浅析核电站反应堆厂房安全壳负压系统运行及优化

武文奇

摘 要：本文介绍了核电站反应堆厂房安全壳负压系统功能、工作原理和工作流程，以及系统出现问题的分析和处理方法。

关键词：反应堆厂房安全壳负压系统；运行；分析；优化

1 系统功能

核电站为了防止放射性物质外泄，反应堆厂房采用了安全壳，且安全壳内需要维持负压在150-275Pa范围。

2 系统原理

安全壳内负压的保持是通过送风管道上的调节阀与1#风机或2#风机协同工作来维持安全壳内的负压。工作方式1：1#风机或2#风机排风100%流量，通过调节阀调节进风量保持安全压负压在设定值；工作方式2：调节阀开度为100%，通过1#风机或2#风机变频器调节排风量来保持安全壳负压在设计值。

安全壳负压系统的变频器设计不属于抗震设备，在地震时变频器可能出现损坏。为了在地震时保障安全壳内负压参数，设计了变频器的电气旁路。当变频器故障时通过电气旁路来供电，仍可以维持安全壳内的负压。

3 系统流程

安全壳负压系统流程：控制区主送风系统→反应堆厂房安全殼进风管线上的调节阀→安全壳内各房间进风管线上的手动调节阀→安全壳内各房间排风管线上的手动调节阀→碘过滤器→预处理过滤器→高效过滤器→电加热器→活性碳过滤器→高效过效器→风机→烟囱。

4 存在问题及优化方案

风机定期切换试验安全壳负压超限问题

4.1 存在问题

为确保KLD10系统备用列风机设备的可用性，平均过滤器的工作负荷，提高设备的使用寿命和安全可靠性，每月对安全壳负压系统两列风机进行定期切换试验。在进行定期切换试验过程中，出现安全壳负压超过275Pa上限值的现象。

4.2 原因分析

切换过程通过顺序控制程序，如停运1#风机，首先关闭该列进、出口风阀等，当1#风机顺序控制程序执行完毕后，将程序执行结束信号反馈给组控制程序，组控制程序接到反馈信号后，将发出执行1#风机顺序控制程序的指令，2#风机将按照步骤执行系统设备的启动，首先将该列进出、口风阀打开，将风机变频器投入自动，然后再将2#风机启动，整个过程需要近两分钟时间。

风机切换过程中安全壳负压控制方式，1#风机在接到停运指令后开始快速减载直至风机停止，此期间安全壳排风快速下降直至丧失，安全壳负压迅速减小，安全壳入口进风管道上调节阀将根据瞬间增大的偏差信号控制调节阀快速减小开度，从页来控制安全壳的进风量，达到维持安全壳负压目的。2#风机启动过程与1#风机停运过程相反，2#风机启动后将根据较大的负压偏差信号快速加载至满负荷，安全壳排风风量的快速恢复，造成负压超过250Pa的设定值，这时安全壳入口管道上的调节阀将根据偏差信号增大开度，增加安全壳的进风量来减小安全壳负压，通过这样一个动态过程来维持安全壳负压在250Pa的给定值。

控制逻辑存在缺陷以及调节器参数设置不合理是导致问题产生的根本原因。具体如下：

（1）进风管道调节阀的调节器死区设值过大，导致调节阀控制灵敏度降低。调节器的死区设值为1500，这就是说在动态平衡情况下，只有当负压波动超过平衡点15Pa，即负压值超过265Pa或低于235Pa时，调节器才会输出偏差信号去控制调节阀增减开度，加大或减小进风量，维持安全壳负压到250Pa的设定值。安全壳负压范围在150～275Pa，上限值较苛刻，离设定值只有25Pa的波动空间，这是很容易超限。因调节器死区设值过大，在负压升高的情况下，只有当负压超过265Pa时调节器才会对负压实施纠正干预，因调节器发出命令到调节阀动作，这需要一个时间过程，这期间负压仍在不断增加，到调节阀动作并对负压产生实际效果时，这时的负压实际上已经超过了275Pa。

（2）进风管道调节阀的调节器的偏差逻辑设计不合理。根据偏差逻辑设计，当1#或2#风机在自动模式下运行，且负荷低于95%时，调节器的偏差输入将增加5Pa，以使调节器提前参与调节，风机负荷高于95%时，5Pa的调节量将不加入偏差计算。但实际运行时，因风机负荷从0%加载到100%基本上在30s时间内完成，这样偏差输入信号增加的5Pa调节量作用到调节器上的时间还不到30s，对调节器的作用有限。

（3）安全壳负压调节目标值形成逻辑设计不合理。目标值形成由信号1#压力表和2#压力表通过MAX取大比较逻辑组成，即压力表输出的是两个负压信号中的大值（绝对值为小值），导致了安全壳负压的整体偏高，如果负压系统工况稍有变化，很容易导致负压波动超限。

4.3 优化方案

根据分析结果和运行经验，在充分考虑修改调节器参数可能对调节器的灵敏性、可靠性以及稳定性等品质方面造成的影响后，我们提出了对负压逻辑及调节器参数进行了优化。控制优化方案：

（1）将调节器的死区值由1500调整为300；

（2）将调节器的偏差逻辑增加的调节量由5Pa改为15Pa，并对该逻辑的设置选择条件增加120s的自保持脉冲，确保风机在自动工况下负荷在30s之内加载到95%以上后，该调节量仍然可以对调节器起作用，其对调节器的作用时间为120s，这样大大改善了调节器的品质；

（3）将目标值形成由信号1#压力表和2#压力表通过MAX取大比较逻辑改为MIN取小逻辑。

优化方案转为正式的技术改造，并经过长期运行检验，风机定期切换试验安全壳负压超限问题得到彻底解决，保证系统长期、安全、稳定运行。

5 结论

通过对反应堆厂房安全壳负压系统的问题进行分析和优化，问题得到很好的解决，可以保证系统长期、稳定、连续运行，防止核电厂反应堆厂房在正常运行工况下出现放射性物质外泄，从而保证核电厂的核安全。

参考文献

[1]陈戴文.反应堆厂房安全壳预应力施工技术[J].设备管理与维修，2015，（z1）：23-25.

[2]王琪.核电反应堆厂房的损伤破坏数值模拟研究[D].大连理工大学，2015.

（作者单位：中国核电江苏核电有限公司）