí)踐，滿足中國法律法規(guī)的相關(guān)要求。

熱態(tài)功能試驗(yàn)（簡稱熱試，HFT）是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)（Nuclear Steam Supply System，NSSS）首次在無核燃料裝載的情況下升溫升壓，之后又降溫降壓的過程中進(jìn)行的試驗(yàn)，在整個試驗(yàn)過程中盡可能模擬核電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行條件，包括模擬在典型的溫度、壓力和流量下預(yù)期的運(yùn)行事件，并進(jìn)行有關(guān)的試驗(yàn)。

該核電項(xiàng)目1號機(jī)組作為EPR全球首堆工程，受制于三廢系統(tǒng)調(diào)試、DCS改造，將熱試分為前期階段（嚴(yán)格上屬于熱試準(zhǔn)備階段工作）和升溫升壓階段。該項(xiàng)目1號機(jī)組于2016年11月初開始熱試前期階段試驗(yàn)，在熱態(tài)功能試驗(yàn)前期階段，主要執(zhí)行電源切換試驗(yàn)（BAS）、一回路充水排氣、抽真空、系統(tǒng)缺陷處理及主泵再驗(yàn)證等工作。1號機(jī)組于2017年3月初進(jìn)入升溫升壓階段，開展相關(guān)試驗(yàn)。

本文主要介紹EPR機(jī)組熱試的首堆試驗(yàn)、一回路鈍化、失電試驗(yàn)、非核沖轉(zhuǎn)等試驗(yàn)項(xiàng)目安排情況，并與CPR1000機(jī)組熱試試驗(yàn)安排情況進(jìn)行簡要對比和分析。

1 EPR首堆試驗(yàn)

該核電項(xiàng)目1號機(jī)組作為EPR機(jī)組首堆，需要開展為驗(yàn)證EPR設(shè)計(jì)新理念核新特征所必須進(jìn)行的試驗(yàn)（First Of A Kind ，F(xiàn)OAK），EPR堆型FOAK試驗(yàn)分成三類：（1）FPOT （First Plant Only Test） EPR：僅需全球EPR首臺機(jī)組上進(jìn)行的試驗(yàn)；（2）FPOT XXX僅需在每一個EPR項(xiàng)目的首臺機(jī)組上進(jìn)行的試驗(yàn)；（3）FOAK （non-FPOT）對EPR新特點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證的試驗(yàn)，需要在每個機(jī)組上進(jìn)行的試驗(yàn)。

經(jīng)過分析對比，該項(xiàng)目梳理確定了熱試階段有13項(xiàng) FPOT 首堆試驗(yàn)[1]，首堆試驗(yàn)分為FPOT EPR 和FPOT TS1 兩類，試驗(yàn)項(xiàng)目詳見表1。

表1 EPR熱試階段首堆試驗(yàn)

2 一回路鈍化

一回路鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，鐵、鉻、鎳、鋯和鋁等金屬的鈍化一般可以用成相膜理論解釋。金屬的鈍化是由于金屬和介質(zhì)作用時在金屬表面生成一種非常薄且致密的覆蓋性良好的保護(hù)膜（通常是金屬的氧化物薄膜），這種表面膜作為一個獨(dú)立的相存在，它能夠把金屬與腐蝕介質(zhì)機(jī)械的隔離，從而使金屬的溶解速度得以降低，使金屬表面由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)。即使離開了原來的環(huán)境，這些性質(zhì)也得以保持，使得金屬可以抵抗腐蝕介的侵蝕。

EPR機(jī)組熱試期間鈍化采用一回路加氫方案，加氫鈍化旨在通過減少氧化物數(shù)量直接達(dá)到減少不必要氧化物數(shù)量的目的，分三步進(jìn)行：

