高加疏水阀异常开启时瞬态分析及应对措施

2021-07-12韩亚铎

科技视界 2021年12期

韩亚铎

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴314300）

1 高加紧急疏水阀的作用

为了提高热力系统循环效率，电厂设置了6级加热器，其中高压加热器3级，低压加热器3级。加热器水位控制实质是加热器疏水的水位控制。控制疏水的目的一方面是保证传热效果，另一方面是防止疏水经抽汽管进入汽机。

加热器的正常疏水采用“逐级自流”方式，加热器水位由各自正常疏水管线上的气动调节阀调节，正常疏水阀为气开阀。加热器的紧急疏水均直接进入凝汽器，各条紧急疏水管线上均设有一只气动紧急疏水调节阀，控制方式同样采用“DCS”控制，紧急疏水阀为气关阀。正常疏水阀和紧急疏水阀水位控制采取重叠控制，水位整定值在各自的PLC控制仪上设定，紧急疏水阀的水位整定值比正常疏水阀的整定值高，保证疏水在水位正常时进入下一级加热器。

正常疏水阀和紧急疏水阀除了通过DCS控制仪对加热器水位进行调节控制外，还在紧急水位时接受逻辑信号，通过阀门气源上的电磁阀将阀门放气来实现快开或快关。出现紧急水位时，逻辑量信号使正常疏水阀失气关闭，避免大量疏水进入下一级加热器造成下一级加热器出现紧急水位，该逻辑量信号同时使紧急疏水阀失气开启，将疏水排入凝汽器。

2 疏水阀开启时瞬态分析

2.1 正常疏水阀开启时瞬态分析

2018年9月22日，某核电厂4号主控触发5A高加水位异常报警。后经分析发现4AHP031VL（6A高加正常疏水阀）定位器异常，导致4AHP031VL突然波动开大，同时阀门填料处往外喷水，5A高加液位高高，紧急疏水阀4AHP037VL开启，机组效率变差，机组降功率10 MW（先从660 MW降至655 MW，后因6A疏水切换至凝汽器过程中，机组效率继续变差再降5 MW），整个过程中，控制系统响应正常。

处理过程：

（1）在DCS中立即将4AHP031VL至手动，调节其开度并维持6A高加液位至正常液位；

（2）机组热效率变差，以核功率、热功率、调门开度不超限为原则紧急降功率至655 MW；

（3）手动调节4GSS132VL开度维持GSS A列分离器液位至正常值；

（4）主控将高加6A疏水缓慢由高加切至凝汽器；

（5）高加6A疏水切换过程中，为控制核功率、热功率、调门开度不超限，继续降功率至650 MW；

（6）高加6A疏水切换过程中，暂停了16 min，有效避免了4ABP002MPD流量达到2800 t/h，导致CEX026 VL切手动及CEX备用泵启动瞬态；

当正常疏水阀异常开启时其瞬态序列如下：

（1）4AHP031VL（6A高加正常疏水阀）开度异常由62%突开至80%；

（2）5A高加水位上升，并触发4AHP002AA（5号高加水位高/低）、4AHP009AA（5号高加水位高高）报警；

（3）5A高加壳侧压力升高，导致MSRA分离器疏水不畅，流量下降，进而导致分离器A疏水箱液位高、高高报警触发；

（4）随后5A高加紧急疏水阀超驰打开，5A高加水位下降；

（5）由于5A正常疏水量的减少，导致除氧器液位下降，压力下降，进而导致汽机至除氧器抽气量增加，汽机做功蒸汽减少，电功率下降；随后调门开度自动开大（最高57.6%），电功率逐步恢复；

（6）由于机组热效率变差，以核功率、热功率、调门开度不超限为原则，主控紧急降功率。

（7）整个控制过程中，除氧器、凝汽器水位及控制系统响应正常。

由于6A高加紧急疏水阀液位整定值离高加解列定值较近，主控将4AHP033VL整定值调整至414.5 mm；手动开小4AHP031VL（6A高加正常疏水阀），除氧器液位逐步下降；6A高加紧急疏水阀（4AHP033VL）逐步开大，去凝汽器的水量逐步增多，凝汽器液位逐步上升，机组效率下降。由于机组热效率变差，以核功率、热功率、调门开度不超限为原则，主控进一步降功率。随着除氧液位下降，4CEX026VL逐步开大，3号低加进除氧器的水量上升（4ABP002MPD），由于4ABP002MPD流量至2 800 t/h时将触发CEX备用泵启动，凝泵出口压力升高导致4ABP002MPD超量程（超过3000T/H，显示坏点）。同时4ABP002MPD是除氧器三冲量调节信号之一，4CEX026VL在DCS软操中出现输入坏点，软操由自动切为手动控制，致使该阀门固定在当前开度，不利于机组状态控制。保守决策，主控在4ABP002MPD达到2 700 t/h，暂停6A高加疏水切换，直至除氧器水位回升至2 100 mm以上，4ABP002MPD流量有明显下降趋势后才重新恢复切换操作。整个过程中4ABP002MPD最高到2 782 t/h，有效避免了上述瞬态的发生。

2.2 紧急疏水阀开启时瞬态分析

2018年5月16日15：52，某电厂3号主控触发NO.5高加水位高低，3AHP037VL（5A高加紧急疏水阀）电磁阀失电故障全开，3ADG013VL（5A高加正常疏水阀）自动全关，5A高加液位降至270 mm。机组热效率变差降功率至646 MW。5A高加液位290 mm，3AHP037VL阀位反馈100%，要求输出开度为0%，正常疏水阀ADG013VL从57%逐渐自动关小到0%开度。3AHP037VL在DCS中无法操作；就地检查该阀门气压正常，阀门开度为全开，电磁阀的温度38℃明显比3AHP038VL电磁阀温度55～60℃低。

