三門核電一期工程CCS系統(tǒng)波動(dòng)水箱補(bǔ)水設(shè)計(jì)改進(jìn)

張其宗

三門核電有限公司 浙江三門 317112

CCS系統(tǒng)是一個(gè)非安全相關(guān)的、閉合回路的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)能帶走電站運(yùn)行所必須的各種設(shè)備的熱量、堆芯衰變熱和反應(yīng)堆正常停堆和冷卻時(shí)的顯熱。在電站運(yùn)行的各個(gè)階段，保證CCS系統(tǒng)的連續(xù)可靠運(yùn)行，和保證運(yùn)行人員能夠?qū)CS系統(tǒng)的操作進(jìn)行快速的響應(yīng)都是支持電站穩(wěn)定運(yùn)行的前提，同時(shí)也能避免安全相關(guān)系統(tǒng)動(dòng)作[1]。

1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)組成：

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（CCS）設(shè)計(jì)用來在各種運(yùn)行工況下對(duì)核島各類設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱進(jìn)行冷卻，并將熱量傳遞給廠用水系統(tǒng)（SWS），通過SWS系統(tǒng)將熱量帶到最終熱阱——大海。CCS系統(tǒng)為閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，設(shè)置兩條機(jī)械序列[1]。每列包括1個(gè)CCS泵和1個(gè)CCS板式熱交換器，兩個(gè)序列的設(shè)備從同一回水母管吸水。一個(gè)波動(dòng)箱連接在設(shè)備冷卻水回水母管上，為CCS泵提供足夠的凈正吸入壓頭，能夠容納由于溫度變化引起的膨脹和收縮，并且可以補(bǔ)償30分鐘泄漏率為11．4m3/hr的泄露。每臺(tái)CCS泵將冷卻水直接排向與之對(duì)應(yīng)的熱交換器，兩臺(tái)泵出口設(shè)有橋管連接，可用于泵和熱交換器之間運(yùn)行方式的切換。CCS系統(tǒng)設(shè)置一條供水母管，供給各類設(shè)備的冷卻水管線采用“母管——分支”的布置，每個(gè)用戶有一條分支冷卻水管線，所有用戶的供水和回水管線最終連接至CCS系統(tǒng)供水和回水母管上[2]。

2 波動(dòng)水箱補(bǔ)水的設(shè)計(jì)對(duì)可靠運(yùn)行的影響分析

2.1 波動(dòng)水箱補(bǔ)水設(shè)計(jì)可靠性分析

CCS系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)減少運(yùn)行期間由于單一故障而引起的電站停堆事故。正常運(yùn)行工況下，僅需一臺(tái)CCS泵運(yùn)行，如果該設(shè)備冷卻水泵意外停運(yùn)，備用設(shè)備冷卻水泵將在接收到供水母管流量低（1136m3/hr）信號(hào)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證反應(yīng)堆冷卻劑泵及其他用戶的繼續(xù)正常運(yùn)行。兩臺(tái)設(shè)備冷卻水泵均設(shè)有波動(dòng)箱L-3（5%）液位信號(hào)觸發(fā)的停泵保護(hù)，波動(dòng)箱液位設(shè)置兩路冗余通道以防止單通道失效而引起的設(shè)備冷卻水泵停泵。

CCS系統(tǒng)兩臺(tái)設(shè)備冷卻水泵設(shè)置了波動(dòng)箱液位L-3跳泵信號(hào)，為了防止單一故障導(dǎo)致的誤跳泵，在設(shè)計(jì)上采用了兩個(gè)冗余的波動(dòng)箱液位計(jì)，只有當(dāng)兩個(gè)波動(dòng)箱液位計(jì)同時(shí)觸發(fā)L-3液位信號(hào)時(shí)才會(huì)聯(lián)鎖跳閘兩臺(tái)CCS泵。

波動(dòng)箱容積為20．4m3，正常運(yùn)行時(shí)水位保持在波動(dòng)箱中平面處，當(dāng)液位低（45%）時(shí)通過自動(dòng)打開波動(dòng)箱液位補(bǔ)水閥（V130）為波動(dòng)箱補(bǔ)充除鹽水，當(dāng)波動(dòng)箱液位高（55%）時(shí)自動(dòng)關(guān)閉波動(dòng)箱液位補(bǔ)水閥。

