穩(wěn)壓器噴淋閥開(kāi)度異常的判斷及處理

王 磊

（中核集團(tuán)核電運(yùn)營(yíng)管理有限公司，浙江 嘉興 314000）

0 前言

穩(wěn)壓器的壓力對(duì)機(jī)組的安全至關(guān)重要，壓力過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)對(duì)機(jī)組的安全產(chǎn)生威脅。 壓力過(guò)高，會(huì)破壞一回路壓力邊界的完整性，導(dǎo)致壓力邊界出現(xiàn)破口（LOCA），冷卻劑喪失；壓力過(guò)低則會(huì)降低一回路冷卻劑的過(guò)冷裕度，使得堆芯冷卻劑沸騰，傳熱惡化，進(jìn)而使得燃料元件燒毀，大量放射性物質(zhì)外泄。 因此，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPR）針對(duì)穩(wěn)壓器壓力這一參數(shù)設(shè)置了較多的保護(hù)閾值，當(dāng)相應(yīng)的閾值觸發(fā)時(shí)，會(huì)引發(fā)對(duì)應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，如壓力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致停堆，過(guò)低則會(huì)引發(fā)停堆，安注；另外還會(huì)產(chǎn)生一些允許信號(hào)和閉鎖信號(hào)。

1 穩(wěn)壓器壓力控制原理簡(jiǎn)介

穩(wěn)壓器正常運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部的蒸汽和水處于汽液兩相的飽和態(tài)，兩相溫度相同，此時(shí)其內(nèi)部的壓力取決于兩相的溫度。電加熱器投入，液相溫度升高，更多的水變成了汽，壓力升高；噴淋投入，兩相溫度下降，部分蒸汽凝結(jié)成水，壓力下降。 利用此原理來(lái)控制穩(wěn)壓器的壓力。穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，通過(guò)改變穩(wěn)壓器噴淋閥的開(kāi)度和控制電加熱器的功率輸出，將壓力維持在整定值15.5 MPa 上。 穩(wěn)壓器壓力的實(shí)測(cè)值由四個(gè)壓力表（RCP005，6，13，14MP）經(jīng)過(guò)選擇開(kāi)關(guān)320 CC 次高選選出一個(gè)輸入到PID 調(diào)節(jié)器，與調(diào)節(jié)器本身的整定值15.5 MPa 相比較，并對(duì)壓力的偏差信號(hào)進(jìn)行PID 運(yùn)算。 PID 調(diào)節(jié)器的輸出即為補(bǔ)償壓差，用來(lái)對(duì)噴淋閥和比例式電加熱器實(shí)施連續(xù)控制，對(duì)通斷式電加熱器實(shí)施斷續(xù)控制。

正常在機(jī)組滿功率穩(wěn)定運(yùn)行情況下，4#機(jī)組主控室P9 盤的EN 上的參數(shù)為： 一回路壓力有效值即次高選值在15.375 MPa.g 附近波動(dòng)，PID 調(diào)節(jié)器的輸出在23%～25%之間輕微波動(dòng)。此時(shí)，4RCP001，002VP 全關(guān)，4RCP402，403RC 輸出的控制信號(hào)為0（紅標(biāo)為0），模擬盤十字燈顯示為綠燈。 雖然兩個(gè)正常噴淋閥顯示為全關(guān)，實(shí)際上由一個(gè)機(jī)械擋塊使閥門保持在一個(gè)很小的開(kāi)度上，以起到：保持穩(wěn)壓器內(nèi)水溫和化學(xué)成分的均勻性， 限制大流量噴淋對(duì)管線的熱應(yīng)力與熱沖擊，使比例式電加熱器以一個(gè)基值進(jìn)行調(diào)節(jié)的作用。

此時(shí)理論上，補(bǔ)償壓差為0，PID 調(diào)節(jié)器的輸出為25%，比例式電加熱器RCP003，004RS 的功率輸出為50%，以平衡兩臺(tái)噴淋閥的小流量噴淋帶來(lái)的冷凝和設(shè)備管道的自然散熱。

2 故障回顧

2016 年02 月02 日，夜班，主控操縱員巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)模擬盤上的4RCP002VP 對(duì)應(yīng)的十字燈亮起，4RCP001VP 的十字燈顯示為綠燈，4RCP403RC 的紅標(biāo)（4RCP002VP 閥門開(kāi)度要求值）在 0%～5%之間輕微晃動(dòng)，4RCP402RC 的紅標(biāo)（4RCP001VP 閥門開(kāi)度要求值）為略高于0%的一個(gè)值，指針靜止不動(dòng)。 而此時(shí)4RCP401RC（穩(wěn)壓器壓力控制器）的輸出為23%左右波動(dòng)。此時(shí)的機(jī)組狀態(tài)為：一回路壓力 15.5 MPa.a，一回路平均溫度310 ℃，電功率660 MW。