（1）一回路到達(dá)熱停平臺（303℃）后，一回路加氫至35cm3/kg；一回路注入氫氧化鋰和硼酸，調(diào)節(jié)硼濃度至25ppm，然后一回路在熱停平臺穩(wěn)定300h。通過高溫鈍化，在金屬表面生成一種非常薄且致密的覆蓋性良好的保護(hù)膜，此時一回路表面還有一些可溶化合物（鐵，鎳等易活化物質(zhì)）。

（2）熱停結(jié)束48h之前，開始除鋰，并且將一回路硼化至1100ppm左右，即熱停平臺硼化后需穩(wěn)定48h，然后方可下行降溫降壓。硼化主要是為了溶解去除一回路表面可溶化合物（鐵，鎳等易活化物質(zhì)）。

（3）一回路溫度降至80℃后，一回路加入雙氧水氧化，類似大修下行時的氧化，將表面的一些化合物氧化成可溶狀態(tài)。

CPR1000機(jī)組熱試期間一回路鈍化方案采用高溫自然鈍化，一回路溫度保持260℃以上300h，當(dāng)鈍化后懸浮顆粒濃度小于100ppb時，就可以認(rèn)為達(dá)到了鈍化要求。

3 失電試驗(yàn)

OIC（Overall I&C）和COC（Cut of Current）試驗(yàn)屬于EPR機(jī)組聯(lián)調(diào)期間的總體試驗(yàn)，是虛擬系統(tǒng)試驗(yàn)。

在核島部分，AREVA為該核電項(xiàng)目設(shè)計(jì)和編制了OIC試驗(yàn)程序；在常規(guī)島和汽機(jī)部分，ALSTOM設(shè)計(jì)和編制了常規(guī)島COC試驗(yàn)程序。EPR機(jī)組OIC&COC試驗(yàn)范疇與CPR1000差異較大，涵蓋失電試驗(yàn)、切換試驗(yàn)、儀控性能試驗(yàn)、特殊工況驗(yàn)證試驗(yàn)和失氣試驗(yàn)等。簡單地講，OIC可以被理解為核島失電試驗(yàn)；COC可以被理解為常規(guī)島失電試驗(yàn)。

EPR熱試OIC&COC試驗(yàn)項(xiàng)目如下，其中核島OIC試驗(yàn)12份，常規(guī)島4份。OIC失電試驗(yàn)部分及COC相關(guān)試驗(yàn)，主要是為了檢查單列失電后，機(jī)組的總體響應(yīng)；檢查失電對于儀控架構(gòu)的影響和預(yù)期一致。OIC切換試驗(yàn)，主要是DCS方面的相關(guān)切換試驗(yàn)，主要是為了驗(yàn)證生效儀控系統(tǒng)切換功能；抽樣檢查切換后儀控系統(tǒng)的閉鎖和抑制功能；檢查確認(rèn)切換后機(jī)組后撤的能力；檢查失電對于工藝系統(tǒng)功能的影響和預(yù)期一致。OIC性能試驗(yàn)部分主要是通過試驗(yàn)確認(rèn)TXS（安全相關(guān)儀控系統(tǒng)）響應(yīng)時間分析的準(zhǔn)確性；確認(rèn)大瞬態(tài)試驗(yàn)期間，SPPA-T2000平臺負(fù)荷增加不會導(dǎo)致通信故障；檢驗(yàn)KAE（Operating team help system，運(yùn)行值輔助系統(tǒng)）總體功能。OIC切換試驗(yàn)類似于CPR1000機(jī)組熱試下行期間主控操作員工作站與輔助操作盤、主控操作員工作站/遠(yuǎn)程停堆站的切換操作驗(yàn)證試驗(yàn)。

CPR1000機(jī)組熱試期間COC失電失氣試驗(yàn)涵蓋核島和常規(guī)島重要220V不間斷交流電源、125V和48V直流盤的失電試驗(yàn)以及RX廠房SAR系統(tǒng)失氣試驗(yàn)，總計(jì)15份試驗(yàn)（TP COC 50～TP COC 64）。

