朱鱗淵

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

一回路充水排氣是大修結(jié)束后機(jī)組由維修冷停轉(zhuǎn)為正常冷停的關(guān)鍵操作，一回路中如果存在大量的空氣，會(huì)使得設(shè)備腐蝕，引起反應(yīng)堆冷卻劑放射性升高，從而影響穩(wěn)壓器的壓力控制效果并影響換熱等，因此一回路系統(tǒng)充水排氣的質(zhì)量將直接影響后續(xù)工作的質(zhì)量，而且其時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響到大修工期，影響到發(fā)電量，影響到經(jīng)濟(jì)效益。本文將總結(jié)傳統(tǒng)核電廠多年一回路充水排氣的經(jīng)驗(yàn)反饋，找出影響一回路充水排氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素，最后結(jié)合實(shí)際運(yùn)行效果，看看傳統(tǒng)的一回路充水排氣采用比較好的反饋經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行有多大的改進(jìn)空間。

1 傳統(tǒng)一回路充水排氣

1.1 傳統(tǒng)核電廠一回路充水排氣流程

傳統(tǒng)核電廠一回路充水排氣是在一回路完成裝料后，反應(yīng)堆水池已排空，一回路水位達(dá)到10.5 m，壓力容器頂蓋安裝后進(jìn)行的，其充水排氣的主要操作包括：初始條件檢查、前期準(zhǔn)備工作、一回路開(kāi)始充水、靜排氣、動(dòng)排氣及聯(lián)合排氣等。

傳統(tǒng)核電廠一回路靜排氣在一回路壓力穩(wěn)定在0.3 MPa時(shí)即可進(jìn)行，主要包括主泵泵殼、RTD測(cè)溫旁路管線、壓力容器頂部、穩(wěn)壓器頂部（穩(wěn)壓器安全閥先導(dǎo)管線、汽相取樣管線）排氣閥等排氣管線。

靜態(tài)排氣完成后，將一回路升壓到0.7 MPa，然后開(kāi)始對(duì)主泵泵殼排氣，一直排到2.5 MPa，在2.5 MPa主泵啟動(dòng)條件滿足后點(diǎn)動(dòng)兩臺(tái)主泵中的一臺(tái)，在主泵運(yùn)行20~30 s，主泵完全停運(yùn)后，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)文件包再次對(duì)主泵泵殼排氣，之后點(diǎn)動(dòng)2號(hào)主泵運(yùn)行20~30 s，然后將一回路降壓到0.7 MPa，根據(jù)文件包對(duì)穩(wěn)壓器和壓力容器頂蓋排氣。之后降壓到0.3 MPa并穩(wěn)定，靜置約兩小時(shí)后運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)文件包對(duì)一回路全面排氣。

再次將一回路升壓到2.5 MPa，首先再次對(duì)主泵泵殼排氣，然后調(diào)整一回路壓力至2.7 MPa，先后啟動(dòng)兩臺(tái)主泵，第二臺(tái)主泵電流穩(wěn)定后20~30 s，同時(shí)停運(yùn)兩臺(tái)主泵，然后一回路降壓至0.7 MPa和0.3 MPa，進(jìn)行兩臺(tái)主泵聯(lián)合排氣。

聯(lián)合排氣結(jié)束后調(diào)整一回路壓力至2.5 MPa.g，并通過(guò)容控箱液位計(jì)算剩余氣體體積，一回路壓力從0.7 MPa到2.5 MPa剩余氣體體積小于12 m3則結(jié)果合格，排氣結(jié)束，不合格則重新進(jìn)行聯(lián)合排氣直至排氣合格。

主泵點(diǎn)動(dòng)的目的是將蒸發(fā)器倒U型管內(nèi)的氣體趕出來(lái)，一回路降壓后再進(jìn)行排氣是為了使氣體充分釋放，在一回路降壓達(dá)到7 bar.g時(shí)隔離主泵一號(hào)軸封回流。

1.2 傳統(tǒng)核電廠一回路充水排氣經(jīng)驗(yàn)反饋及操作解釋

傳統(tǒng)核電廠使用傳統(tǒng)的充水排氣方法至今已有很多年，在這方面的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)極其豐富，下面就總結(jié)傳統(tǒng)核電廠一些重要的經(jīng)驗(yàn)反饋：