3 故障分析

正常噴淋閥是CC1-A（關(guān)鍵1 級(jí)）設(shè)備，一旦失效會(huì)引起自動(dòng)或手動(dòng)停堆、停機(jī)等重大事件，所以該故障需盡快處理。

首先，該分析故障的關(guān)鍵點(diǎn)是，4RCP002VP 是否真的已經(jīng)部分開(kāi)啟，因?yàn)殚_(kāi)與沒(méi)開(kāi)，性質(zhì)，后果是完全不一樣的。 如果閥門沒(méi)有開(kāi)啟，而僅僅是閥門的限位顯示故障或者4RCP403RC 的指針指示不準(zhǔn)， 或者其他原因，則后果沒(méi)有那么嚴(yán)重；如果閥門實(shí)際上已經(jīng)真實(shí)有了一定的開(kāi)度，則噴淋流量就會(huì)增加，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器上部的更多的蒸汽的冷凝，壓力下降，PID壓力調(diào)節(jié)器輸出減小， 電加熱器的功率輸出增加，以維持穩(wěn)壓器壓力在整定值。

那如何判斷這個(gè)故障到底僅僅是閥門限位故障，4RCP403RC 指針指示不準(zhǔn)， 還是噴淋閥4RCP002VP真實(shí)有了開(kāi)度，或還是別的缺陷，這需要逐個(gè)的鑒別。因?yàn)槿魏喂收蟿傄怀鰜?lái)，首先需要我們運(yùn)行的通過(guò)自己的分析去給出一個(gè)盡可能精確的故障定位，然后才能要求維修人員按照我們所提供的方向去針對(duì)性地檢查相關(guān)的設(shè)備和器件；不能沒(méi)有運(yùn)行的判斷就讓維修盲目地去檢查。那么接下來(lái)就對(duì)以上幾種可能的故障原因進(jìn)行逐一的分析。

3.1 閥門限位故障

若僅僅是閥門的限位指示故障，閥門本身還保持在關(guān)閉位置，則缺陷不是很嚴(yán)重。并且若該現(xiàn)象成立，則以下各參數(shù)應(yīng)與正常運(yùn)行的情況相符：

（1）一回路壓力穩(wěn)定在15.4MPa.g，4RCP401RC（穩(wěn)壓器壓力控制器）的輸出在23%～25%之間輕微波動(dòng)；而實(shí)際值為4RCP401RC 的輸出為23%，一回路壓力為15.375MPa.g，壓力滿足要求，PID 調(diào)節(jié)器的輸出也滿足正常的調(diào)節(jié)范圍， 至少?zèng)]有明顯偏離23%～25%的正常波動(dòng)范圍。

（2）再來(lái)看看手操器4RCP403RC，該手操器的紅標(biāo)，即噴淋閥4RCP002VP 的要求開(kāi)度值，正常情況下，該要求開(kāi)度值為0，而此時(shí)的要求開(kāi)度值在0%～5%之間輕微晃動(dòng)， 對(duì)比4RCP402RC 的紅標(biāo)為略高于0%的一個(gè)值，指針靜止不動(dòng)，4RCP001VP 的模擬盤十字燈為綠燈。 眾所周知，主控室的各手操器的指針指示不是很精確，普遍都有一個(gè)誤差，而5%只是手操器紅標(biāo)刻度上的一小格， 因此 4RCP403RC 的紅標(biāo)在0%～5%之間輕微晃動(dòng)，也不能認(rèn)為4RCP403RC 就一定有了輸出。 由于，穩(wěn)壓器正常噴淋閥處于反應(yīng)堆廠房，正常運(yùn)行情況下，進(jìn)去不易，除非生產(chǎn)領(lǐng)域的副總簽字同意；所以，無(wú)法去現(xiàn)場(chǎng)直接檢查閥門的本體情況。

因此綜合以上分析， 噴淋閥4RCP002VP 的限位故障是可能存在的。

3.2 4RCP002VP 的手操器故障

手操器4RCP403RC 正常情況下的輸出信號(hào)為0， 只有當(dāng)PID 調(diào)節(jié)器的輸出大于等于39.59%時(shí)，正常噴淋閥才開(kāi)始開(kāi)啟，而此時(shí)PID 調(diào)節(jié)器的輸出只有23%，因此4RCP403RC 輸出應(yīng)該為0，而實(shí)際上，此時(shí)4RCP403RC 的紅標(biāo)在0～5%之間輕微晃動(dòng)，考慮到主控室的手操器的指針普遍不是很精確， 也不能斷定4RCP403RC 有輸出。

