液体区域控制系统在线更换鼓泡流量计的经验反馈

陈浩东 姚叶青

摘要：本文结合某核电厂液体区域控制系统的运行实践，针对液体区域控制系统更换鼓泡流量计时可能产生的风险进行分析，结合208大修时的实际行动所总结出来的经验，编写出在线更换其他流量计的具体操作方法，对于正常运行期间运行人员对流量计控制异常时如何响应具有一定的借鉴意义。同时，对于其中涉及的风险和注意事项也进行了全面的阐述，可以很好地指导人员的工作，具有很大的经验价值。

关键词：液体区域控制系统  流量计  压差  阀门

Replacing the Bubbling Flowmeter Online in the Nuclear Power Plant

CHEN Haodong1 YAO Yeqing2

（1.Qinshan Nuclear Power Plant， Jiaxing， Zhejiang Province， 314300 China;2.CNPE Eastern China Branch， Jiaxing， Zhejiang Province， 314300 China）

Abstract： Based on the operation practice of the liquid area control system of a nuclear power plant， this paper analyzes the possible risks when the liquid area control system replaces the bubbling flowmeter. Combined with the experience summed up from the actual actions during the 208 overhaul， the online replacement of other flowmeters is compiled. The specific operation method has certain reference significance for the operation personnel to respond to the abnormal flowmeter control during normal operation. At the same time， the risks and precautions involved are also comprehensively expounded， which can guide the work of personnel well and have great experience value.

Key Words： LZC; Flowmeter; Diff pressure; Valves

1.液體区域控制系统的概述

1.1系统功能

液体区域控制系统是反应性控制机构之一。液体区域控制系统的堆内构件有6个控制机构组成，6个液体区域控制机构分布在堆芯A侧和C侧，每个控制机构包括2或3个控制单元，共14个液体区域控制单元，对称的分布在反应堆内14个区域，其目的是通过改变14个液体区域控制单元内的轻水水位而改变反应性，它可以同时改变14个液体区域控制单元的水位来调节反应堆总体功率，也可以单独改变单个控制单元的水位来进行区域功率调节[1]。正常运行期间，为补偿堆芯燃耗、换料、功率波动等引起的堆芯反应性变化，液体区域控制系统必须具备以下3种功能。

（1）按照RRS要求的功率变化率，以足够的速率调节14个液体区域控制单元的轻水水位。

（2）提供14个液体区域控制单元的轻水水位给RRS。

（3）通过关闭液体区域控制单元回水阀3481-PV98和PV106，防止供水压力丧失时堆功率激增。

1.2设计准则和要求

液体区域控制系统通过调整垂直布置在堆芯内的14个液体区域控制单元（共6个液体区域控制机构）的水位[2]，提供区域反应性控制和短期整体反应性控制;使用辐照稳定及溶解度较低的氦气作为覆盖气体;热交换器可以提供足够冷却，防止因水温超过60℃而使离子交换床的树脂降级;对于可接近区域和部件，需保持可接受的低放射性剂量水平;通过离子交换床净化，保持轻水很高的纯度，维持轻水反应性价值;通过氢氧复合装置，将氢气含量控制在4%以内尽可能的低值。

1.3系统工艺回路

工艺回路又分为水回路和气回路两部分。水回路是一个封闭的除盐水回路，由3台泵中的1台提供驱动，将除盐水从延迟箱中加压送出，通过热交换器3481-HX1，经供水集管向每个液体区域供水。每个区域的进水流量由液位控制阀控制在0～0.9L/s之间，而出水流量通过控制平衡集管与延迟箱间的差压为常量维持在0.45L/s。气回路同样是一个封闭的氦气回路，氦气用做液体区域单元和延迟箱的覆盖气体，提供一个约150L/h的气泡式差压液位变送器的气泡流量，对液体区域控制单元进行加压，维持稳定的覆盖气压差，以维持其出口流量恒定在0.45L/s，提供液体区域控制单元的连续氦气流量持续扫气，以带走水中的辐照分解产物。

