朱達(dá)睿，李豪杰

（中國(guó)核電工程有限公司，浙江 嘉興 314300）

核電機(jī)組在正常運(yùn)行期間二回路通過(guò)汽輪機(jī)做功實(shí)現(xiàn)一回路熱量的持續(xù)導(dǎo)出。當(dāng)二回路無(wú)法向汽輪機(jī)做功時(shí)，通過(guò)向環(huán)境排放蒸汽來(lái)降低一回路溫度，此時(shí)需要持續(xù)向蒸汽發(fā)生器注水，以保證設(shè)備安全。在超基準(zhǔn)事故二回路喪失補(bǔ)水的情況下，一回路熱量無(wú)法有效排出，導(dǎo)致重要設(shè)備受損甚至放射性物質(zhì)外泄。作為ACP1000非能動(dòng)安全系統(tǒng)的一部分，二回路非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)（PRS）便是為應(yīng)對(duì)上述工況而設(shè)計(jì)，系統(tǒng)通過(guò)閉式循環(huán)實(shí)現(xiàn)在持續(xù)放熱的同時(shí)維持蒸汽發(fā)生器的水裝量，有效提高了機(jī)組安全性。由于該系統(tǒng)的運(yùn)行不需要外部動(dòng)力，通過(guò)介質(zhì)的物理特性可自持運(yùn)行，有較高的可靠性。

1 試驗(yàn)介紹

二回路非能動(dòng)自然循環(huán)試驗(yàn)作為PRS系統(tǒng)的功能試驗(yàn)，其目的為驗(yàn)證PRS系統(tǒng)是否能夠發(fā)揮設(shè)計(jì)換熱功能。為降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，減小試驗(yàn)對(duì)機(jī)組的影響，自然循環(huán)試驗(yàn)選擇在非核條件下執(zhí)行。由于試驗(yàn)要求一回路能持續(xù)、穩(wěn)定地向二回路傳熱，試驗(yàn)安排在機(jī)組熱態(tài)性能試驗(yàn)期間的熱停堆平臺(tái)開(kāi)展。

1.1 試驗(yàn)方案介紹

本試驗(yàn)采用手動(dòng)開(kāi)啟凝水管線電動(dòng)隔離閥的方式投運(yùn)PRS系統(tǒng)，進(jìn)行自然循環(huán)能力驗(yàn)證。為匹配熱試期間一回路向二回路的傳熱量及避免一回路降溫速率過(guò)快，選取一條沿程阻力最大的環(huán)路進(jìn)行試驗(yàn)。為簡(jiǎn)化熱量計(jì)算，提高換熱量計(jì)算準(zhǔn)確性，自然循環(huán)試驗(yàn)期間通過(guò)停止二回路的一切補(bǔ)水及蒸汽排放來(lái)屏蔽外部擾動(dòng)。試驗(yàn)實(shí)施方案如下：①將機(jī)組控制在標(biāo)準(zhǔn)熱停堆狀態(tài)且3臺(tái)主泵持續(xù)運(yùn)行；②熱阱初始溫度為環(huán)境溫度；③蒸汽排放閥自動(dòng)控制在關(guān)閉狀態(tài)，且在不超過(guò)安全閥動(dòng)作定值的情況下盡可能調(diào)高所設(shè)定的壓力；④屏蔽二回路余熱排出系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，并采用物理手段避免PRS系統(tǒng)向蒸汽發(fā)生器意外補(bǔ)水；⑤終止蒸汽發(fā)生器排污及蒸汽發(fā)生器補(bǔ)水；⑥開(kāi)啟PRS系統(tǒng)一列中的單個(gè)凝水管線隔離閥，投運(yùn)PRS系統(tǒng)進(jìn)行自然循環(huán)；⑦調(diào)節(jié)一回路上充、下泄流量，維持一回路水裝量；⑧當(dāng)一回路平均溫度降低到一定限值時(shí)關(guān)閉凝水管線隔離閥，停止PRS自然循環(huán)。

1.2 試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)控制分析

由于本試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)理為利用介質(zhì)的重位壓差和蒸汽冷卻收縮產(chǎn)生的抽吸現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)連續(xù)自然循環(huán)，試驗(yàn)期間不能人工干預(yù)循環(huán)進(jìn)程，對(duì)機(jī)組一回路和二回路均具有一定風(fēng)險(xiǎn)。下面將對(duì)自然循環(huán)試驗(yàn)存在的重大風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的管控措施進(jìn)行介紹。

1.2.1 一回路壓力上升，有安全閥動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)成因：二回路正常熱量導(dǎo)出方式喪失，試驗(yàn)初期PRS導(dǎo)熱量小于一回路產(chǎn)熱，若此時(shí)穩(wěn)壓器水位上升，將導(dǎo)致一回路壓力升高，可能導(dǎo)致穩(wěn)壓器安全閥動(dòng)作。

管控措施：密切監(jiān)視一回路壓力，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)控制一回路溫度穩(wěn)定，從而控制穩(wěn)壓器水位穩(wěn)定，避免由于穩(wěn)壓器水位變化引起壓力變化。適當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)電加熱器、穩(wěn)壓器來(lái)控制穩(wěn)壓器水位，從而控制壓力，使一回路壓力平穩(wěn)。

1.2.2 蒸汽發(fā)生器液位波動(dòng)