若手操器真實(shí)故障，那此時(shí)最大的風(fēng)險(xiǎn)為故障手操器的輸出擴(kuò)大，導(dǎo)致噴淋閥開(kāi)度加大，噴淋流量增加，穩(wěn)壓器壓力急劇下降，引發(fā)停堆，甚至安注。 為了排除手操器的故障，將4RCP403RC 置于手動(dòng)，撥動(dòng)撥桿全關(guān)，此時(shí)4RCP002VP 的模擬盤綠燈亮起，排除了手操器的故障。 同時(shí)懷疑4RCP002VP 之前確實(shí)有了開(kāi)度。

3.3 4RCP002VP 真實(shí)有開(kāi)度

假設(shè)此時(shí)4RCP002VP 的模擬盤十字燈亮可信，閥門真實(shí)有開(kāi)度，但開(kāi)度較小，噴淋流量稍微增加，引起PID 壓力調(diào)節(jié)器的輸出稍微減小，電加熱器輸出功率略有增加， 最終使得穩(wěn)壓器壓力不變， 穩(wěn)定在了15.4MPa.g 附近， 這也是有可能的。 下面就對(duì)噴淋閥4RCP002VP 的開(kāi)度進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。 在KIT 中調(diào)出以下參數(shù)的趨勢(shì):4RCP700EU(穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)器輸出)，4RCP002MT （1# 主 泵 出 口 的PZR 噴 淋 管 線 溫度），4RCP003MT （2# 主泵出口的PZR 噴淋管線溫度），4RCP001VE（穩(wěn)壓器壓力有效值）。 將二者進(jìn)行仔細(xì)對(duì)比（機(jī)組均處于滿功率運(yùn)行期間）。 對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，相同點(diǎn)有：（1）在此時(shí)間段內(nèi)，兩種情況的穩(wěn)壓器壓力有效值一致， 穩(wěn)定且無(wú)明顯的波動(dòng)；（2）4RCP002MT（正常噴淋閥4RCP001VP 上游的噴淋水溫度計(jì)）在兩種情況下顯示均平穩(wěn)，且基本一致，約為282℃；理論情況下，若不考慮散熱損失等因素，正常噴淋閥上游的溫度應(yīng)與主泵出口一環(huán)冷段上的冷卻劑溫度相同。滿功率情況下，一回路冷段冷卻劑溫度為294℃，但考慮到主泵出口標(biāo)高為+8 m，4RCP002，3MT 的標(biāo)高為+24 m，高度差有16 m，盡管管道包裹有保溫層，但由于管內(nèi)外溫差較大， 噴淋水仍有較多的熱量散出，導(dǎo)致正常噴淋閥上游溫度往往小于主泵出口冷段溫度，略小12～14℃。

不同點(diǎn)有：

（1）PID 壓力調(diào)節(jié)器的輸出在兩種情況下均有波動(dòng)，波動(dòng)幅度差不多；故障期間，PID 調(diào)節(jié)器的輸出最小為22.36%，最大為24.99%；正常情況，PID 調(diào)節(jié)器的輸出最小為23.9%，最大為25.82%，數(shù)值均略高于故障期間，而且兩種情況下的坐標(biāo)系相同，目測(cè)觀察可以較清楚地發(fā)現(xiàn)， 該時(shí)間段內(nèi)， 故障情況對(duì)應(yīng)的PID 調(diào)節(jié)器輸出的平均值要小于正常情況所對(duì)應(yīng)的PID 調(diào)節(jié)器輸出的平均值；

（2）正常情況下，4RCP003MT（正常噴淋閥4RCP002VP 上游的噴淋水溫度計(jì)）的值一直非常平穩(wěn)， 為286.5℃。 而故障情況下，4RCP003MT 的值由288.82 ℃緩慢漲至290.13 ℃，后又緩慢下降至288.83℃，之后一直在288.8～290.13 ℃之間輕微波動(dòng)，但不小于288.5 ℃。 由此可以看出，4RCP002MT 在正常和故障兩種情況下顯示溫度一致， 而4RCP003MT 在故障情況下的數(shù)值明顯大于正常情況下的數(shù)值，差額至少有2 ℃。 可以判斷出，4RCP001VP 運(yùn)行沒(méi)有問(wèn)題，4RCP002VP 運(yùn)行可能有異常，即：4RCP002VP 有局部開(kāi)度，導(dǎo)致噴淋流量增加，因此4RCP003MT 溫度上漲， 明顯高于正常值。 并且4RCP403RC 的紅標(biāo)在0%～5%之 間 輕 微 晃 動(dòng)，4RCP003MT 也 在288.8 ～290.13 ℃之間輕微波動(dòng)，懷疑4RCP002VP 的真實(shí)開(kāi)度很可能也在輕微的波動(dòng)。 而且，故障期間PID 調(diào)節(jié)器輸出較正常偏低一些， 可以再次確認(rèn)4RCP002VP真實(shí)有了局部開(kāi)度。

