某核電廠主給水調(diào)節(jié)閥在滿功率運(yùn)行時(shí)開度持續(xù)增大問題研究

蔣浩然，陶 建，葛寶英，馬 偉

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院調(diào)試中心，上海 201100)

某核電廠使用的主給水調(diào)節(jié)閥是氣動(dòng)閥，它在機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、符合連續(xù)變化和負(fù)荷階躍變化運(yùn)行期間執(zhí)行維持蒸汽發(fā)生器液位的功能[1-2]。在上述工況運(yùn)行時(shí)，給水自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是三沖量控制程序確定主給水調(diào)節(jié)閥的閥位。三沖量控制系統(tǒng)維持給水流量等于蒸汽流量，蒸汽發(fā)生器液位作為輸入信號(hào)調(diào)整給水流量并維持給定液位。通過改變閥門開度來改變給水流量以達(dá)到準(zhǔn)備控制液位的目的。

1 主給水調(diào)節(jié)閥在滿功率運(yùn)行時(shí)功率

持續(xù)增大事件

1.1 事件描述

某核電廠在168 h滿功率連續(xù)運(yùn)行考核時(shí)，在主給水流量、蒸汽發(fā)生器液位、蒸汽流量和蒸汽發(fā)生器排污流量維持穩(wěn)定的工況下，主給水調(diào)節(jié)閥A/B的開度在持續(xù)增大。

在7天的時(shí)間里，主給水調(diào)節(jié)閥A的開度從75.6%增加到83.8%(見圖1)；主給水調(diào)節(jié)閥B的開度從75.4%增加到85.1%(見圖2)，而且兩臺(tái)閥門的開度呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖1 主給水調(diào)節(jié)閥A閥位開度增長(zhǎng)趨勢(shì)圖Fig.1 The trend of valve opening increasing of main feedwater control valve A

圖2 主給水調(diào)節(jié)閥B閥位開度增長(zhǎng)趨勢(shì)圖Fig.2 The trend of valve opening increasing of main feedwater control valve B

如果主給水調(diào)節(jié)閥開度繼續(xù)保持持續(xù)增大的趨勢(shì)，將會(huì)帶來兩個(gè)后果：

1)影響機(jī)組正常滿功率運(yùn)行：機(jī)組在10%～100%功率運(yùn)行時(shí)，蒸汽發(fā)生器液位是三沖量控制，三沖量分別是蒸汽發(fā)生器液位、蒸汽流量和給水流量。由于主給水流量、蒸汽發(fā)生器液位、蒸汽流量和蒸汽發(fā)生器排污流量維持穩(wěn)定，可以推斷主給水調(diào)節(jié)閥是通過不斷的增大開度來保證給水流量，如果閥門最終到達(dá)全開后，給水流量不能維持蒸汽發(fā)生器滿功率要求的補(bǔ)水流量，機(jī)組只能降功率運(yùn)行。

2)影響機(jī)組安全運(yùn)行：在機(jī)組滿功率運(yùn)行工況下，主給水調(diào)節(jié)閥的開度要求不能超過90%。如果發(fā)生1臺(tái)主給水泵意外跳閘的工況，則反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)自動(dòng)將反應(yīng)堆功率降至70%，降功率至70%過程需要約20 s，期間蒸汽發(fā)生器液位會(huì)下降，在液位下降過程中需要主給水調(diào)節(jié)閥增大開度，避免蒸汽發(fā)生器液位下降過快，導(dǎo)致液位低報(bào)警和觸發(fā)其他設(shè)備動(dòng)作。因此在機(jī)組滿功率運(yùn)行期間需要主給水調(diào)節(jié)閥保留開度裕量。閥籠持續(xù)堵塞會(huì)壓縮主給水調(diào)節(jié)閥開度裕量，影響機(jī)組在某些工況下的安全運(yùn)行。

為防止造成上述后果，現(xiàn)場(chǎng)制定臨時(shí)運(yùn)行指令，任一主給水調(diào)節(jié)閥開度超過92%，并維持92%及以上開度超過15 min，則立即降低反應(yīng)堆功率，直至兩臺(tái)主給水調(diào)節(jié)發(fā)的開度均穩(wěn)定在90%以下。

1.2 主給水調(diào)節(jié)閥閥芯結(jié)構(gòu)介紹

主給水調(diào)節(jié)閥為雙向作用的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，閥門結(jié)構(gòu)見圖3，圖4。

圖3 主給水調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The structure of main feedwater control valve

圖4 主給水調(diào)閥閥體結(jié)構(gòu)圖Fig.4 The structure of valve body for feed-water control valve

主給水調(diào)節(jié)閥的閥籠(見圖5)由多個(gè)盤片(見圖6)高溫熔接而成。閥籠通過迫使流體通過由直角轉(zhuǎn)彎構(gòu)成的彎曲通道，經(jīng)過多級(jí)壓降來控制過程流體的流速，具有降低流速、穩(wěn)定流體和減小沖蝕作用。但該型閥籠最小流通孔徑為16.6 mm×1.6 mm，在系統(tǒng)存在異物時(shí)容易產(chǎn)生堵塞。

圖5 主給水調(diào)節(jié)閥閥籠結(jié)構(gòu)圖Fig.5 The structure of valve cage for main feedwater control valve

