核电M310机组稳压器喷淋管线温度异常控制及改进研究

核电M310机组稳压器喷淋管线温度异常控制及改进研究

张晓峰 赵洋城

福建福清核电有限公司

摘要：稳压器是M310机组一回路压力边界重要设备之一，其作用是将一回路的压力维持在整定值附近，防止一回路冷却剂汽化。稳压器喷淋阀则是控制一回路压力维持恒定的设备，在一回路压力控制方面起着至关重要作用。然而，由于喷淋阀长期小开度运行，常常出现喷淋管线温度异常问题，使得一回路压力控制偏离额定运行工况。本论文通过对稳压器喷淋阀研究，提出机组控制和改进建议，为其他同类型原理机组提供参考！

关键词：稳压器、喷淋阀、压力控制、核电机组

一、引言

核电M310机组稳压器由容器、波动管路、电加热器组、喷淋管路、安全阀组和仪表组成，其将一回路的压力维持在15.5MPa.a的整定值附近。稳压器内贮有两相状态的水，水和蒸汽都处在确定的压力所对应的同一温度上，依靠喷淋阀和加热器进行压力调节。压力下降时，接通“通断式”或比例式电加热器，提高稳压器压力；压力高时，开启喷淋阀以降低稳压器压力；压力高高时，开启安全阀，防止一回路系统超压。

稳压器两条喷淋管线分别接到一回路两个环路的冷管段，每个管线上有一个自动控制的气动阀，即喷淋阀。阀门带连续喷淋的小档块，即下限位器，当阀门处于关闭位置时，下限位器使阀门处于微开状态，形成一定的泄漏流量作为连续喷淋的流量。连续喷淋的作用包括保持稳压器内的水温与化学成分的均匀性、限制在大流量喷淋启动时对喷淋管的热应力和热冲击以及均衡稳压器和一回路中的硼浓度。在每条喷淋管上设有一个测温装置，温度过低表示连续喷淋流量不足。

然而，在机组功率运行期间，稳压器喷淋阀前经常出现温度异常升高或降低，偏离两条喷淋管线温差在5℃以内的期望，而这是由于稳压器喷淋阀设备异常所致。由于喷淋阀位于反应堆厂房且存在放射性，机组功率运行期间无法立即开展维修，给机组安全运行带来一定隐患。

二、稳压器喷淋阀损坏的机理

稳压器喷淋阀阀芯阀座结构原理如下，执行机构驱动阀杆作旋转运动，阀杆与阀芯为花键连接，带动阀芯转动，转动角度不同，阀芯V型开口与阀座形成的流道大小不同，介质流量也随之变化，阀座碟簧给予阀座向外弹出力，从而使阀座与阀芯贴合。

根据机组历次大修对喷淋阀的检修情况，喷淋阀出现的主要问题包括：①阀芯阀座磨损，即阀芯表面磨损、阀座密封面磨损，使阀芯阀座贴合密封不严，引起内漏，造成介质流量增大，使管线温度升高。②花键磨损，即阀杆花键磨损，造成阀杆与阀芯配合松动，阀杆转动时，由于松动阀芯转动角度出现偏差，此时阀芯会过开或过关。如过关，造成介质流量减小，使管线温度降低；如过开，造成介质流量增大，使管线温度升高。③碟簧、阀座卡环缺陷，包括碟簧断裂，阀座卡环断裂，是阀座无法回弹，导致阀座与阀芯间无法紧密贴合出现间隙，介质流量增大，使管线温度升高。而阀门损坏究其根源就是喷淋阀长期在小开度工况下冲刷、振动等，导致其运行工况极其恶劣。

三、稳压器喷淋管温度异常后干预策略

根据稳压器的连续喷淋调节技术要求，两条喷淋管线需同时满足稳压器压力控制器在24.9 %±1%（24.9 %表示比例式电加热器在50%功率）和喷淋管线温差小于5℃。对稳压器喷淋管线温差限值分析后，表明喷淋管线在小流量时，温差不大于32℃的情况下，在电厂寿期内，对应喷淋管道满足RCC-M规范的相关要求，不影响系统设备正常运行，日常运行期间喷淋管线温度按照反应堆冷却剂系统报警规程不低于260℃即可。故而在功率运行期间建立了以下标准行动。