（1）將一回路泄壓壓力從0.3 MPa降至0.23MPa，并取消兩個(gè)小時(shí)的靜置時(shí)間。

之所以選擇將一回路泄壓壓力從0.3MPa降至0.23 MPa，是因?yàn)楦鶕?jù)亨利定律，氣體在水中的溶解度正比于該氣體的分壓，也就是說(shuō)一回路壓力越低，水中溶解的氣體就越小，氣體析出越多，氣體就會(huì)較容易排出。但是一回路壓力同時(shí)又必須保證不出現(xiàn)負(fù)壓，以免倒吸入空氣。一回路的最高點(diǎn)是在PZR頂部（約25.5 m），所以只要PZR頂部依然為正壓，則不會(huì)存在倒吸入空氣的問(wèn)題。而主控監(jiān)測(cè)的壓力表RCP37/39MP，取壓點(diǎn)在8.92 m，距離穩(wěn)壓器頂部壓力差有1.5~2.0bar，也就是說(shuō)37/39MP只要顯示為2 bar.g之上即可。再加上一定的安全裕量，因此取0.23 MPa的析出壓力，而壓力容器、穩(wěn)壓器壓力更低，更容易析出氣體，因此該改進(jìn)能起到很關(guān)鍵的作用，因?yàn)闅怏w一旦溶入水中，是無(wú)法再排出的，只有讓氣體析出，才能達(dá)到排出氣體的目的。

取消靜置的時(shí)間，同樣根據(jù)亨利定律可知：只要一回路壓力不變，等待再久，氣體也不會(huì)析出，而一旦壓力降低，氣體的析出幾乎是瞬時(shí)的，并不存在延遲，所謂的等待，還會(huì)讓那些不溶于水中的彌散在水中的氣體上浮，而這一過(guò)程用時(shí)并不長(zhǎng)。因此，原程序中每一次降壓后要求等待至少4小時(shí)是沒(méi)有必要的，取消靜置的時(shí)間對(duì)于提高大修的效率有著非常重要的作用，尤其是在10年大修有兩回充水排氣的時(shí)候，取消靜置至少能夠節(jié)約七八個(gè)小時(shí)。

（2）在保證下游疏水通暢的情況下保證最大的排氣閥開(kāi)度，或者在保證疏水排氣通順的情況下兩路同時(shí)排氣，這時(shí)候應(yīng)注意控制RPE002BA的液位不超過(guò)50%~70%，同時(shí)RPE002BA下游疏水閥RPE067VP全開(kāi)，而三廢操作員要保證TEU工藝罐有足夠的儲(chǔ)存容積。

通過(guò)斐克第一定律可知，氣體由水中向外擴(kuò)散的速度與擴(kuò)散方向上氣體的濃度梯度成正比。對(duì)于空氣與水來(lái)說(shuō)，頂部的排氣口就是其要擴(kuò)散的方向，只有將那里的空氣不斷排出，溶解于水中的空氣才會(huì)緩緩地不斷析出，而排得越快，析出則越快，所以要盡可能地將各個(gè)排氣點(diǎn)開(kāi)大，只要排氣閥開(kāi)度不超過(guò)RPE002BA的疏水能力即可，而RPE002BA疏水能力受到TEU工藝罐限制，所以還要保證TEU工藝罐有足夠的儲(chǔ)存容積，以避免RPE002BA疏水不暢導(dǎo)致EBA001ZV被淹沒(méi)。

（3）一回路壓力從0.7 MPa壓力平臺(tái)降至0.3 MPa壓力平臺(tái)期間，保持穩(wěn)壓器頂部排氣閥開(kāi)啟。

分析前文可知，排氣速度越快，越有利于氣體從一回路水中析出，排氣效果也越好。事實(shí)上，在降壓過(guò)程中，如果在降壓期間能夠持續(xù)地保持排氣，只要保證足夠的排氣速率，理論上來(lái)說(shuō)，當(dāng)壓力降至0.23 MPa時(shí)，排氣過(guò)程即告結(jié)束，考慮到在2.5 MPa平臺(tái)壓力較高，氣體析出時(shí)的汽水兩相流沖擊較大，在此降壓過(guò)程中并不建議開(kāi)啟排氣閥或者閥門開(kāi)啟小開(kāi)度，而在從0.7 MPa壓力降至0.3 MPa平臺(tái)期間，建議保持排氣閥開(kāi)啟。

1.3 傳統(tǒng)核電廠采用經(jīng)驗(yàn)反饋運(yùn)行后的實(shí)際效果

（1）將一回路泄壓壓力從0.3 MPa降至0.23 MPa，并取消兩個(gè)小時(shí)的靜置時(shí)間，一回路含氣率均是一次合格。新的方法有效地避免了不確定性，提高了大修的效率。而根據(jù)以往大修的經(jīng)驗(yàn)及反饋，機(jī)組一回路的充水排氣工作存在一定的不確定性，排氣是否一次成功可能影響大修時(shí)間——七八小時(shí)，本次大修有兩次一回路充水排氣操作，且均一次性合格，這給以后的大修提供了很重要的參考價(jià)值。