4 蒸發(fā)器一二次側(cè)泄漏率試驗(yàn)

CPR1000機(jī)組在完成相關(guān)試驗(yàn)下行之后，需將一回路硼濃度調(diào)節(jié)至 1500-2000ppm，并升壓至172bar、60℃，開展TP CDF 52 蒸發(fā)器一二次側(cè)泄漏率試驗(yàn)。EPR機(jī)組在熱試期間無類似試驗(yàn)。

5 非核沖轉(zhuǎn)

在熱試階段，利用反應(yīng)堆冷卻劑泵和穩(wěn)壓器內(nèi)電加熱器所提供的熱量使一回路冷卻劑溫度升高，并將一回路溫度通過蒸汽發(fā)生器傳遞給二回路產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)行常規(guī)島非核沖轉(zhuǎn)，提前發(fā)現(xiàn)缺陷，驗(yàn)證設(shè)備制造、安裝質(zhì)量；檢驗(yàn)汽機(jī)8～1500rpm沖轉(zhuǎn)過程中汽輪機(jī)組振動、瓦溫、脹差等性能符合設(shè)計(jì)要求。

在滿足熱試期間一、二回路限值條件的前提下，汽輪機(jī)非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)，分為五次升速，升速率為50rpm/min，并進(jìn)行各轉(zhuǎn)速平臺的運(yùn)行試驗(yàn)。通過計(jì)算在 500rpm 之前，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)期間一回路產(chǎn)熱量大于汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)所需的熱量，因此在500rpm 轉(zhuǎn)速平臺下調(diào)整參數(shù)恢復(fù)到初態(tài)參數(shù)。

EPR機(jī)組非核沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)大致經(jīng)歷如下三個階段：第一次升速8～100rpm，然后打閘進(jìn)行摩擦檢查試驗(yàn)；第二次升速8～250rpm；第三次升速250～500rpm，500rpm平臺進(jìn)行機(jī)組狀態(tài)參數(shù)檢查和調(diào)整；第四次升速500～1500rpm，汽輪機(jī)到達(dá)1500rpm 平臺，停留5min 打閘停機(jī)（5min 根據(jù)模擬機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際停留時間根據(jù)機(jī)組沖轉(zhuǎn)實(shí)際情況確定）。

該核電項(xiàng)目1號機(jī)組非核沖轉(zhuǎn)過程比較順利，汽輪發(fā)電機(jī)振動情況良好，機(jī)組一回路參數(shù)情況變化符合預(yù)期，且在允許限值范圍內(nèi)。汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至500rpm期間，SG水位基本穩(wěn)定在16.7m，SG壓力下降至87.9bar.g，一回路溫度降至301℃；汽機(jī)升速至1500rpm過程，剛升速時SG水位由16.8m閃蒸至16.83m，汽機(jī)升速至1000rpm，SG水位下降約0.35m；汽機(jī)升速到達(dá)1500rpm，SG水位下降約0.9m，一回路溫度降至281.7℃，一回路最大降溫梯度約48.7℃/h，SG壓力降至約64bar.g。

EPR首堆機(jī)組在熱試期間即進(jìn)行了汽機(jī)非核沖轉(zhuǎn)，而CPR1000前期調(diào)試機(jī)組因各種因素未開展非核沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)，至陽江/紅沿河項(xiàng)目后面機(jī)組在熱試期間才開展了非核沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

6 結(jié)束語

本文以EPR首堆項(xiàng)目作為參考，簡介了EPR熱試的主要過程和試驗(yàn)安排情況，對比分析了EPR與CPR1000熱試試驗(yàn)安排的不同點(diǎn)。EPR作為歐洲三代核電技術(shù)，其熱試過程及試驗(yàn)安排與CPR1000有很大的相似性，同時在部分試驗(yàn)項(xiàng)目和安排上有著顯著的不同點(diǎn)，這些不同點(diǎn)主要由于兩種堆型設(shè)計(jì)理念不同引起的。