稳压器喷淋阀开度异常的判断及处理

王 磊

（中核集团核电运营管理有限公司，浙江 嘉兴 314000）

0 前言

稳压器的压力对机组的安全至关重要，压力过高或者过低，都会对机组的安全产生威胁。 压力过高，会破坏一回路压力边界的完整性，导致压力边界出现破口（LOCA），冷却剂丧失；压力过低则会降低一回路冷却剂的过冷裕度，使得堆芯冷却剂沸腾，传热恶化，进而使得燃料元件烧毁，大量放射性物质外泄。 因此，反应堆保护系统（RPR）针对稳压器压力这一参数设置了较多的保护阈值，当相应的阈值触发时，会引发对应的保护动作，如压力过高会导致停堆，过低则会引发停堆，安注；另外还会产生一些允许信号和闭锁信号。

1 稳压器压力控制原理简介

稳压器正常运行时，其内部的蒸汽和水处于汽液两相的饱和态，两相温度相同，此时其内部的压力取决于两相的温度。电加热器投入，液相温度升高，更多的水变成了汽，压力升高；喷淋投入，两相温度下降，部分蒸汽凝结成水，压力下降。 利用此原理来控制稳压器的压力。稳压器压力控制系统是一个闭环的控制系统，通过改变稳压器喷淋阀的开度和控制电加热器的功率输出，将压力维持在整定值15.5 MPa 上。 稳压器压力的实测值由四个压力表（RCP005，6，13，14MP）经过选择开关320 CC 次高选选出一个输入到PID 调节器，与调节器本身的整定值15.5 MPa 相比较，并对压力的偏差信号进行PID 运算。 PID 调节器的输出即为补偿压差，用来对喷淋阀和比例式电加热器实施连续控制，对通断式电加热器实施断续控制。

正常在机组满功率稳定运行情况下，4#机组主控室P9 盘的EN 上的参数为： 一回路压力有效值即次高选值在15.375 MPa.g 附近波动，PID 调节器的输出在23%～25%之间轻微波动。此时，4RCP001，002VP 全关，4RCP402，403RC 输出的控制信号为0（红标为0），模拟盘十字灯显示为绿灯。 虽然两个正常喷淋阀显示为全关，实际上由一个机械挡块使阀门保持在一个很小的开度上，以起到：保持稳压器内水温和化学成分的均匀性， 限制大流量喷淋对管线的热应力与热冲击，使比例式电加热器以一个基值进行调节的作用。

此时理论上，补偿压差为0，PID 调节器的输出为25%，比例式电加热器RCP003，004RS 的功率输出为50%，以平衡两台喷淋阀的小流量喷淋带来的冷凝和设备管道的自然散热。

2 故障回顾

2016 年02 月02 日，夜班，主控操纵员巡检时，发现模拟盘上的4RCP002VP 对应的十字灯亮起，4RCP001VP 的十字灯显示为绿灯，4RCP403RC 的红标（4RCP002VP 阀门开度要求值）在 0%～5%之间轻微晃动，4RCP402RC 的红标（4RCP001VP 阀门开度要求值）为略高于0%的一个值，指针静止不动。 而此时4RCP401RC（稳压器压力控制器）的输出为23%左右波动。此时的机组状态为：一回路压力 15.5 MPa.a，一回路平均温度310 ℃，电功率660 MW。

3 故障分析

正常喷淋阀是CC1-A（关键1 级）设备，一旦失效会引起自动或手动停堆、停机等重大事件，所以该故障需尽快处理。

首先，该分析故障的关键点是，4RCP002VP 是否真的已经部分开启，因为开与没开，性质，后果是完全不一样的。 如果阀门没有开启，而仅仅是阀门的限位显示故障或者4RCP403RC 的指针指示不准， 或者其他原因，则后果没有那么严重；如果阀门实际上已经真实有了一定的开度，则喷淋流量就会增加，进而会导致稳压器上部的更多的蒸汽的冷凝，压力下降，PID压力调节器输出减小， 电加热器的功率输出增加，以维持稳压器压力在整定值。

那如何判断这个故障到底仅仅是阀门限位故障，4RCP403RC 指针指示不准， 还是喷淋阀4RCP002VP真实有了开度，或还是别的缺陷，这需要逐个的鉴别。因为任何故障刚一出来，首先需要我们运行的通过自己的分析去给出一个尽可能精确的故障定位，然后才能要求维修人员按照我们所提供的方向去针对性地检查相关的设备和器件；不能没有运行的判断就让维修盲目地去检查。那么接下来就对以上几种可能的故障原因进行逐一的分析。