水回路为一除盐水闭合循环回路，由1台泵从延迟箱吸水后向系统各回路供水。水流经泵出口热交换器3481-HX1冷却后，经供水集管供水给各液体区域控制单元、压缩机、离子交换床、电导测量及TK1/TK2的液位测量等回路。平衡集管压力控制阀3481-PCV62A1/C1和PCV62A2/C2控制液体区域控制单元和延迟箱间的压差在280kPa，以维持液体区域控制单元出口流量恒定在0.45L/s，同时通过调节液位控制阀LCV43至LCV56开度，将各液体区域控制单元的入口流量控制在0～0.9 L/s之间，来调节14个液体区域控制单元水位。正常运行时，液体区域控制单元入口水温必须控制在46 ℃以下，出口水温必须控制在71～93℃之间。回路内有2个离子交换床，同热交换器HX1出口再循环管线并联。2台离子交换床维持很高的水化学纯度，以防止腐蚀产物的积累和降低水的辐照分解。延迟箱3481-TK2内装有挡板，提供了进口和出口间5min的延迟时间，从而让同位素O19和N16放射性衰变至可接受的放射性水平。系统的除盐水补给可通过开启3481-V41补充到延迟箱，但为了保证系统水质，系统正常补水一般是开启3481-V57，通过2个离子交换床净化后再进入系统[3-4]。2F81365C-BB41-4CB9-A459-2AED64816F72

覆盖气体系统是一个封闭的氦气回路。氦气作为液体区域控制单元和延迟箱3481-TK2的覆盖气体。回路有以下功能。

（1）提供气泡式差压液位变送器的气泡流量。

（2）对液体区域控制单元进行加压，以维持其出口流量恒定在0.45L/s。

（3）提供液体区域控制单元的连续氦气流量，以带走水中的辐照分解产物。

2如何更换LZC系统流量计

2.1流量计的故障及其影响

208大修过程中，3481系统重新启动以后，LZC系统置于特殊停堆模式，各液区水位设定在20%。在巡检过程中，现场值班员发现鼓泡流量计63481-FI3指示偏高，一直稳定在90%。而正常运行时，它的运行范围应该在50%～70%之间。对比其他13个区域的流量计，都运行在60%左右小幅波动。气泡流量计是提供三区液位的鼓泡流量，再根据鼓泡流量进行差压式测量，计算出液区液位[5]。

首先，若气泡流量不稳定，液位测量不准，势必影响系统的正常运行，导致功率控制异常，引发瞬态甚至导致停堆停机，威胁核安全。

其次，液位测量失效，可能导致单元水位满溢，氦气平衡集管或者气泡集管有可能进水，当系统重新启动后会因此产生不稳定，错误的液位指示，同时3481-PC62压差控制回路产生振荡，影响反应堆整体和区域功率的控制。

最后，丧失单个液区进水流量将会导致该区域排空，使得氦气回路形成短路，从而导致延迟箱的压力上升，备用的LZC压缩机启动。同时由于缺少冷却，失水区域的堆内结构部件温度将会上升，在设计手册中不建议在该工况下长时间运行。

2.2流量计的更换方法及过程

在停堆大修期间，机组处于GSS状态，LZC系统可以停运检修。由于氦气回路和水回路均已泄压排空，故更换流量计只需要做好安措，直接更换流量计即可。但若机组处于功率运行，若能保证LZC正常参与调节的前提下，在线更换流量计，将可以不产生任何经济损失，也能减小运行操作量。但在线更换显然存在更多的风险，一旦氦气回路异常，可能导致液区满溢或排空，导致气泡集管和平衡集管进水，失去正常控制。因此，这需要权衡利弊，做好各种应对措施，保证工作的順利进行[6]。经过运行实践和多方探讨，找出了以下方法。

维修先从气泡集管压力指示表PI64的疏水阀处连接一路临时供气管线，然后拆除FI3下游接口，将临时供气管线带压接入FI3下游接口并调节好流量，确保检修期间对三区的鼓泡式流量计供气。同时，拆除FI3上游接口并带压利用堵头堵住，防止气泡集管被卸压。检修工作结束后重新回装FI3。由于属于开口作业，存在放射性外漏的风险，需要辐射防护采取防范措施。更换流量计过程中有可能导致3区液位变送器的高压侧进水及下游工艺管道上的1/4接头处有放射性轻水流出;拆接流量计上下游1/4卡套接头时会有放射性氮气流出。

