胡家成

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，武漢 430223）

卡拉奇K2 機(jī)組是海外第一臺華龍一號堆型，反應(yīng)堆熱功率3050MW，電功率1145MW，機(jī)組于2015 年8 月20日開工建設(shè)，2021 年5 月20 日移交巴方。

主蒸汽流量是監(jiān)測核電廠運(yùn)行的重要參數(shù)，核電廠的主蒸汽流量信號用于啟動安全注射和啟動主蒸汽管線的隔離、控制主給水閥開度，并在蒸汽和給水流量失配與任何一臺蒸汽發(fā)生器低水位符合時(shí)觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆，也可用于發(fā)電功率的計(jì)算。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入裝料后啟動階段，需要對蒸汽發(fā)生器蒸汽流量通道進(jìn)行全面的檢查驗(yàn)證，確保各功率平臺下所有蒸汽流量通道精度滿足要求。

1 主蒸汽系統(tǒng)介紹及蒸汽流量測量

1.1 主蒸汽系統(tǒng)

主蒸汽系統(tǒng)（TSM）用于將蒸汽由蒸汽發(fā)生器輸送到汽輪機(jī)及凝汽器、汽水分離再熱器、除氧器等設(shè)備。主蒸汽系統(tǒng)與主給水流量控制系統(tǒng)（TFM），啟動給水系統(tǒng)（TFS）和輔助給水系統(tǒng)（TFA）一起，用于在電廠正常運(yùn)行工況、緊急工況及事故工況下排出由反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量。主蒸汽系統(tǒng)主要由主蒸汽管線、主蒸汽隔離閥（MSIV）、蒸汽發(fā)生器安全閥（MSSV）、疏水管線及其他閥門等設(shè)備組成，主蒸汽系統(tǒng)的正常運(yùn)行是指機(jī)組運(yùn)行在5%以上汽輪機(jī)負(fù)荷且發(fā)電機(jī)處于并網(wǎng)狀態(tài)。在該負(fù)荷下，堆芯功率和汽輪機(jī)負(fù)荷處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)堆和汽輪機(jī)控制系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)（TSA/TSC）隔離。正常運(yùn)行工況下，主蒸汽隔離閥開啟，主蒸汽安全閥關(guān)閉，MSIV 旁路管線關(guān)閉，輔助給水泵汽輪機(jī)供氣管線上的隔離閥開啟，讓管線處于連續(xù)加熱狀態(tài)，MSIV 上游疏水管線隔離。當(dāng)處于廠用電負(fù)荷或者汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，堆芯功率和汽輪機(jī)負(fù)荷不平衡，多余蒸汽通過汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)排到凝汽器中[1]。

1.2 主蒸汽流量測量

主蒸汽差壓流量測量的壓力來源取自于不同的系統(tǒng)：高壓端取自于主給水流量控制系統(tǒng)（TFM）蒸發(fā)器液位測量儀表的低壓端；低壓端取自于主蒸汽流量測量的節(jié)流件管段末端。高、低壓測量管線均將蒸汽介質(zhì)引至冷凝罐的側(cè)面接口，并在冷凝罐形成標(biāo)高穩(wěn)定的引壓液面，從冷凝罐的下側(cè)接口通過儀表管線與差壓變送器連接，將蒸汽流量節(jié)流件前后的壓差通過冷凝水傳導(dǎo)至差壓變送器的高、低壓測量端口[2]，如圖1 所示。

圖1 主蒸汽流量測量示意圖Fig.1 Schematic diagram of main steam flow measurement

主蒸汽流量測量信號由12 臺流量測量變送器及相關(guān)DCS 卡件組成，每個(gè)環(huán)路有4 臺流量變送器，3 個(gè)環(huán)路共計(jì)12 臺，分別是TSM001MD ～TSM012MD。主蒸汽流量變送器是上海光華生產(chǎn)的CECC(H3)/K-55E0G22B5S1(T)型變送器，設(shè)計(jì)量程是0t/h ～2500t/h，變送器差壓范圍是0Kpa ～99.6Kpa，變送器的精度等級是0.777%，安全級控制系統(tǒng)卡件精度等級是0.25%，非安全級控制系統(tǒng)卡件精度等級是0.05%。主蒸汽流量測量通道信號用于引發(fā)反應(yīng)堆停堆、安全注入和蒸汽管線隔離等。