根据以上现象运行人员立即执行以下措施：5A高加水位低至270 mm，3AHP037VL故障全开，就地手动将3AHP039VL关小至2个螺纹开度，5A高加液位在270～300 mm波动；机组热效率变差，以核功率、热功率不超限为原则紧急降功率至646 MW；除氧器液位降到低报，凝汽器液位涨到高报，手动调节3CEX026VL至液位稳定后置自动；ABP002MPD超流量（大于等于2 800 t/h）导致备用泵3CEX002PO启动。经过风险分析讨论后，在闭锁5/6/7A高加液位三高后，全关3AHP039VL，手动开启3ADG013VL至5A高加液位稳定后放自动调节。5A高加回水至除氧器，热效率变好重新升至满功率。

在5A高加疏水切换至凝汽器的整个故障过程中，除氧器液位先是一直下降，由于3CEX026VL自动开大，导致3ABP002MPD超流量2 800 T/H，根据逻辑启动备用的3CEX002PO，而不是凝泵出口压力低启动。CEX超流量启备用泵之前凝泵出口母管压力最低只到1.29 MPa，备用泵启动定值1.1 MPa。CEX备用泵启动，凝泵出口压力升高导致3ABP002MPD超量程（超过3 000 t/h）。3ABP002MPD是除氧器三冲量调节信号之一，当该流量表超量程后使DCS软操中出现输入坏点，联锁软操由自动切为手动，致使该阀门固定在当前开度。

原因分析：阀门定位器温度较高，定位器因长期高温烘烤，加速定位器密封圈老化及定位器主板部分控制压力模块的电子元器件性能下降或故障，导致阀门调节异常；阀门填料运行至今未更换过，长时间运行磨损、老化，最终在阀门突然大幅度动作时，导致被拉毛，出现较大泄漏。

2.3 紧急疏水阀开启时除氧器液位异常瞬态分析

2018年5月16日，3AHP037VL（5A高加紧急疏水阀）电磁阀失电故障全开，去除氧器正常疏水阀3ADG013VL自动全关，机组瞬态过程中，出现3CEX026/042VL软操切手动，硬操器在自动，且无法自动调节；除氧器液位自动控制过程一直无法保持水位稳定。

3AHP037VL电磁阀失电全开的故障期间，CEX备用泵启动以后，3CEX026VL自动调节失效，输出固定在当前54%开度，硬操器3CEX026、042RC显示在自动状态，原因为除氧器水位降低，3CEX026VL自动调节开大，当3ABP002MPD流量增加达到2800T/H，CEX备用泵启动，凝泵出口压力升高导致3ABP002MPD超量程。3ABP002MPD是除氧器三冲量调节信号之一，3CEX026VL在DCS软操中出现输入坏点，软操由自动切为手动控制，致使该阀门固定在当前开度。DCS软操手自动优先于硬操手自动。也就是说，必须DCS软操在自动位置，硬操才是可用的。根据无扰切换要求，自动退手动时都是保持之前的阀位。

根据以上现象满功率运行，5号高加一列紧急疏水阀突开，如果CEX备用泵未启动，ADG001BA液位会持续下降，此时CEX备用泵到定值未自动启动，则需要手动启泵，确保凝结水流量供应。CEX备用泵启动，由于CEX流量接近达到2800 t/h，除氧器水位无法自动调节稳定在整定值，期间不要放自动，一直手动调节；失去高加给水，除氧器水位自动调节系统基础：失去1列高加疏水对应90%功率以下，失去两列高加疏水，对应75%功率以下。否则，除氧器手动控制。

3 疏水阀开启时应对策略

3.1 正常疏水阀开启时应对策略

机组正常运行期间如果高加正常疏水阀异常开启，首先根据核功率、热功率、调门不超限的原则下控制机组状态；然后根据将正常疏水阀置于手动控制水位。由于4ABP002MPD流量至2800 t/h时会触发CEX备用泵启动，进而导致4ABP002MPD超量程（超过3000 t/h，显示坏点）。同时4ABP002MPD是除氧器三冲量调节信号之一，4CEX026VL在DCS软操中出现输入坏点，软操由自动切为手动控制，阀门固定在当前开度。因此时高加6A水位在手动控制，若除氧器水位控制再切至手动，将使机组控制复杂化，不利于机组状态的控制，因此在疏水切换过程中需加强监视除氧器、凝汽器液位及4ABP002MPD的流量，在高加水位已经调节稳定的前提下，必要时可放缓或暂停疏水切换，机组状态稳定后在查找故障原因。

3.2 紧急疏水阀开启时应对策略

正常运行期间高加紧急疏水阀开启时应集中精力去维持机组的稳定，不要首先去查找高加紧急疏水阀全开的原因，此时应尽快手动控制高加去冷凝器紧急疏水的流量，维持高加水位的稳定。要尽快降功率避免反应堆超功率，关注汽轮机调门开度、核功率、D棒棒位的变化。重点关注ADG水位、冷凝器水位、CEX 026 VL开度、CEX泵备用启动运行情况，防止ADG液位过低导致APA泵跳泵或是ADG液位过高导致汽轮机进水。当核功率和调门开度恢复到正常限值内，并且ADG水位和冷凝器水位稳定后，再查找高加紧急疏水阀故障开启原因并恢复至初始状态。