圖6 主給水調(diào)閥盤片結(jié)構(gòu)圖Fig.6 The structure of disk of main feedwater control valve

1.3 原因分析及判斷過程

在滿功率平臺(tái)為維持蒸汽發(fā)生器液位穩(wěn)定，液位控制系統(tǒng)需要主給水維持滿功率所需的穩(wěn)定給水流量，主給水控制閥開度持續(xù)增大，而給水流量和蒸汽發(fā)生器液位保持穩(wěn)定。又根據(jù)該閥籠結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)為閥門開度持續(xù)增大的原因?yàn)殚y籠堵塞。判斷該閥門堵塞的依據(jù)及過程如下：

(1)進(jìn)入168 h滿功率連續(xù)運(yùn)行考核開始，3臺(tái)主給水泵處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，主給水母管壓力維持穩(wěn)定，兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器主給水流量維持穩(wěn)定，兩臺(tái)主給水調(diào)節(jié)閥開度逐漸上漲；根據(jù)主給水調(diào)節(jié)閥流量特性曲線(見圖7)，在閥門開度大于20%，流量特性呈線性，在閥門沒有堵塞情況下，閥門開度增大必然會(huì)導(dǎo)致主給水流量增加(閥門開大10%流量大約增加340 m3/h)。

圖7 主給水調(diào)閥閥門特性曲線圖Fig.7 The characteristic curve of feed-water control valve

(2)就地觀察閥門閥桿向開啟方向移動(dòng)，顯示閥門開度增加，證明閥門實(shí)際開度增大，排除顯示故障；

(3)檢查閥門控制邏輯，控制系統(tǒng)顯示正常，按照蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)需求，滿功率工況維持主蒸汽流量穩(wěn)定工況下，為維持蒸汽發(fā)生器液位穩(wěn)定(程序液位設(shè)定值為52.5%，實(shí)際液位在程序液位±1%范圍內(nèi)波動(dòng))，需維持給水流量，在流道堵塞情況下，閥門開度需求逐漸增大以維持蒸汽發(fā)生器補(bǔ)水流量，檢查發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)給兩臺(tái)主給水調(diào)節(jié)閥的開度指令在逐漸增加。

(4)主給水管道中存在可能堵塞閥籠的異物：在機(jī)組小修期間，進(jìn)行1號(hào)主給水前置泵A入口臨時(shí)濾網(wǎng)更換為正式濾網(wǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)臨時(shí)濾網(wǎng)破損，系統(tǒng)中的異物及破損濾網(wǎng)碎片可能進(jìn)入主給水管道，造成閥籠堵塞。

2 根本原因分析

根據(jù)上述判斷過程可得出，主給水調(diào)節(jié)閥開度持續(xù)增大的直接原因是該閥門的閥籠堵塞導(dǎo)致。然而造成閥籠堵塞，導(dǎo)致主給水調(diào)節(jié)閥開度持續(xù)增大的根本原因有兩個(gè)[3-4]：

1)二回路給水系統(tǒng)異物控制不嚴(yán)格，導(dǎo)致系統(tǒng)中異物在主給水泵的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)移到了主給水調(diào)節(jié)閥的位置，造成了閥籠堵塞。

2)主給水前置泵入口臨時(shí)濾網(wǎng)材質(zhì)不合格，在使用期間因強(qiáng)度不夠?qū)е聻V網(wǎng)破裂，不能有效過濾泵前管道中的雜質(zhì)，導(dǎo)致雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到主給水調(diào)閥位置，造成閥籠堵塞。而且臨時(shí)濾網(wǎng)自身破裂產(chǎn)生的碎片也可能造成閥籠堵塞。

3 糾正行動(dòng)

為解決閥籠堵塞的問題，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了以下糾正行動(dòng)：

1)對(duì)主給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行解體，對(duì)閥籠進(jìn)行了更換。

2)循環(huán)沖洗主給水系統(tǒng)以清除系統(tǒng)內(nèi)的雜志，避免異物再次堵塞主給水調(diào)節(jié)閥。

4 調(diào)試建議

主給水調(diào)節(jié)閥是核電廠重要設(shè)備，一旦發(fā)生問題，帶來的后果將非常嚴(yán)重，因此無論是在核電廠建安階段、調(diào)試階段還是運(yùn)行階段，都應(yīng)做好異物檢查和控制，防止異物進(jìn)入系統(tǒng)，為機(jī)組正常運(yùn)行埋下隱患。此外，在調(diào)試和運(yùn)行階段，要多關(guān)注使用的臨時(shí)措施的性能和質(zhì)量問題，避免臨時(shí)措施不能滿足使用要求或損壞，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備造成影響。而且，在調(diào)試階段，也應(yīng)制定有效的沖洗方案，應(yīng)確保沖洗程序能夠有效清除系統(tǒng)內(nèi)的異物，避免對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行造成影響。

5 結(jié)論

本文介紹了某核電廠主給水調(diào)節(jié)閥在滿功率運(yùn)行時(shí)開度持續(xù)增大事件過程，并結(jié)合閥門閥籠結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，分析出主給水調(diào)節(jié)閥開度持續(xù)增大的根本原因。為避免再次發(fā)生類似事件，本文提出了解決措施，也為后續(xù)其他機(jī)組主給水調(diào)節(jié)閥的調(diào)試和運(yùn)行以及給水系統(tǒng)的異物控制提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。