蒸汽发生器液位波动的原因分析及响应

2019-04-22刘毅

科技视界 2019年5期

刘毅

【摘要】蒸发器连接一、二回路，肩负着冷却堆芯保证核安全，同时也产生蒸汽用于推动汽轮发电机组，从而将核能转变为电能，由此蒸发器的液位和压力控制显得至关重要，本文介绍功率运行期间蒸发器的液位控制，并简单分析蒸发器液位波动的原因以及如何诊断和响应。

【关键词】蒸发器;液位控制;诊断与响应

中图分类号： TM623 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）05-0135-002

1 蒸发器液位波动的原因及响应概述

蒸发器作为一回路和二回路联系的纽带，主要作用是带出堆芯热量，保证堆芯的安全，正常运行工况下蒸发器液位控制由蒸发器液位控制程序自动控制，紧急时可手动控制上水小阀开度来维持蒸发器必须的水装量。正常运行工况下蒸发器液位由反应堆功率、液位偏差以及给水/蒸汽流量来决定，正常功率升降引起的液位变化以及液位偏差不是本文讨论的重点，本文将着重从给水/蒸汽流量不匹配的角度并结合实际运行工况对蒸发器液位波动的原因进行分析总结，从而得出正确的响应措施。

2 反应堆功率变化

正常的功率升降工况：堆功率作为蒸发器液位控制的前馈项，功率的变化将会导致液位设定值变化，功率的升降会导致液位跟随变化，以保证有足够的装量来冷却堆芯，保证热阱匹配，所以功率变化期间需关注蒸发器液位设定值的改变以及阀门开度的变化，如阀门响应偏离预期需立即现场确认阀门供气回路是否正常，执行机构有无卡涩。

2.1 给水/蒸汽流量变化

a）主给水泵运行状态不满足功率要求

升功率期间，检查蒸发器液位跟随液位设定值变化，确认给水泵运行数量满足功率要求，根据要求，反应堆功率40%FP之前，一台主给水泵运行;40%FP以上，投运第二台主给水泵;第三台主给水泵处于备用状态，仅当其他主给水泵跳闸时自动启动。

功率运行期间，单台运行主给水泵故障跳闸，备用主给水泵没有自动启动，或没有备用主给水泵，操纵员应立即尝试手动启动备用主给水泵，确认给水流量恢复，蒸发器液位上升。否则，手动快速降功率到50%FP以下，同时启动辅助给水泵。

其次，主给水泵再循环阀故障开启也会导致蒸发器液位下降，此时应立即手动快速降功率，同时启动辅助给水泵，确认所有蒸发器液位恢复到设定值，然后按照运行规程执行主给水泵切换，再停运辅助给水泵，最后恢复满功率运行。

b）蒸发器液位控制阀门故障导致上水流量不满足功率要求

每臺蒸发器配备的液位控制阀组含1个小液位控制阀（失效开）和2个大液位控制阀（失效关）。功率运行期间，小液位控制阀关闭，1个大液位控制阀开启调节，另1个大液位控制阀关闭且被电动阀隔离。

大液位控制阀组故障，大液位控制阀为失效关气动阀，入口有电动隔离阀，电动阀全行程动作时间小于21秒，出口有手动阀。

c）给水管线破裂

公共给水管线破裂：公共给水管（从给水泵出口到主给水阀入口）突然出现较大破口，所有蒸汽发生器液位下降，主给水泵出口流量上升，蒸汽发生器给水流量下降，凝结水上水流量增加，后备给水箱液位下降，根据破口位置汽机厂房或主给水阀站附近可以发现大量蒸汽。此时处理原则可根据应急运行规程执行。

高加传热管破裂：高压加热器正常满功率疏水路径为，6号高加疏水到5号高加，5号高加疏水到除氧器，其中只有5号高加疏水到除氧器的管线安装了流量计，正常满功率单侧约120kg/s的疏水流量。高加传热管破裂，会导致5号高加到除氧器疏水流量增加，急疏阀可能开启并触发开阀报警，主给水泵出口流量上升，SG液位下降，蒸汽发生器给水流量下降;如果破口较大，高加会由于高高液位自动隔离。处理原则为降低反应堆功率至96%FP，隔离故障高加。

非对称给水管破裂：非对称给水管范围从蒸汽发生器控制阀组到蒸汽发生器为止。故障蒸汽发生器液位明显下降，可能触发快速降功率和停堆动作;如果触发蒸汽发生器液位控制程序程序的“非对称给水管破裂”逻辑，故障蒸汽发生器的所有液位控制阀全关。

d）蒸发器液位控制程序故障

蒸汽发生器液位控制程序程序双机失效，蒸汽发生器液位控制程序程序双机失效，液位控制阀的输出信号降为零，导致所有的大液位控制阀全关，小液位控制阀全开，满功率SG液位会迅速下降到快速降功率值，可能触发停堆系统动作;由于辅液位控制阀全开，机组停运后，SG液位会迅速回升，如果没有操纵员干预，蒸发器二次侧会被充满水，甚至满溢到主蒸汽集管。（注，蒸发器高高液位3.02m，只能强制关闭大液位控制阀前电动阀，小液位控制阀前电动阀不受影响）。