3.1 阀门限位故障

若仅仅是阀门的限位指示故障，阀门本身还保持在关闭位置，则缺陷不是很严重。并且若该现象成立，则以下各参数应与正常运行的情况相符：

（1）一回路压力稳定在15.4MPa.g，4RCP401RC（稳压器压力控制器）的输出在23%～25%之间轻微波动；而实际值为4RCP401RC 的输出为23%，一回路压力为15.375MPa.g，压力满足要求，PID 调节器的输出也满足正常的调节范围， 至少没有明显偏离23%～25%的正常波动范围。

（2）再来看看手操器4RCP403RC，该手操器的红标，即喷淋阀4RCP002VP 的要求开度值，正常情况下，该要求开度值为0，而此时的要求开度值在0%～5%之间轻微晃动， 对比4RCP402RC 的红标为略高于0%的一个值，指针静止不动，4RCP001VP 的模拟盘十字灯为绿灯。 众所周知，主控室的各手操器的指针指示不是很精确，普遍都有一个误差，而5%只是手操器红标刻度上的一小格， 因此 4RCP403RC 的红标在0%～5%之间轻微晃动，也不能认为4RCP403RC 就一定有了输出。 由于，稳压器正常喷淋阀处于反应堆厂房，正常运行情况下，进去不易，除非生产领域的副总签字同意；所以，无法去现场直接检查阀门的本体情况。

因此综合以上分析， 喷淋阀4RCP002VP 的限位故障是可能存在的。

3.2 4RCP002VP 的手操器故障

手操器4RCP403RC 正常情况下的输出信号为0， 只有当PID 调节器的输出大于等于39.59%时，正常喷淋阀才开始开启，而此时PID 调节器的输出只有23%，因此4RCP403RC 输出应该为0，而实际上，此时4RCP403RC 的红标在0～5%之间轻微晃动，考虑到主控室的手操器的指针普遍不是很精确， 也不能断定4RCP403RC 有输出。

若手操器真实故障，那此时最大的风险为故障手操器的输出扩大，导致喷淋阀开度加大，喷淋流量增加，稳压器压力急剧下降，引发停堆，甚至安注。 为了排除手操器的故障，将4RCP403RC 置于手动，拨动拨杆全关，此时4RCP002VP 的模拟盘绿灯亮起，排除了手操器的故障。 同时怀疑4RCP002VP 之前确实有了开度。

3.3 4RCP002VP 真实有开度

假设此时4RCP002VP 的模拟盘十字灯亮可信，阀门真实有开度，但开度较小，喷淋流量稍微增加，引起PID 压力调节器的输出稍微减小，电加热器输出功率略有增加， 最终使得稳压器压力不变， 稳定在了15.4MPa.g 附近， 这也是有可能的。 下面就对喷淋阀4RCP002VP 的开度进行进一步的确认。 在KIT 中调出以下参数的趋势:4RCP700EU(稳压器压力调节器输出)，4RCP002MT （1# 主 泵 出 口 的PZR 喷 淋 管 线 温度），4RCP003MT （2# 主泵出口的PZR 喷淋管线温度），4RCP001VE（稳压器压力有效值）。 将二者进行仔细对比（机组均处于满功率运行期间）。 对比可以发现，相同点有：（1）在此时间段内，两种情况的稳压器压力有效值一致， 稳定且无明显的波动；（2）4RCP002MT（正常喷淋阀4RCP001VP 上游的喷淋水温度计）在两种情况下显示均平稳，且基本一致，约为282℃；理论情况下，若不考虑散热损失等因素，正常喷淋阀上游的温度应与主泵出口一环冷段上的冷却剂温度相同。满功率情况下，一回路冷段冷却剂温度为294℃，但考虑到主泵出口标高为+8 m，4RCP002，3MT 的标高为+24 m，高度差有16 m，尽管管道包裹有保温层，但由于管内外温差较大， 喷淋水仍有较多的热量散出，导致正常喷淋阀上游温度往往小于主泵出口冷段温度，略小12～14℃。