当喷淋管线温度出现异常缓慢上涨时，触发条件及行动如下：①若比例式加热器输出功率＜80%，保持观察，监视比加输出功率；②若比例式加热器输出功率达到80%，手动投运一个功率较小的通断式加热器，观察比例式加热器输出功率在80%以下，否则继续投入一组功率较大的通断式加热器；③若两组通断式加热器均投入后，比例加热器输出功率仍超过80%，立即联系专业进行评估，决定是否对喷淋阀限位挡块实施调整；④如因阀门内漏缺陷自发性减小，观察比例式加热器输出功率连续或多次波动至20%以下，手动退出一组已投入的通断式加热器，如比例式加热器输出功率仍连续或多次波动至20%以下，继续退出第二组通断式加热器；⑤机组调峰期间，尽可能保持喷淋阀在关闭状态，若需投入通断式电加热器，可调整投运通断式加热器的个数，避免喷淋阀在小开度情况下运行。具体干预目标为比例式加热器功率功率稳定输出控制在20%-80%，在这期间，极化喷淋不可用，机组如需要升降功率则采用手动投入通断式电加热器的方式。

当喷淋管线温度异常缓慢下降时，触发条件及行动如下：当喷淋阀前温度下降至265℃前，保持观察；当喷淋阀前温度下降至265℃且无回升趋势时，为喷淋阀设置偏置增加喷淋阀开度。具体干预目标为实施偏置时，以喷淋管线温差≤5℃或比例式加热器输出功率到达70%功率为停止偏置条件。在偏置调整后，极化喷淋将不可用，机组如需升降功率要采用手动投入通断式电加热器或其他方式，涉及投运极化喷淋的定期试验采取也需投入通断加热器方式进行。

四、稳压器喷淋管温度异常改进

由于稳压器连续喷淋的需要，喷淋阀长期处于小开度的恶劣运行条件，这也导致上述问题长期存在。那么要从根源上解决问题，实际可采取以下方式。

首先，喷淋阀脱离小开度运行方式。对于稳压器喷淋阀，可以采用手动投入通断式电加热器，使得喷淋阀部分开启稳定一回路压力；另一种是投入极化运行方式，使得喷淋阀在固定开度，通过比例式电加热器稳定一回路压力。第一种方式，喷淋阀阀由于扰动，实际也是有一定幅度的开度波动，而第二种方式，喷淋阀处于固定开度，更加有利于阀门的运行，但两种方式均有连续水流通过阀门，实际也是会有流体导致振动等情况，只是相对于小开度略有缓解。

其次，实施可使喷淋阀长期处于关闭状态的技改。由于喷淋阀下设挡块的存在，阀门处于小开度，长期冲刷、振动和磨蚀严重，可以通过增加旁路阀来实现连续喷淋，从而取消喷淋阀挡块，使阀门处于可靠关闭状态。这种方式既减少了喷淋阀冲刷振动，又实现了连续喷淋的目的。

以上两种方式，第二种可以说是长效机制，一劳永逸，但对于核一级设备改进需要设计院论证、国家核安全局批准以及水压试验验证，实施起来周期长；而第一种方式，可作为第二种方式的过度替代，同时由于电加热器的长期运行，对其可靠性是一种考验，而且增加了厂用电率。

五、结论

M310核电机组稳压器喷淋阀温度异常是一个比较常见的问题，大修检修期间控制检修质量十分关键，但要从根本上解决问题，还是需要从改变设备运行环境上着手。对于已经商运机组，要逐步推动设备技改；对于尚处于设计调试阶段机组，应重视并从设计上消除该问题。

六、参考文献

［01］施宝新.核一级稳压器喷淋阀特性分析与结构设计［J］.阀门，2019（06）：10-11.

［02］祁崇可.核电厂稳压器喷淋阀阀芯结构和等百分比流量特性补偿研究［D］.兰州理工大学，2016．

［03］张翔． 稳压器连续喷淋调节方法与常见问题分析［Ｊ］．科技视界，2018，7（32）：224-225．

作者简介：

张晓峰，福建福清核电有限公司，高级工程师，长期从事核电厂运行工作；

赵洋城，福建福清核电有限公司，工程师，长期从事核电厂运行工作。