核电厂设备冷却水系统调试分析

范春光

摘要：核岛设备冷却水系统是核电站重要的一回路辅助系统。本文通过介绍RRI系统调试试验项目，重点介绍流量预整定试验的原理和方法，记录调试期间碰到的问题和面临的风险，以期通过对调试过程的总结对读者有借鉴意义。

关键词：冷却水系统;流量预整定试验;流量平衡

引言

设备冷却水系统（RRI）是核电厂重要辅助系统，其用户覆盖核岛及核电厂的外围设施系统（BOP），在正常运行工况和各种事故运行工况下均必须确保运行稳定。因此，在RRI的调试中必须对其相关设备性能和逻辑功能逐一验证。

1设备冷却水系统简介

1.1设备冷却水系统设计功能

第一，在核电站正常运行和事故情况下，冷却各种核岛热交换器。第二，经过由厂用水系统（SEC）冷却的热交换器将热负荷传递至最终热阱———海水。第三，在核岛热交换器和海水之间形成一道屏障，防止放射性流体不可控制地释放到海水中，避免每个核岛热交换器由于海水冷却而产生腐蚀或污垢等问题。

1.2设备冷却水系统结构

设备冷却水系统包括两个独立的安全系列，一个公用环路，这个公用环路可由两列安全系列中的任一系列供水，在两个机组之间还有设备冷却水系统的公共部分。每个安全系列分别由两台100%容量的设备冷却水泵和两台50%容量的RRI/SEC热交换器、一个波动箱和相应的管道阀门组成。设备冷却水系统的布置根据用户分布情况，采用“母管—分支—母管”的布局。每个设冷水用户单独对应一条分支管线，所有分支管线集中到供水和回水母管上。

2波动箱试验

波动箱是RRI的重要设备，在主控室可通过对其液位变化监视来控制整个系统运行。波动箱液位降低可能是温度降低或者系统外漏引起的，如果持续降低到正常补水来不及阻止时会触发危急水位报警，引起一系列操作。波动箱设置3块液位变送器、就地磁翻板液位计和4个浮筒式液位开关。波动箱试验中出现指示不一致的现象。液位变送器RRI001MN、RRI013MN、RRI015MN液位指示分别为1.40m、1.46m、1.46m。前者与后两者液位指示相差约60mm，RRI013MN、RRI015MN一样，后者和就地磁翻板液位指示接近。首先检查4个液位计0点，都在同一高度，变送器正、负压腔连接完整，正压腔无空气，负压腔接回波动箱阀门都开启。初步确认RRI001MN指示不准。从变送器正压腔引压管处拉皮管检查，发现其液位与RRI001MN一样。此方法检查结果表明其他3个液位计指示有问题。3个表不可能都出现同样的问题，应该存在某种共同的影响因素。波动箱是封闭容器，内部不能目视观察，但波动箱还有4个液位开关;低、低低液位2个开关，另外高、高高液位2个开关。液位开关是浮桶式，水上升带动浮筒使开关闭合报警，可认为报警点液位是真实液位，因此可通过补水来判断究竟是哪个液位计出问题，试验结果显示高报警时与磁翻板一样是1.65m。波动箱液位变送器是压差式，其正压腔接波动箱下部出水管，负压腔接波动箱上部空气侧。判断可能的原因是RRI001MN负压腔没接通波动箱，压差小从而液位偏低。因波动箱上部有一个排气管接到核辅助厂房通风系统（DVN），DVN风机从这里抽气造成波动箱负压。为验证这一判断，将皮管对空一头插入回波动箱上部气管，结果显示和磁翻板液位一样，证实是RRI001MN出现问题，其负压腔堵塞或者漏气。经确认负压腔被堵，压空吹扫通畅，重新连接后其液位正常。从这个现象可以看出，不通大气的容器测量其液位变送器负压腔通畅非常重要，却易被忽视。