（2）一回路壓力從0.7 MPa壓力平臺(tái)降至0.3 MPa壓力平臺(tái)期間，保持穩(wěn)壓器頂部排氣閥RCP644VP開(kāi)啟，從兩次一回路動(dòng)、靜排氣實(shí)際效果來(lái)看，具有較好的排氣效果。

（3）兩次一回路充水排氣時(shí)間分別為17小時(shí)和20小時(shí)（其中還包括4小時(shí)處理2RCP141VD閥芯故障及1號(hào)主泵啟動(dòng)允許指示燈不亮缺陷），而較近的一次大修——112大修充水排氣時(shí)間則需要27小時(shí)，兩者相比較，本次大修的實(shí)際效果不言而喻。

2 一回路抽真空充水排氣

與傳統(tǒng)核電廠廠采用的充水排氣的方法不同，國(guó)內(nèi)外很多核電廠采用抽真空后對(duì)一回路進(jìn)行充水的方法。與傳統(tǒng)操作相比，真空充水可以避免因主泵動(dòng)態(tài)趕氣而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，簡(jiǎn)化了充水、趕氣過(guò)程。但真空充水操作較為復(fù)雜，如操作不當(dāng)，后果是嚴(yán)重的，本文將對(duì)真空充水過(guò)程及注意點(diǎn)進(jìn)行深入研究，探討其在傳統(tǒng)核電廠實(shí)施的可行性。

AP1000核電廠、方家山核電廠、嶺澳核電廠以及大亞灣核電廠均采用了抽真空啟動(dòng)的方法，因本廠機(jī)組與大亞灣機(jī)組非常相似，因此，下面僅以大亞灣為參考進(jìn)行分析。

2.1 抽真空充水排氣原理

大亞灣核電廠蒸發(fā)器U型管+水室體積約為92 m3，其內(nèi)部的氣體在靜態(tài)排氣時(shí)不能排出，需將一回路排水至半管水位，抽真空到200Mbar.a后，再進(jìn)行充水，其內(nèi)氣體折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后為18~19 m3，低于標(biāo)準(zhǔn)21 m3，可能只需要經(jīng)過(guò)靜態(tài)排氣一回路含氣量即可合格。而對(duì)于傳統(tǒng)核電廠來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)器U型管和水室體積為2×31m3=62 m3，剩余氣體體積要小于12 m3才為合格，所以，由波意耳定律可得：P0V0=P1V1

P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，V0為大氣壓下剩余氣體體積，即12 m3；P1為抽真空所達(dá)到的真空壓力，V1為蒸發(fā)器水室和U型管容積。

大亞灣抽真空最終要求的真空度為170 bar.a，具有一定的裕度。

2.2 抽真空排氣存在的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

抽真空充水排氣從原理上來(lái)講是具有很高的可行性的，但是抽真空排氣又存在哪些缺點(diǎn)，會(huì)帶來(lái)哪些風(fēng)險(xiǎn)，有哪些應(yīng)對(duì)措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)呢？這些也必須是討論的重點(diǎn)。

2.2.1 一回路水沸騰風(fēng)險(xiǎn)

一回路真空度越高，抽真空排氣的效果越好，但是真空度越高，水的飽和溫度就越低，一回路就很容易產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，尤其在堆芯有裝料的情況下。

應(yīng)對(duì)措施：進(jìn)行抽真空操作時(shí)，一回路溫度維持在400℃以下；另外，抽真空裝置上還應(yīng)設(shè)置安全閥，防止一回路壓力過(guò)低。

2.2.2 一回路設(shè)備承受負(fù)壓

在抽真空的過(guò)程中，一回路設(shè)備會(huì)承受負(fù)壓，因?yàn)椴糠衷O(shè)備、閥門和儀表在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮承受負(fù)壓的工況。

應(yīng)對(duì)措施：對(duì)在隔離邊界內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)于不能承受負(fù)壓的設(shè)備、閥門和儀表進(jìn)行臨時(shí)隔離。

2.2.3 主泵一號(hào)軸封承受反向壓差

由于一號(hào)軸封不能承受大于0.2 bar的反向壓差，否則密封端面會(huì)有錯(cuò)位的風(fēng)險(xiǎn)，所以在抽真空期間需要平衡主泵軸封的壓差。