3.4 結(jié)論

綜上所述，基本可以判斷，4RCP002VP 限位十字燈亮真實(shí)， 即閥門已經(jīng)離開(kāi)全關(guān)限位； 手操器4RCP403RC 可用，且其到閥門本體的控制回路正常。故障很有可能來(lái)自手操器4RCP403RC 上游的信號(hào)回路。 將上述判斷反饋給維修儀控人員，引導(dǎo)其沿此方向檢查， 最終發(fā)現(xiàn)4RCP002VP 對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)卡件4RCP403RG 輸出高漂， 正好處在閥門限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作的臨界點(diǎn)上， 導(dǎo)致主控顯示4RCP002VP 的限位十字燈亮。 更換卡件后， 投入2 組通斷式加熱器， 隨著4RCP401RC 的輸出增加到40%時(shí)，4RCP001/002VP相繼自動(dòng)開(kāi)啟，隨著4RCP401RC 的增大，兩臺(tái)閥門開(kāi)度增大，開(kāi)度基本保持一致，4RCP002VP 手自動(dòng)切換正常。故障判斷正確并成功處理。由此可見(jiàn)，機(jī)組出現(xiàn)異常，即使現(xiàn)象不明顯，只要經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析，仍有可能找到問(wèn)題的根源。

4 正常噴淋閥的其他異常及處理

根據(jù)邏輯圖分析，正常噴淋閥平時(shí)是運(yùn)行在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)， 在模擬控制信號(hào)喪失或SAR 儀用壓空失去的情況下，閥門保持在關(guān)閉狀態(tài)；在48V 繼電器失電情況下，閥門保持在自動(dòng)控制狀態(tài)。

（1）正常情況下，噴淋閥保持關(guān)閉（在小流量擋塊上），比例式電加熱器保持約50%的功率輸出。此時(shí)喪失模擬信號(hào)或閥門失氣， 閥門保持在關(guān)位置不變，對(duì)穩(wěn)壓器的壓力控制不會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)。 若此時(shí)，噴淋閥有了局部開(kāi)度（如在大流量稀釋或硼化，較多地改變主回路硼濃度，有通斷式電加熱器投入時(shí)），單個(gè)閥門突然的失氣失電， 會(huì)導(dǎo)致該閥關(guān)閉， 穩(wěn)壓器壓力上漲，PID 輸出增加， 另一臺(tái)完好的噴淋閥開(kāi)度會(huì)增加，最終可以將壓力穩(wěn)定在15.4MPa.g。

（2）若噴淋閥的控制回路故障，如輸出信號(hào)高漂，滿漂等導(dǎo)致噴淋閥開(kāi)度增大甚至全開(kāi)，則會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器的壓力急劇下降，甚至引發(fā)安注。噴淋閥故障開(kāi)大，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器壓力降低， 比例式加熱器功率輸出增加，若壓力繼續(xù)下降，通斷式加熱器投入。 若此時(shí)，仍無(wú)法穩(wěn)住穩(wěn)壓器壓力， 則應(yīng)盡快停運(yùn)對(duì)應(yīng)環(huán)路的主泵，RCP001VP 對(duì) 應(yīng) 的 是1#主 泵，RCP002VP 對(duì) 應(yīng) 的是2#主泵，以終止壓力的下降。 若此時(shí)P7 存在，一臺(tái)主泵停運(yùn)則會(huì)導(dǎo)致緊急停堆，若核功率＜P7，則不會(huì)導(dǎo)致停堆。若P7 雖然存在，但穩(wěn)壓器壓力下降過(guò)程較為緩慢，有充足的時(shí)間降功率，則應(yīng)以最快的30 MW/min的速率降負(fù)荷至P7 以下，再停運(yùn)相應(yīng)的主泵。已盡可能地避免壓力低所導(dǎo)致的停堆，安注。由此可見(jiàn)，正常噴淋閥故障開(kāi)的危險(xiǎn)性要比故障關(guān)大得多。