2 蒸汽流量通道試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康暮拖葲Q條件

在反應(yīng)堆功率上升階段，驗(yàn)證二回路主蒸汽流量等儀表通道的有效性，確保主蒸汽流量的測量值和參考值的誤差滿足設(shè)計(jì)要求。

主蒸汽流量傳感器TSM001MD、002MD、003MD、004MD、005MD、006MD、007MD、008MD、009MD、010MD、011MD、012MD 和主蒸汽母管壓力變送器TSM024、025MP 已正確安裝且校驗(yàn)合格可用，相關(guān)的TSM通道試驗(yàn)已執(zhí)行。蒸汽流量變送器零點(diǎn)檢查應(yīng)在電站臨界狀態(tài)之前或者蒸汽發(fā)生器（SG）處于隔離狀態(tài)時(shí)的額定熱備用狀態(tài)，主蒸汽隔離閥、旁路隔離閥及旁排閥關(guān)閉之后進(jìn)行。蒸汽流量變送器零點(diǎn)檢查是在每臺蒸汽發(fā)生器上逐個(gè)進(jìn)行，該蒸發(fā)器應(yīng)與二回路其它部分的蒸汽與給水側(cè)隔離。

2.2 試驗(yàn)過程

2.2.1 零位調(diào)整

主蒸汽流量變送器在正常運(yùn)行工況下容易出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，因此機(jī)組在熱停堆工況下，需要驗(yàn)證蒸汽流量變送器的零點(diǎn)。

在熱停堆期間，分別對12 臺蒸汽流量變送器進(jìn)行零位調(diào)整，每個(gè)環(huán)路須單獨(dú)操作，零位調(diào)整前需主控室操縱員配合關(guān)閉3 臺主蒸汽隔離閥，關(guān)閉一個(gè)環(huán)路汽輪機(jī)旁路-A系統(tǒng)（TSA）大氣釋放閥，確保當(dāng)前環(huán)路無蒸汽流動，將環(huán)路壓力保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的范圍，避免對零位調(diào)整造成干擾。由于長時(shí)間憋壓，會導(dǎo)致一回路溫度和壓力升高，所以必須同時(shí)確保其他兩個(gè)環(huán)路汽輪機(jī)旁路-A 系統(tǒng)大氣釋放閥開啟。根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，將變送器零點(diǎn)輸出調(diào)整為4.02mA，由于管線可能有蒸汽波動，故需多次驗(yàn)證變送器零位準(zhǔn)確性。在保證零位調(diào)整準(zhǔn)確的前提下，盡量快速完成3 個(gè)環(huán)路蒸汽流量計(jì)零位調(diào)整工作，然后恢復(fù)TSA 大氣釋放閥為自動狀態(tài)。

2.2.2 通道驗(yàn)證

在變送器零位調(diào)整完成后，分別在15%FP、25%FP、50%FP、75%FP、90%FP、100%FP 功率平臺，對TSM 系統(tǒng)蒸汽流量通道進(jìn)行驗(yàn)證。蒸汽流量通道驗(yàn)證參考以下參數(shù)及公式：

1）Qfw0：參考流量，2TFM005-007YD 孔板變送器測量流量。

2）Qfw：文丘里管測量的給水流量。

3）ξ0、ξfw：測量不確定性。

4）Qbd：蒸發(fā)器排污流量。

5）Qst0：蒸汽流量，2TSM001 ～012MD 變送器測量流量。

6）ξbd、ξst：排污精度，蒸汽流量精度。

7）Pref：參考壓力。

8）Ptsm：蒸汽母管壓力。

9）ξref、ξtsm：測量不確定性。

用ΔP計(jì)算蒸汽流量。

ρ：在PV 時(shí)的密度。

ΔP：傳感器差壓。

K：由邊界條件定義。

Qst=Qr0（Qr0：流量變送器量程[T/h]）。

ΔP=R0（R0：流量變送器量程[kPa]）。

ρ=ρ0，ρ0為壓力P0時(shí)的密度。

流量計(jì)算公式如下：

由ΔP測量產(chǎn)生的誤差：

飽和蒸汽測量范圍是6.8MPa ～7.63MPa，設(shè)計(jì)院根據(jù)蒸汽壓力和飽和蒸汽密度擬合出壓力-蒸汽密度曲線，ρ=5.9P-4.82 且ρAVG=38 Kg/m3。