應(yīng)對(duì)措施：大亞灣核電廠設(shè)置了專門的主泵一號(hào)軸封兩側(cè)壓力平衡閥，并有相對(duì)應(yīng)的行政隔離，抽真空時(shí)解除，閥門開(kāi)啟，抽真空結(jié)束時(shí)，閥門關(guān)閉。

2.2.4 有燃料裝載時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)

（1）一回路抽真空至約200 mbar，一回路飽和溫度會(huì)降低，而堆芯仍然有燃料裝載會(huì)產(chǎn)生熱量，所以一回路很容易發(fā)生沸騰，這些前面已經(jīng)提到。

（2）堆芯有裝料時(shí)，由于RRA泵在運(yùn)行，一回路運(yùn)行水位低且一回路處于真空狀態(tài)，導(dǎo)致RRA泵的正吸入壓頭較低，控制不好很容易導(dǎo)致RRA泵發(fā)生汽蝕或者吸入渦流，從而使RRA泵及系統(tǒng)產(chǎn)生較大的振動(dòng)。

應(yīng)對(duì)措施：除了密切監(jiān)視一回路的參數(shù)外，還必須密切監(jiān)視RRA敏感支管的振動(dòng)。為了防止RRA產(chǎn)生渦流，需要調(diào)整RRA流量。

2.2.5 一回路水位跟蹤產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)

在停堆工況下使用的水位計(jì)為RCP082LN、083LN、081MN，（1）其中082LN可監(jiān)測(cè)從穩(wěn)壓器頂部至主管道底部的水位，由于受到環(huán)境的限制，存在著測(cè)量盲區(qū)，會(huì)有較大的測(cè)量誤差，不利于水位的監(jiān)測(cè)；

（2）083LN用來(lái)監(jiān)測(cè)壓力容器法蘭結(jié)合面和環(huán)路的水位，也存在較大的測(cè)量誤差；

（3）081MN用來(lái)測(cè)量壓力容器法蘭結(jié)合面和各環(huán)路的水位，儀表不可靠，其精度容易受RRA泵的流量影響，流量越大誤差也越大。而抽真空排氣后充水時(shí)穩(wěn)壓器水位變化快，主管道水位變化很細(xì)微，這些水位計(jì)顯然無(wú)法滿足要求。

應(yīng)對(duì)措施：（1）新增高精度水位計(jì)RCP098MN替代原有RCP082LN/081MN，用以跟蹤反應(yīng)堆水池和穩(wěn)壓器波動(dòng)管水位在充排水過(guò)程中的變化；（2）采用超聲波水位計(jì)RCP300MN測(cè)量主管道水位，完成對(duì)水位變幅不大的水體水位觀測(cè)。

3 結(jié)論

從兩種充水排氣方式的過(guò)程可以看出，兩種啟動(dòng)方式有著比較明顯的不同，主要體現(xiàn)在是否存在水實(shí)體狀態(tài)、是否需要點(diǎn)動(dòng)主泵動(dòng)態(tài)趕氣等方面。兩者既有優(yōu)點(diǎn)，也有各自的缺點(diǎn)，其優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下。

3.1 傳統(tǒng)核電廠充水排氣優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

國(guó)內(nèi)核電廠有著豐富的啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，不需要增加其他設(shè)備。

3.1.2 缺點(diǎn)

（1）點(diǎn)動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)；

（2）需要點(diǎn)動(dòng)主泵進(jìn)行動(dòng)態(tài)趕氣，對(duì)主泵造成沖擊；

（3）水實(shí)體時(shí)有低溫超壓的風(fēng)險(xiǎn)；

（4）需要多次手動(dòng)開(kāi)放氣閥進(jìn)行排氣等。

3.2 抽真空充水排氣優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）可以減少換料大修的時(shí)間；

（2）不需要點(diǎn)動(dòng)主泵進(jìn)行動(dòng)態(tài)趕氣，減少對(duì)主泵的沖擊；

（3）不需要多次手動(dòng)操作放氣閥進(jìn)行排氣。

3.2.2 缺點(diǎn)

（1）需要增加相應(yīng)的抽真空設(shè)備；

（2）需要增加相應(yīng)設(shè)備的裝、卸及運(yùn)行操作；

（3）主泵1號(hào)軸封壓差超過(guò)限值時(shí)，可能導(dǎo)致主泵損壞；

（4）抽真空前排至較低的半管水位位置，余排泵有氣蝕和吸入渦流危險(xiǎn)；

（5）一回路要求參數(shù)較低，容易發(fā)生沸騰；

（6）水位控制比較嚴(yán)格，且不容易控制等。