工作计划排出后，主控召集现场值班员和仪控维修人员以及辐射防护人员召开工前会，明确流程以后开始进行操作。为了防止3区液位满溢，主控先手动控制液位在15%，LCV置于BIAS位置，保持液位的稳定，并加强对4、5区液位的同步监视。

更换时，现场值班员先开大F4/5的流量计调节阀，使得流量增大到70%，而后关小V114，使2个流量计流量重新回到50%，依次重复操作，直到流量计调节阀全开为止。这时由于V114的开度已经很小，再拆除F3时，通过开口的泄压速度明显减小，见附图。仪控也很容易的安装了堵头。在此过程中，3区液位同样出现瞬时IRR，待临时气源接上后，恢复正常。4、5区液位波动幅度明显后马明确流程以后开始进行操作。为了防止3区液位满溢，主控先手动控制液位在15%，LCV置于BIAS位置，保持液位的稳定，并加强对4、5区液位的同步监视。现场值班员先开大F4/5的流量计调节阀，使得流量增大到70%，而后关小V114，使2个流量计流量重新回到50%，依次重复操作，直到流量计调节阀全开为止。这时由于V114的开度已经很小，再拆除F3时，通过开口的泄压速度明显减小，仪控也很容易的安装了堵头。在此过程中，3区液位同样出现瞬时IRR，待临时气源接上后，恢复正常。4、5区液位波动幅度明显后马上恢复，处于可控范围之内。仪控人员拆除流量计下游，而后安装堵头。更换完毕后，运行人员先关小4、5区流量计调节阀到50%，再开大气体隔离阀V114，使得流量增大至70%，重复操作步骤，直到全开V114.新的流量计投入使用后，3区流量恢复正常，各液区液位也无波动，LCV恢复自动控制后，系统正常运行。

3经验反馈

（1）由于气泡集管正常压力有820kPa，因此在拆开流量计上游接口时，气泡集管的氦气将通过开口处涌出，造成气泡集管压力瞬间大幅下降，主控室出现多个液区液位IRR报警，14个区域的鼓泡液位计存在进水的风险;维修反馈此时开口处气压较大，堵头不易回装。后根据运行和仪控的建议，将3481-V114关小，同时调大4区和5区流量计调节阀开度维持4、5区的鼓泡流量，直到调节阀全开且4、5区鼓泡流量接近下限为止。经过V114节流后再拆开流量计上游，则开口处的气流压力明显降低，有助于回装堵头或流量计;气泡集管压力下降幅度较小且能很快恢复，除了3区外，4、5区液位出现小幅波动后很快恢复正常，其他区域的液位基本维持稳定。

（2）更换流量计期间会造成三区水位IRR，持续时间取决于现场回装临时供气管线或者正式液位计的耗时。由于Special Shutdown模式下单区液位IRR，则供水LCV将回到DCC预设的BIAS值。因此，在工作前应确认三区的预设BIAS和水位稳定时的闯门开度基本一致，否则长时间液区水位IRR将导致单区排空或满溢。

（3）更换流量计期间还可能出现3区水位指示在高位或低位保持波动但没有IRR，此时建议将3区供水阀门手动调节至先前水位稳定时的开度，防止单区满溢或排空。

（4）现场布置和流程图不一致。现场流量计出口在上方，入口在下方，因此实际操作时要确认到位，不能走错间隔，以防引发新的瞬态。

参考文献

[1]吴双.CANDU6整体功率异常下降后液体区域控制系统的响应[J].科技视界，2021（15）：76-78.

[2]韩光，赵春雪，宋晨.一种工业流量计仪表在线故障诊断的方法和系统[J].中国管理信息化，2021，24（22）：197-199.

[3]白俊生.热式流量计故障分析方法[J].中国仪器仪表，2020（11）：66-72.

[4]徐鹏辉.流量计主体压铸工艺数值模拟与优化[J].特种铸造及有色合金，2021，41（9）：1176-1181.

[5]张芳.阀体压铸工艺设计及优化[J].特种铸造及有色合金，2020，40（12）：1353-1356.

[6]郭佳旭，刘广庆，徐广学，等.秦山二期液位控制器的故障处理[J].仪器仪表用户，2017，24（7）：78-80，37.

作者简介：陈浩东（1988—），男，本科，工程师，研究方向为运行技术。2F81365C-BB41-4CB9-A459-2AED64816F72