CP300核电厂蒸汽旁路排放系统简析

黄海红

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

1 系统功能

CP300核电厂旁路排放总管从主蒸汽母管引出，通向旁排母管，旁排阀由旁排母管接出。旁排动作时，5.34~6.32MPa，268.1℃的蒸汽首先经旁排阀和节流孔板，压力降为0.588MPa，接着蒸汽进入旁排箱，在旁排箱里扩压并冷却后，其压力降至0.03MPa，温度降为77℃，排入凝汽器。

核电站如100%甩去外界负荷，带厂用电运行，反应堆负荷分配如下：70%负荷由蒸汽旁路排放系统承担，其余30%负荷分配如下：汽机空载耗汽7%，带厂用电5%，反应堆自调10%，大气释放阀排放余下部分8%（实际本机组带厂用电负荷为7%左右，上述甩负荷时大气释放阀排5%即可满足）

旁排系统能在以下几个阶段发挥作用：

正常启动过程中，当凝汽器真空正常后即可投入旁排系统。通过控制旁路排放蒸汽流量，在汽机低负荷时控制主蒸汽母管压力，高负荷时参与控制一回路平均温度，维持一二回路功率平衡。特别当电站甩去100%外界负荷时，与（功调系统、稳压器压力、水位调节系统、SG水位调节系统及大气释放阀）配合，避免反应堆停堆和主蒸汽安全阀动作，维持汽轮机组带厂用电运行。在不开启安全阀和大气释放阀，并不引起反应堆停堆的情况下，能承受70%额定负荷的甩负荷。每只阀能承担17.5%的额定排放量。在不打开安全阀或动力卸压阀的情况下进行紧急停堆或汽轮机停机。事故停堆时，能够排放掉反应堆的储能，在安全阀不动作情况下，使反应堆恢复至热态零功率（Tavg=280℃）。

反应堆停堆冷却过程中，凝汽器真空正常，可通过手动控制主蒸汽旁路排流量开度，实现要求的降温速率。使反应堆从热停堆状态开始，直到反应堆余热排出系统投入为止，进行受控冷却。

在热停堆无负载情况下，维持反应堆冷却剂平均温度。在电厂启动和正常停机期间，能控制主蒸汽母管压力至操作员设置的设定值，实现主蒸汽平衡以便汽轮机起动。汽机冲转或并网前适当提高反应堆功率，保持主蒸汽旁路排一定流量，在汽机冲转过程或并网后，旁排控制系统自动减少旁路排放流量，可减少冲转或并网时一回路参数波动幅度。

旁排控制系统的设计原则是“关为安全”。在冷凝器真空破坏，或反应堆低-低平均温度（255℃）情况发生时，快速关闭旁排阀，禁止蒸汽排放。

2 系统组成

蒸汽旁路排放系统主要由以下几个方面的设备组成。

旁路排放总管。Ф559mm×25mm，直径为559mm，管壁厚25mm。

旁排母管。Ф660×50mm。

旁排阀。共四只，液动。

多级节流孔板。除了节流降压外，还起减少旁排阀前后压差，改善其磨损、共振和噪音的作用。

旁排箱。共四只，其中1#、3#旁排箱设置在1#凝汽器接颈侧板上，两只旁排箱左右对称布置。2#、4#旁排箱设置在2#凝汽器的相同位置上。

喷水减温阀。控制减温水流量通过喷嘴雾化，冷却进入旁排箱的蒸汽，降温降压后的汽水混合物一起进入凝汽器。

其他管道和输水管疏水管。旁排系统处于热备用状态，疏水管应保持疏水通畅，以免在紧急投运时会引起管道振动以致损坏设备。

主蒸汽旁路排放控制系统采用瑞士苏尔寿公司的Av-6控制系统，其系统组态能力强，调节特性好。Av-6控制系统控制四只旁路排放阀、四只对应的喷淋阀和两只喉部喷水阀的开度。四只旁排阀采用顺序方式工作，即在调节开启时，四只旁排阀依次开启，将蒸汽直接排入冷凝器。每只旁排阀均具有快速开启（3秒）和快速关闭（5秒）的功能，按照控制系统的指令，快速开启或关闭。

