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        CPR1000核電機(jī)組下泄溫度異常原因分析及措施

        2021-06-04 02:03:08
        中國核電 2021年2期
        關(guān)鍵詞:閥門指令

        (福建寧德核電有限公司,福建 寧德 352000)

        核電站化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)的下泄溫度是通過調(diào)節(jié)閥(RRI155 VN)來控制冷卻水的流量來保證其在一定范圍內(nèi)運(yùn)行,如圖1所示。RCV系統(tǒng)下泄溫度設(shè)定值為35 ℃,當(dāng)RCV下泄溫度小于設(shè)定值時,需要降低設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(RRI)流量,關(guān)小RRI155 VN;RCV下泄溫度超過設(shè)定值時,則需要開大RRI155 VN,加大冷卻流量,保證RCV下泄回路溫度控制在35 ℃左右。

        圖1 下泄回路工藝流程Fig.1 Letdown line process

        1 故障現(xiàn)象及風(fēng)險分析

        2016年9月1日至13日,下泄回路熱交換器(N4RCV002RF)出口溫度(N4RCV002 MT)瞬間波動超過56 ℃達(dá)7次,最高達(dá)到57.6 ℃,影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。從歷史數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)該問題自調(diào)試以來一直存在。經(jīng)分析,該問題對機(jī)組運(yùn)行的主要風(fēng)險有:

        1)溫度高于57 ℃時將旁路除鹽床。如果下泄溫度超過60 ℃而未自動旁路除鹽床,將會導(dǎo)致樹脂損壞,進(jìn)而影響一回路水質(zhì)的調(diào)節(jié)與控制,有導(dǎo)致機(jī)組后撤的風(fēng)險;

        2)下泄溫度超過80 ℃,將對下游濾芯造成損壞,進(jìn)而影響系統(tǒng)的水質(zhì),有雜質(zhì)進(jìn)入主泵軸封的風(fēng)險;

        3)下泄溫度超過109.5 ℃,將導(dǎo)致下泄隔離;

        4)下泄溫度過高,還可能導(dǎo)致軸封泄漏異常,不利于主泵的穩(wěn)定運(yùn)行;

        5)下泄溫度高降低了RCV泵的有效氣蝕余量,造成RCV泵氣蝕的風(fēng)險;

        6)下泄溫度變化導(dǎo)致除鹽床硼析出或吸收,可能導(dǎo)致一回路功率、溫度、溫度控制棒的波動。

        2 原因分析及處理

        (1)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)優(yōu)化

        如圖2所示,在2016年9月13日15:58分,下泄溫度為33.73 ℃,閥門指令為22.03%,由于該溫度低于設(shè)定值35 ℃,所以在積分的作用下,閥門的指令會繼續(xù)減小。至16:30閥門指令減至13.06%,而下泄溫度不改變,說明實際閥門未動作。然后在積分的繼續(xù)作用下,閥門突然關(guān)小,導(dǎo)致冷卻水流量突然改變,致使溫度快速升高。

        圖2 下泄溫度調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)異常Fig.2 Abnormal temperature of the letdown line

        為了克服閥門的缺陷,對該閥門PI調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,把積分作用功能取消。即:由原來的Kp=0.68、Ti=700 s,優(yōu)化成Kp=1.3、Ti=10 000 s。優(yōu)化后溫度波動的頻率明顯減少。

        (2)閥門電氣轉(zhuǎn)換器(E/P)部件性能診斷

        雖然波動頻率減少了,但偶爾的波動還是會影響機(jī)組的正常運(yùn)行。所以決定先把閥門手動搖至固定的開度,對閥門的儀控部件進(jìn)行檢查。2016年9月19日,利用閥門診斷儀FLOW-SCANER對E/P、定位器等部件進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)E/P存在輸出氣壓不能很好跟隨指令的情況。如圖3所示,閥門指令從16.878 mA增加至17.541 mA,而壓力從0.849 Bar增加到0.859 Bar。

        圖3 8007 E/P的測試曲線Fig.3 The performance curve of E/P 8007

        該E/P采用的是梅索里蘭的8007型號。結(jié)合其他基地電站的情況,也發(fā)現(xiàn)該類型的定位器存在一些問題:氣流量小,輕微泄漏將導(dǎo)致輸出大幅變化和波動;可調(diào)性差,調(diào)整范圍小,調(diào)整困難;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障點(diǎn)多。 所以決定對E/P進(jìn)行替代換型,把E/P換成型號為艾默生-費(fèi)希爾生產(chǎn)的 546NS。更換后的閥門E/P性能曲線如圖4所示。對E/P更換后,在下泄雙孔板運(yùn)行時故障現(xiàn)象基本消除。但在下泄模式由雙孔板轉(zhuǎn)變成單孔板運(yùn)行時,又出現(xiàn)溫度異常波動的情況。