3电动泵试验

3.1旋液分离器出口管段发热

在进行RRI001PO运行试验中，出现机械密封冷却水管至旋液分离器出口管段发热问题，在设备冷却水温度20℃时，出口管段的实测温度高达36℃。此时，旋液分离器进口管和旋液分离器下部温度也为20℃。在旋液分离器运行中，泵运行时，高压水从旋液分离器0102切向流入，经过旋液分离器处理后分2部分：高压干净水从上部流经限流孔板RO0101减压后进入机械密封使其冷却，从泵轴间隙回到泵叶轮入口;旋液分离器下部水回到泵入口。分析认为：是机械密封水进入了机械密封冷却水管至旋液分离器出口管段，使该管段温度升高。依据的理由是设备冷却水温度为20℃，设备冷却水经过旋液分离器的水不能达到36℃，惟一的可能是热水来自携带了机械密封摩擦的热量密封水。热水从机械密封流出，说明旋液分离器上部出口压力过低，旋液分离器入口管堵塞或者旋液分离器故障。停泵拆开检查，确认旋液分离器完好，进水管通畅。泵出水管接头带限流孔板;但按泵维护手册这里没有限流孔板，厂家也否认此部位有限流孔板，只有连接到机械密封处有一个孔板接头。将发热管段拆下检查，确认这段管子接头是同通孔（泵维护手册中为限流孔板）。现场限流孔板所安装位置与泵维护手册不对应，为厂家装配错误。将接头互换位置，泵再次运行后管子不再发热。再对1#机组、2#机组设备冷却台泵进行检查时，发现都存在同样的问题。

3.2流量孔板方向装错

3.2.1原因分析

在泵没有气蚀情况下，流量和扬程在性能曲线上应该一一对应。泵扬程由泵转速和叶轮外径决定。由于与002PO的参数及性能都相同，001PO流量正常，可判断出002PO流量偏小与测量系统有关。流量测试系统由流量孔板、引压管和压差变送器组成。这3部分都可能造成流量变小。

3.2.2检查情况

流量孔板正负压腔未接反，如接反则流量为负。检查变送器，正负压腔连续出水，无堵塞，检查后流量没有变化;再对变送器重新标定后流量也没有变化。接下来检查流量孔板是否安装正确。设备冷却流量孔板结构是法兰取压方式的标准孔板，安装在回水竖直管道上，水流从下向上，密封形式是软密封。因流量孔板安装在管道中，只能检查手柄。拍照显示下部没有标志（正向有孔板标识编号），可知限流孔板装反了。

3.2.3流量孔板装反对流量的影响分析

装反时并不是没有流量，只是流量变小。流量孔板测流理论依据原理是伯努利方程和流体连续性方程。根据节流原理，充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置（如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等）时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降（即压差）。介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大。当孔板安装正确时孔板压降更大。重新将孔板调整到正确位置时，流量达到2860m3/h，和泵的流量特性曲线符合。从流量反过来验证，孔板装反时压降减小，而流量减少10%左右。

4流量预整定试验的风险及预防措施

当试验结果不满足时，往往需要对孔板孔径进行调整，而孔径的微小变化，对流量影响很大，往往很难一次就将孔板的孔径调整好，并且为防止将孔板孔径调整过大而报废掉，开始时往往扩的比较保守，孔径的反复调整加工耗时很长。另外，在进行流量预整定试验时，要防止跑水，注意检查各个管道上的孔板已经安装到位。设冷系统用户较多，调试期间很难做到所有的用户一起参与调试，为了避免某些用户状态未到位而影响到调试进程，流量预整定试验分成几个阶段执行，这样就能确保调试的顺利进行。

结语

在RRI系统波动箱、电动泵、流量和壓力开关的调试中，解决了在制造、设计和安装阶段出现的缺陷，使之在各个工况下都正常运行。

参考文献

[1]非正常运行工况下的流量检查（TP4RRI52）[Z].

[2]流量预整定试验（TP4RRI12）[Z].

[3]GB/T2624-2006，用安装在圆形截面管道中的压差装置测量满管流体流量[S].