3 系统主要设备特性

3.1 旁排阀特性

当汽机脱扣，旁排阀接到开启讯号后，在设计的主蒸汽压力范围内，全行程快开3秒钟。

旁排阀接到关闭讯号后，在蒸汽压力由0.686MPa到主蒸汽系统设计压力范围内，全行程快关3秒钟。

蒸汽压力在0.686MPa到主蒸汽设计压力范围内，能进行比例调节，全行程比例调节20秒种。

控制电磁阀断电时旁排阀关闭，保持安全状态。

在整个调节范围内，任何一个排放阀流量振荡不应超过阀门额定流量的±1%。

3.2 旁排箱喷水减温调节阀特性

主蒸汽通过旁排阀进入旁排箱时，减温阀控制减温水流量通过喷嘴雾化，冷却旁路蒸汽，汽水混合物一起进入凝汽器。

旁排阀开时，喷淋阀自动地转换到自动方式，喷淋阀自动跟踪旁排阀的开度

1.2.1 细胞培养 MDA-MB-231细胞所用培养基为含10%新生牛血清，100 U/ml青霉素和100 μg/ml链霉素的DMEM培养基，37 ℃ CO2培养箱中培养传代。

旁排阀动作时相对应凝汽器喉部喷淋阀动作。在旁排蒸汽进入凝汽器的同时，喷淋水阀自动打开形成水幕，防止蒸汽冲向汽轮机。

当接到打开讯号后，开度与流量关系应满足：在5%开度内，流量从0以线性关系增至5t/h，开度自5%-100%时，流量从5t/h→24t/h。

当接到打开讯号后，阀前蒸汽压力与开度关系应满足：在5%开度内，阀后压力从0增加至1.76MPa，当阀开度继续增加至100%时，阀后压力应从1.76MPa增加至1.96MPa。

3.3 旁排仪控系统特性

旁路排放控制系统具有平均温度（Tavg）方式、主蒸汽母管压力（Ps）方式及脱扣排放方式三种运行方式；且有手操方式作后备。它的主要控制参数为主蒸汽母管压力。另外，还设置了鉴别回路，用来判定允许开启的旁排阀的数量，以防止排放过量。

1）Ps方式用于核电厂启、停堆时的低负荷运行（15%额定满负荷蒸汽量以下）工况。

Ps方式就是由操作员给出压力设定值，主蒸汽旁路排放控制系统调节旁排阀的开度，将主蒸汽母管压控制在设定值。在机组启动或正常停机，负荷小于15%额定负荷时，旁排控制系统采用该方式运行。负荷为15%额定负荷时，由操作员手动切换至Tavg方式。Ps方式下，仅允许两只旁排阀开启。

2）Ta方式主要用于核电厂高负荷运行 （大于15%额定满负荷蒸汽量）工况。

该方式为旁路排放控制系统的主要运行方式，当发电机组的负荷大于15%额定负荷运行时，采用该方式。旁路排放系统将根据一回路平均温度转换得到的参考母管压力与主蒸汽母管的实际压力之间偏差，来决定旁排阀的开度。该方式下，设有10%额定负荷的死区，即部分甩负荷小于10%额定负荷时，旁排阀不动作，而由一回路负荷瞬间，快速响应，承担汽机甩去的负荷。当甩负荷大于某只旁排阀的快开设定值时，该阀快速开启。另外，由汽机第一级压力转换来的汽机负荷（Tload）同由平均温度转换来的反应堆负荷堆（RLoad）比较后，作为前馈信号，来调节旁排阀开度，使得旁排控制系统动作更快、调节特性更好。

在本控制方式下，甩负荷时，由甩负荷控制器控制排放阀的开度。停堆后，则由脱扣控制器控制。

（1）甩负荷比例排放。甩负荷控制器接收参考平均温度信号和一回路冷却剂高选平均温度信号之差：

其中：TSDE——温度偏差；

TAvg——冷却剂高选平均温度；

Tref——参考平均温度，它是汽轮冲动级压力的函数；

τ12、τ11——超前滞后环节时间常数。

当电厂在稳压运行时，TSDE＝0，表示一、二回路功率平衡；当甩负荷时，TSDE＞0。

甩负荷控制器的输入/输出持性如下图所示，按此特性去控制排放阀的开度。

图1 甩负荷控制器特性曲线

TSDE信号还要送入定值器1H～4H，定值器输出特性如下表所示，四个排放阀在定值器输出快开信号作用下，三秒钟打开。

表1

（2）反应堆脱扣排放。当接到反应堆脱扣信号时，排放阀受脱扣控制器控制，脱扣控制器的输入信号为：

其中：Tew＝反应堆零功率时的一回路冷却剂平均温度定值为280℃。

脱扣控制器的特性如下图所示，按此特性控制排放阀的开度。

TSDE信号还送入定值器5H和6H，定值器输出排放阀快开信号。当 7.0℃＜TSDE＜14.0℃时，1#、2# 阀快开，而 3#、阀的开度受脱扣控制器控制； 当 TSDE＞14.5℃时，1#、2#、3#、 阀全部在 3 秒钟内快开； 当 TSDE＜7.0℃时，此三阀均受脱扣控制器控制。