        圖4 546NS E/P的測試曲線Fig.4 The performance curve of E/P 546NS

        (3)單孔板運(yùn)行模式下泄溫度異常原因分析及處理

        在2016年9月19日,更換E/P后,閥門運(yùn)行至10月25日,未見異常。當(dāng)時運(yùn)行的工況是,下泄為雙孔板運(yùn)行,下泄流量(4RCV005MD)為25.6 t/h,閥門的開度在34%~38%。10月25日,運(yùn)行人員改變了運(yùn)行方式,切為單孔板運(yùn)行,下泄流量4RCV005MD變?yōu)?3.6 t/h,閥門的開度在23%~32%,下泄溫度又偶爾出現(xiàn)異常波動。

        先從閥門的結(jié)構(gòu),該閥門的RIN碼為BANDBC0100-J。即:閥類型為蝶形控制閥,閥體材料為316 L、150磅級、閥座密封同閥體,閥瓣密封為不銹鋼,連接方式為法蘭連接,RCC-M等級為3級,閥門事故情況為開啟狀態(tài)。再從閥門的流量特性曲線發(fā)現(xiàn)閥門在低指令時閥門的流量特性變化不明顯,如圖5所示。然而4RRI155VN閥門在下泄為單孔板運(yùn)行時,閥門的開度指令較低。所以,閥門就會出現(xiàn)當(dāng)指令增加時,流量變化不明顯,響應(yīng)不及時的情況。

        圖5 RRI155VN的流量特性曲線Fig.5 The flow characteristic curve of RRI155VN

        在機(jī)組大修時,對閥門進(jìn)行整體性能診斷,發(fā)現(xiàn)閥門機(jī)械死區(qū)偏大,閥門不能跟隨指令動作。對氣缸式氣動頭進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn):活塞板下方有27根直徑約15 mm、高約250 mm的小彈簧,密集的擺放在一起,間距很小,部分彈簧存在互相交錯的情況。且小彈簧壓縮量很大,約150 mm,由于導(dǎo)向柱較短,壓縮過程中部分彈簧存在明顯的彎曲和互相擠壓的情況。閥門開度越小,這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。綜上分析,閥門小開度調(diào)節(jié)性能不佳的根本原因是氣缸式氣動頭內(nèi)小彈簧在受壓縮后出現(xiàn)局部摩擦導(dǎo)致。

        這也就印證了閥門指令增加后,然而溫度一直不變化。直到指令改變量超過5%時,閥門突然開啟,導(dǎo)致冷卻水流量的突變,使溫度出現(xiàn)大幅度波動。后經(jīng)更換閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu),將氣缸式氣動頭替代為隔膜式氣動頭閥門的調(diào)節(jié)特性明顯得到改善,如圖6所示。

        圖6 優(yōu)化后的調(diào)節(jié)曲線Fig.6 The optimized regulation curve

        另外,從設(shè)計手冊中可以獲知,此閥門要滿足機(jī)組在多種工況下具備調(diào)節(jié)功能,正常運(yùn)行時RRI系統(tǒng)設(shè)計流量為28 t/h,最大下泄工況時RRI側(cè)設(shè)計流量為135 t/h。這也導(dǎo)致閥門的選型受限。

        3 結(jié)論

        歷時3年持續(xù)跟蹤分析,確定4號機(jī)下泄溫度異常波動的原因是一個綜合故障。通過優(yōu)化PID參數(shù),使閥門的異常波動頻率得到減緩;閥門在高指令時實際開度不能跟隨遠(yuǎn)方指令的原因為閥門E/P存在異常,通過物項替代更換了E/P,把原來的梅索里蘭生產(chǎn)的型號為8007的E/P更換成費(fèi)希爾的 546NS;閥門在低指令時特性不好的原因是閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在問題,通過把氣缸式氣動頭替代為隔膜式氣動頭閥門,以克服閥門的機(jī)械死區(qū)過大的問題;另外,系統(tǒng)設(shè)計也有待優(yōu)化,建議在后續(xù)的新建機(jī)組增加旁路調(diào)節(jié)閥以提高系統(tǒng)在低流量時的調(diào)節(jié)特性。

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