不同点有：

（1）PID 压力调节器的输出在两种情况下均有波动，波动幅度差不多；故障期间，PID 调节器的输出最小为22.36%，最大为24.99%；正常情况，PID 调节器的输出最小为23.9%，最大为25.82%，数值均略高于故障期间，而且两种情况下的坐标系相同，目测观察可以较清楚地发现， 该时间段内， 故障情况对应的PID 调节器输出的平均值要小于正常情况所对应的PID 调节器输出的平均值；

（2）正常情况下，4RCP003MT（正常喷淋阀4RCP002VP 上游的喷淋水温度计）的值一直非常平稳， 为286.5℃。 而故障情况下，4RCP003MT 的值由288.82 ℃缓慢涨至290.13 ℃，后又缓慢下降至288.83℃，之后一直在288.8～290.13 ℃之间轻微波动，但不小于288.5 ℃。 由此可以看出，4RCP002MT 在正常和故障两种情况下显示温度一致， 而4RCP003MT 在故障情况下的数值明显大于正常情况下的数值，差额至少有2 ℃。 可以判断出，4RCP001VP 运行没有问题，4RCP002VP 运行可能有异常，即：4RCP002VP 有局部开度，导致喷淋流量增加，因此4RCP003MT 温度上涨， 明显高于正常值。 并且4RCP403RC 的红标在0%～5%之 间 轻 微 晃 动，4RCP003MT 也 在288.8 ～290.13 ℃之间轻微波动，怀疑4RCP002VP 的真实开度很可能也在轻微的波动。 而且，故障期间PID 调节器输出较正常偏低一些， 可以再次确认4RCP002VP真实有了局部开度。

3.4 结论

综上所述，基本可以判断，4RCP002VP 限位十字灯亮真实， 即阀门已经离开全关限位； 手操器4RCP403RC 可用，且其到阀门本体的控制回路正常。故障很有可能来自手操器4RCP403RC 上游的信号回路。 将上述判断反馈给维修仪控人员，引导其沿此方向检查， 最终发现4RCP002VP 对应的调节卡件4RCP403RG 输出高漂， 正好处在阀门限位开关动作的临界点上， 导致主控显示4RCP002VP 的限位十字灯亮。 更换卡件后， 投入2 组通断式加热器， 随着4RCP401RC 的输出增加到40%时，4RCP001/002VP相继自动开启，随着4RCP401RC 的增大，两台阀门开度增大，开度基本保持一致，4RCP002VP 手自动切换正常。故障判断正确并成功处理。由此可见，机组出现异常，即使现象不明显，只要经过细致的分析，仍有可能找到问题的根源。

4 正常喷淋阀的其他异常及处理

根据逻辑图分析，正常喷淋阀平时是运行在自动调节状态， 在模拟控制信号丧失或SAR 仪用压空失去的情况下，阀门保持在关闭状态；在48V 继电器失电情况下，阀门保持在自动控制状态。

（1）正常情况下，喷淋阀保持关闭（在小流量挡块上），比例式电加热器保持约50%的功率输出。此时丧失模拟信号或阀门失气， 阀门保持在关位置不变，对稳压器的压力控制不会产生瞬态。 若此时，喷淋阀有了局部开度（如在大流量稀释或硼化，较多地改变主回路硼浓度，有通断式电加热器投入时），单个阀门突然的失气失电， 会导致该阀关闭， 稳压器压力上涨，PID 输出增加， 另一台完好的喷淋阀开度会增加，最终可以将压力稳定在15.4MPa.g。

（2）若喷淋阀的控制回路故障，如输出信号高漂，满漂等导致喷淋阀开度增大甚至全开，则会导致稳压器的压力急剧下降，甚至引发安注。喷淋阀故障开大，会导致稳压器压力降低， 比例式加热器功率输出增加，若压力继续下降，通断式加热器投入。 若此时，仍无法稳住稳压器压力， 则应尽快停运对应环路的主泵，RCP001VP 对 应 的 是1#主 泵，RCP002VP 对 应 的是2#主泵，以终止压力的下降。 若此时P7 存在，一台主泵停运则会导致紧急停堆，若核功率＜P7，则不会导致停堆。若P7 虽然存在，但稳压器压力下降过程较为缓慢，有充足的时间降功率，则应以最快的30 MW/min的速率降负荷至P7 以下，再停运相应的主泵。已尽可能地避免压力低所导致的停堆，安注。由此可见，正常喷淋阀故障开的危险性要比故障关大得多。