在電廠正常運(yùn)行期間，波動(dòng)箱補(bǔ)水閥（V130）保持關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)波動(dòng)液位降低時(shí)自動(dòng)打開V130為波動(dòng)箱補(bǔ)水[3]。但在設(shè)計(jì)上波動(dòng)箱補(bǔ)水管線上只設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)閥，并且該閥門被設(shè)計(jì)成失效關(guān)閉的閥門，若該閥門由于喪失供氣氣源或電源，閥門將自動(dòng)關(guān)閉，導(dǎo)致失去對(duì)波動(dòng)箱液位的控制功能，進(jìn)而對(duì)CCS泵的正常運(yùn)行造成影響，使CCS泵的運(yùn)行可靠性降低。一旦同時(shí)發(fā)生CCS系統(tǒng)的外漏而導(dǎo)致波動(dòng)箱液位持續(xù)下降，當(dāng)兩個(gè)液位計(jì)同時(shí)達(dá)到液位L-3信號(hào)時(shí)，兩臺(tái)CCS泵全部跳閘，喪失正常設(shè)備冷卻水，將會(huì)導(dǎo)致電廠進(jìn)入事故工況。

2.2 補(bǔ)水閥門失效和熱交換器泄漏案例

CCS-V130閥門在大修期間接連發(fā)生過3次因閥門限位開關(guān)問題而無法開啟的問題，都通過緊急維修工作進(jìn)行了消缺；

一期工程1/2號(hào)機(jī)組CCS系統(tǒng)因閥門缺陷和熱交換器缺陷造成的系統(tǒng)泄漏共計(jì)10余次。

2.3 CCS補(bǔ)水管線改進(jìn)方式

波動(dòng)箱的補(bǔ)水功能對(duì)于CCS系統(tǒng)的可靠運(yùn)行非常重要。在補(bǔ)水管線上僅設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)補(bǔ)水閥顯然不能滿足單一故障準(zhǔn)則，并且在失效時(shí)將對(duì)CCS系統(tǒng)的運(yùn)行造成重大影響。為保證可靠的補(bǔ)水，可在補(bǔ)水管線上進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，在氣動(dòng)閥前后各增設(shè)一個(gè)手動(dòng)隔離閥，在正常運(yùn)行時(shí)通過行政手段對(duì)其上鎖，并保持常開狀態(tài)。同時(shí)在前隔離閥的上游引出一條旁路管線連接到后隔離閥的下游，并增設(shè)一個(gè)上鎖常關(guān)的手動(dòng)閥，這條旁路管線只在氣動(dòng)補(bǔ)水閥故障或是失效的情況用于為波動(dòng)箱提供手動(dòng)的補(bǔ)水能力[4]。

這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）在現(xiàn)有管線的基礎(chǔ)上增加手動(dòng)隔離閥和旁路閥，可以保證在氣動(dòng)閥失效關(guān)閉的情況下提供可靠的補(bǔ)水手段；

（2）僅僅增加手動(dòng)隔離閥和旁路閥管線，不需要更改主控室的運(yùn)行控制畫面；

（3）在電廠正常運(yùn)行期間，可以實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)補(bǔ)水閥的在預(yù)防性維護(hù)和故障維修；

（4）在電廠失去壓空的事故時(shí)，CCS系統(tǒng)仍然可以可靠的為RNS等重要負(fù)荷提供可靠冷卻，為事故緩解提供更多支持。

（5）在氣動(dòng)閥發(fā)生內(nèi)漏時(shí)，可以可靠隔離內(nèi)漏，防止波動(dòng)箱滿水。

3 結(jié)語

CCS系統(tǒng)執(zhí)行一系列的縱深防御功能，在防止安全相關(guān)系統(tǒng)動(dòng)作和在事故緩解上都有著重要的作用。通過對(duì)CCS系統(tǒng)波動(dòng)水箱補(bǔ)水的設(shè)計(jì)可靠性的分析，以及存在風(fēng)險(xiǎn)提出相應(yīng)的改進(jìn)建議，通過變更波動(dòng)水箱的補(bǔ)水管線，可以有效提高CCS系統(tǒng)的可靠性[5]。