当发生双机失效时，确认发生快速降功率，在执行应急运行规程的同时，尝试恢复蒸汽发生器液位控制程序C程序，并通过辅助液位控制器手动控制SG液位。如果有必要，可以通过增大排污流量协助降低过高的蒸发器液位。如果已经进入过多冷水蒸发器压力会下降较快，应及时启动第2台上冲泵补充一回路装量以维持主系统压力。

蒸汽发生器液位控制程序程序控制异常：

蒸汽发生器液位控制程序程序控制主要由液位反馈比例积分项、功率项、质量平衡项构成。

液位测量为每个蒸发器独立3通道，取中高值，单一信号故障不会影响比例积分项正确计算;

功率项来自于14组共28个铂探测器的均值，以及热功率校正值，因此单一铂探信号故障不会导致功率计算产生明显影响，也就不会功率项正确计算;

蒸汽发生器液位控制程序保护逻辑误触发：

蒸汽发生器液位控制程序主要有3个直接作用于给水的保护逻辑：给水限流、非对称给水管线破裂、应急补水。

给水限流由于本身设计问题，正常运行期间存在误触发可能，2号机组在切换主给泵时误触发了两次，给水限流逻辑主要针对蒸汽管线大破口，导致蒸汽发生器压力急剧下降，给水流量急剧上升，蒸汽发生器液位控制程序程序为避免运行的2台主给水泵过流跳闸需要限制上水阀的开度，由于蒸汽发生器液位控制程序程序预设参数对应的工艺配置为2台主给水泵运行，当发生3台主给水泵同时运行时，会发生较大控制偏差，可能导致给水流量超限，触发给水限流逻辑。一旦给水限流触发，由于相互干扰，各蒸汽发生器均会不同程度限流，并导致液位不断下降，最终会有1台蒸汽发生器液位达到低液位快速降功率。这是一种偏离设计，但机组运行非常可能发生的工况，而且已经发生。目前，针对这一设计不足，通过运行规程修订，切换主给水泵之前，限定机组降功率到90%FP以下，确保蒸汽发生器瞬时给水流量也不会超限，从工艺上避免触发给水限流逻辑。

非对称给水管破裂，由于判断条件主要来源于蒸汽发生器液位，蒸汽发生器液位窄量程和中量程测量均有A/B/C三个通道取中高值，单一液位测量故障不导致快速降功率和蒸汽发生器液位控制程序对液位的误判

应急补水触发条件要求蒸汽发生器液位小于-0.7m且没有非对称给水管破裂，但其已经低于快速降功率的零功率限值0.1m，而且功率运行期间，蒸汽发生器液位控制程序和快速降功率的蒸汽发生器液位来源相同，因此功率运行期间，蒸汽发生器液位控制程序程序的应急补水逻辑不会误动。

蒸发器传热管泄漏：

蒸发器传热管泄漏时，一回路重水通过传热管泄漏至二次侧，蒸发器液位上升，通过液位偏差项使阀门要求开度减小，阀门关小，上水流量下降，可通过对比液位和上水流量、蒸汽流量来判断是否发生蒸汽发生器传热管破裂，如确认发生蒸发器传热管泄漏事件则按照应急运行规程进行处理。

3 诊断思路及处理

如果机组没有发生功率变化瞬态，则立即检查蒸发器压力，液位及液位设定值，阀门开度以及上水流量，主给泵运行参数和出口流量，蒸汽流量，同时派人现场检查阀门响应情况，然后根据情况进行故障定位。

3.1 单一蒸汽发生器液位波动

单一蒸汽发生器液位波动表示故障来源于蒸汽发生器液位控制程序程序的质量平衡项异常、控制阀组故障、非对称给水管破裂、蒸汽发生器传热管破裂等非对称故障。

液位上升，一回路上充流量大量上升，相应蒸发器阀门要求开度减小，蒸发器上水流量减小，为蒸汽发生器传热管破裂;

液位下降，阀门开度增大，给水泵出口流量上升或给水阀站附近有大量蒸汽或反应堆厂房高压，为蒸汽发生器非对称给水管破裂;

液位下降，阀门开度增大，给水泵出口流量下降，为大液位控制阀故障;此时可根据现场实际情况进行控制阀门的切换操作。

液位波动方向与阀位波动方向相同（即液位升，阀开大;液位降，阀开小），为质量平衡项故障，可根据实际情况及时取消质量平衡项。