3）Ta方式与Ps方式通过一只排放方式选择开关手动切换。

反应堆脱扣时，旁排系统自动处于该方式。在该方式下，没有10%额定功率的死区。且仅允许三只旁排阀开启。

鉴别回路用来判定甩负荷的大小，并根据旁排控制系统的运行方式和甩负荷大小给出最多允许开启的旁排阀数。并按照汽轮发电机组的运行情况，在冷凝器低真空和一回路低一低平均温度等危急情况下，发出快速关闭旁排阀信号，禁止蒸汽排放。

图2

4 系统运行

注意事项：

1）使用旁路排放系统时，凝汽器真空必须在正常范围内。

2）正常运行时旁路排放管道至凝汽器手动疏水阀应常开，疏水控制阀投自动，以保持旁排管道处于热备用状态。

3）当用旁路排放来冷却一回路时，应遵守一回路降温降压速率限制。

4）四只旁排阀开启顺序依次为1号、2号、3号、4号。

5）检修在现场做好排油准备才能允许进行蓄压器排油工作。

6）下列几种情况下旁路排放将被闭锁。

（1）任一冷凝器真空低于 615mmHg（2/3）；

（2）任一环路RCS平均温度（2/4）低于264℃与P11与P15符合；

（3）凝汽器不可用：综合信号与任一凝汽器循环水压力低（＜0.03MPa）信号；综合信号包括（冷凝器A/B喉部温度高80℃、旁排减温水压力低1.18MPa、旁排阀后A/B/C/D压力高、热井A/B水位高、低真空）；

（4）手动紧急关闭按钮。

5 典型事件及分析

经验反馈

5.1 ZTBG-200508012：2# 旁排阀突开

2005年8月10日13：30，2#旁排阀意外开启，运行人员迅速判明故障按下旁排“紧急关闭"按钮。14：20经专业人员讨论后试图重新将旁排控制系统投入“自动”。首先确认AV6系统处于紧急关闭状态，2#旁排阀前手动截止阀关闭。复位旁排“紧急关闭”旋钮，按“Reset”键，发现AV6盘2#旁排阀再次开启。后经多方努力，排除了种种故障可能，于该日23：10重新将旁排控制系统投入“自动”运行成功。现记录其处理过程如下：

1）仪控更换旁排控制柜2#旁排阀的RK10卡件（控制2#旁排阀伺服阀的元件），执行安措如下：

（1）确认AV6系统处于紧急关闭状态，2#旁排阀前手动截止阀关闭。

（2）断开2#旁排阀的RK10(CA43)卡件的电源。

（3）拔下此卡件。

（4）将新的RK10卡件电源开关放在OFF位置，插入机柜。

（5）确认接触好后，将RK10卡件送电，电源开关打至ON位置。

（6）调整RK10卡件的参数，调整4点为2.5，12点值为0.02，检查4个旁排阀输出为零。

（7）恢复旁排系统。

仪控人员更换好RK10卡件后，运行人员执行第7步恢复旁排系统。首先复位旁排“紧急关闭”旋钮，按“Reset”键，发现AV6盘2#旁排阀迅速开启，约15秒至全开位置；就地人员也报告在该时刻2#旁排阀开启，约3秒钟全开。仪控人员遂断开RK10卡件电源，继续讨论下一步方案。

2）经讨论后专业人员认为可能是旁排快开回路的油引起2#旁排阀开启，也即2#旁排阀的快开电磁阀存在误开或内漏的可能，决定通过下列试验步骤来验证一下：

（1）仪控测量2#旁排阀快开电磁阀在失电状态（该电磁阀失电关），电信号正常。

（2）关闭2#旁排阀快开进油阀PKY-23V,并给2#旁排阀快开蓄压器PKY-04B卸压。

（3）给RK10卡件送电，在就地通过2#旁排阀伺服阀关闭2#旁排阀。待2#旁排阀关闭后闭锁其伺服阀。

（4）缓慢打开PKY-23V，观察2#旁排阀状态。

在执行至第3步，就地人员报2#旁排阀关闭后，还未来得及闭锁其伺服阀，2#旁排阀又重新开启。因此时2#旁排阀快开进油回路已被隔离卸压，故排除了快开油路引起2#旁排阀开启的可能。