風(fēng)險(xiǎn)成因：由于PRS系統(tǒng)導(dǎo)熱相對(duì)滯后，蒸汽發(fā)生器壓力會(huì)先上升，然后下降。若蒸汽發(fā)生器壓力達(dá)到大氣釋放閥設(shè)定值時(shí)，排出大量蒸汽導(dǎo)致水位降低。

管控措施：試驗(yàn)前分析蒸汽發(fā)生器安全水位，試驗(yàn)期間盡可能縮短PRS系統(tǒng)的投入時(shí)間。若蒸汽發(fā)生器液位接近低液位，終止試驗(yàn)并手動(dòng)干預(yù)蒸汽發(fā)生器液位。

1.2.3 穩(wěn)壓器液位降低，導(dǎo)致加熱器燒毀

風(fēng)險(xiǎn)成因：由于試驗(yàn)期間一回路溫度參數(shù)持續(xù)降低，一回路介質(zhì)體積收縮，導(dǎo)致穩(wěn)壓器液位降低。

管控措施：密切關(guān)注穩(wěn)壓器水位，通過(guò)調(diào)節(jié)上充、下泄流量維持穩(wěn)壓器水位穩(wěn)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

將自然循環(huán)試驗(yàn)計(jì)劃通過(guò)試驗(yàn)得出的PRS系統(tǒng)換熱量曲線與設(shè)計(jì)計(jì)算得出的最小換熱量曲線進(jìn)行比對(duì)來(lái)判斷試驗(yàn)是否合格。

2.1 換熱量趨勢(shì)分析

從自然循環(huán)流量變化角度可將試驗(yàn)分為2個(gè)階段：①PRS凝水管線隔離閥開(kāi)啟至自然循環(huán)完全建立；②自然循環(huán)完全建立至試驗(yàn)終止。

通過(guò)前期熱工模擬計(jì)算結(jié)果可知，PRS自然循環(huán)流量從零迅速增大到極大值，在極大值穩(wěn)定一段時(shí)間后開(kāi)始緩慢減??；蒸汽發(fā)生器壓力在自然循環(huán)完全建立前有一定的上升，在自然循環(huán)建立后迅速下降但在后期下降趨勢(shì)變緩；凝水溫度在自然循環(huán)完全建立前從室溫升至130℃左右，并在后續(xù)換熱期間溫度基本保持穩(wěn)定[1]；由于蒸汽發(fā)生器產(chǎn)汽為飽和蒸汽，當(dāng)蒸汽壓力下降時(shí)，蒸汽飽和溫度也同步下降?；谏鲜?項(xiàng)參數(shù)的變化趨勢(shì)可得出以下結(jié)論：①在第一階段，PRS系統(tǒng)的放熱量持續(xù)增大，且變化速度較快；②在第二階段，PRS系統(tǒng)的放熱量緩慢減小，并在換熱后期趨于穩(wěn)定。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差原因及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

本試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差主要受蒸汽品質(zhì)的影響，具體可分為以下2個(gè)方面。

2.2.1 由蒸汽濕度引入的計(jì)算偏差

核電廠蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽為欠飽和蒸汽，由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)際測(cè)量蒸汽濕度，只能用設(shè)計(jì)要求的蒸汽發(fā)生器出口處的蒸汽濕度（0.25%）來(lái)代入計(jì)算流體焓值，公式如下：

本試驗(yàn)初始時(shí)一回路平均溫度為2ΧΧ.Χ℃，終止條件為一回路平均溫度降低2Χ℃，對(duì)應(yīng)蒸汽飽和壓力分別為7.ΧΧΧ MPa.a 和5.ΧΧΧ MPa.a。蒸汽從蒸汽發(fā)生器引入PRS換熱器這段管道還存在冷凝，蒸汽進(jìn)入PRS換熱器時(shí)其濕度應(yīng)大于蒸汽發(fā)生器出口處的蒸汽濕度。由圖1可以看出，蒸汽品質(zhì)不同，在各個(gè)壓力平臺(tái)下欠飽和蒸汽和飽和蒸汽的焓差在壓力降低的過(guò)程中逐漸變大，且伴隨著蒸汽濕度的增大，焓差進(jìn)一步變大。這一現(xiàn)象將導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算過(guò)程中由于缺少蒸汽濕度的實(shí)際數(shù)值而使得換熱量計(jì)算值與實(shí)際值發(fā)生偏差。鑒于蒸汽焓值均在2 750 kJ/kg以上，在蒸汽濕度較低的條件下，該項(xiàng)偏差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較?。考?jí)為 10-3）。

圖1 不同濕度條件下蒸汽與飽和蒸汽焓差

2.2.2 與飽和蒸汽參數(shù)不一致引入的偏差

在電廠實(shí)際運(yùn)行期間，濕蒸汽溫度并非所在壓力下的飽和蒸汽溫度。在焓值計(jì)算過(guò)程中，這種溫度和壓力不對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象也會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱量計(jì)算值與實(shí)際值發(fā)生偏差。本試驗(yàn)計(jì)劃通過(guò)采用壓力對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽焓值與壓力、溫度對(duì)應(yīng)的非飽和水焓值相結(jié)合的方式來(lái)作為流體焓值代入計(jì)算，使計(jì)算換熱量更貼近實(shí)際換熱量。

3 結(jié)論

本文對(duì)PRS系統(tǒng)自然循環(huán)試驗(yàn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行了介紹，分析了可能產(chǎn)生嚴(yán)重試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)的成因并提出了相應(yīng)的管控措施。針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定性分析并討論了蒸汽品質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)與理想狀態(tài)的偏差這兩方面對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。