3）仪控更换2#旁排阀伺服阀及其闭锁单元，执行安措如下：

（1）确认2#旁排阀前手动截止阀关闭，断开2#旁排阀的RK10的电源置OFF；

（2）手动关闭2#旁排阀伺服阀进油、回油阀PKY-21V,PKY-22V；

（3）手动关闭2#旁排阀快开进油阀PKY-23V及减温水阀进油阀PKY-25V/26V；

（4）手动关闭2#旁排阀快关进油阀PKY-24V，拆除伺服阀、闭锁单元信号线；

（5）更换2#旁排阀伺服阀，闭锁单元，恢复伺服阀、闭锁单元信号线；

（6）手动打开2#旁排阀的PKY-21V/22V/23V/24V/25V/26V；

（7）恢复2#旁排阀RK10卡件的电源，将电源开关放置在ON位置。

在执行至第7步,RK10卡件送电后，主控和就地均观察2#旁排阀自动关闭正常。然后在就地通过2#旁排阀伺服阀继续开关2#旁排阀一次，以排去2#旁排阀控制油路中的气体。

最后，重新将旁排系统投入自动。在AV6盘按“Reset”键后，将旁排控制系统投入自动正常，再依次将4只旁排减温水阀投入自动正常。

5.2 内部经验反馈：3#旁排阀频繁开启处理

2008-3-17从下午两点至五点半，3＃旁排阀频繁自动误开启，每次持续时间长短不一，最长接近一分钟；每次开度均很小，最大到7%左右，同时1#低压缸喉部喷淋控制阀JWS-14V自动开启、1#低压缸后轴封气压低报警、主蒸汽母管压力同步降低 （最大降幅为0.3kgf/cm2左右）、一回路平均温度下降（最大降幅约为0.2℃左右）、反应堆功率由908Mwt升至910Mwt；二回路值班员报1#旁排油泵减压阀后压力为88bar，比16日（90bar）略有降低；主给水流量、蒸发器液位正常。值长立即联系仪控相关人员进厂处理，随后汇报相关领导。

经仪控人员在现场和主控CP5120机柜查看后，怀疑故障可能由以下几个原因引起：（a）伺服驱动卡LK10卡件故障，造成送至现场的指令信号变化，从而引起动作；（b）端子接触不良，造成信号抖动；（c）伺服阀本体故障，造成伺服阀两边进油压力不平衡，阀门动作。随后经研究决定，开票在LK10的输出端子上接入8841记录仪，监视是否有开阀信号输出，从而确认是LK10卡件故障还是现场设备故障,然后根据具体原因确定进一步处理方案。

3#旁排阀伺服阀故障小开度开启

2006-04-13 12：20发现CB-504盘旁排AV6喷淋阀退出自动无法切回自动，而旁排此时在“自动”模式。12：35发现旁排自动切至“手动”模式，盘上“故障报警”灯闪亮，就地发现1#旁排油泵每隔1分钟左右启动一次，每次都是启动3到4秒就自停，旁排油压只能从90公斤打至95公斤，2#旁排油泵不启动。后将旁排油泵联锁由“1#、2#”分别切至“1#”、“2#”，对应的旁排油泵启动间隔1分钟左右，旁排油压只能从90公斤打至95公斤，且每次都是旁排控制盘上“故障报警”灯闪亮3次左右对应的旁排油泵自动启动。将旁排油泵联锁解除，由就地手动启停旁排油泵控制旁排油压在100公斤至155公斤。17：30检修开票查找AV6控制柜旁排油泵控制元件故障。21：45检修将旁排卡件柜中八个快关电磁阀线包端子拆下回装后故障消失。更换NN40电源卡件，旁排恢复正常运行。

初步判断电源卡件带载能力不足，更换NN40电源卡件后正常。

6 结论

CP300核电厂旁排系统虽为非核级系统，但是，其对于整个电厂系统的稳定运行和瞬态控制的作用是不容置疑的。它在回收利用蒸汽能量的同时，减少了蒸汽的对空排放，在蒸发器破口时能降低对环境的放射性影响。是整个电厂系统不可缺少的一部分。

［1］CP300核电厂二回路系统设备及运行[M].

［2］CP300核电厂仪表和控制系统设备及运行[M].

［3］中核运行一厂历年事件报告汇编[Z].