因而

試驗(yàn)壓力表的δP值為0.0125Mpa：

另外

2.3 試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題

根據(jù)設(shè)計(jì)院的指導(dǎo)文件《主給水和主蒸汽系統(tǒng)名義值的確定和儀表通道標(biāo)定檢查》要求，蒸汽流量必須滿足：|Qfw0-Qbd-Qst|＜ξst+ξ0+ξbd。其中，Qfw0 為熱平衡給出的給水參考流量；Qbd 為蒸汽排污流量；Qst 為蒸汽流量；ξ0 為孔板測量精度；ξbd 為排污精度；ξst 為蒸汽流量精度[3]。在15%FP、25%FP、50%FP 平臺，所有蒸汽流量通道均滿足要求。在75%FP、90%FP、100%FP 功率平臺，蒸汽流量通道精度不符合誤差要求。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 75%FP、90%FP、100%FP功率平臺蒸汽流量通道數(shù)據(jù)Table 1 Steam flow channel data of 75% FP, 90% FP, and 100% FP power platforms

表2 一環(huán)各功率平臺蒸汽流量通道數(shù)據(jù)Table 2 Steam flow channel data of each power platform in the first ring

3 蒸汽流量通道解決方案

在反應(yīng)堆功率重新升至各平臺后，對參考流量和實(shí)測流量的偏差進(jìn)行重新判定。如果偏差再次超過要求值，使用臨時(shí)方案對需要再次調(diào)整量程的通道進(jìn)行單獨(dú)在線修正。

3.1 新量程計(jì)算

如果差壓變送器零點(diǎn)被正確調(diào)整，并且冗余通道之間的偏差不超過允許范圍，就需要計(jì)算變送器的新量程；執(zhí)行校驗(yàn)可使測量通道的指示值和100%FP 下熱平衡獲得的參考值一致。如果在100%FP 不滿足準(zhǔn)則，需使Qref=Q。Qref由熱平衡給出，Q由相關(guān)通道給出。于是：

Rn：新量程

以一環(huán)為例，在反應(yīng)堆功率達(dá)到90%FP 時(shí)，整理收集各功率平臺數(shù)據(jù)，根據(jù)功率平臺和平均蒸汽流量擬合出FP - AVE(Qst)曲線，y=1935.6x-60.144。根據(jù)功率平臺和平均參考蒸汽流量擬合出FP - AVE(Qref)曲線，y=2087.1x-82.157。根據(jù)?P 和(Qref/Qr)2擬合出?P-(Qref/Qr)2曲線，y =87.242x+ 0.0996。提前預(yù)估出變送器新的量程，初步制定量程修改方案，等待功率升至100%FP 時(shí)讀取相關(guān)參數(shù)，然后計(jì)算真正的新量程，將初步估算值和最終計(jì)算值進(jìn)行對比，兩者數(shù)值非常接近。

根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算預(yù)估新量程為Rn1=99.6×1875.46×1875.46÷2004.94÷2004.94=87.15，實(shí)際新量程為Rn1=99.6×1894.97×1894.97÷2018.20÷2018.20=87.8。

根據(jù)100%FP 滿功率平臺實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算，3 個(gè)環(huán)路新量程不一致。分別是一環(huán)新量程為0kPa ～87.8kPa，二環(huán)新量程為0kPa ～88.8kPa，三環(huán)新量程為0kPa ～87.2kPa。計(jì)算出新量程后組織交流討論，新量程數(shù)據(jù)得到調(diào)試專家組及設(shè)計(jì)院代表認(rèn)可。

3.2 新量程驗(yàn)證

在100%FP 下計(jì)算出的新量程可以通過?P 和Qref之間的線性反演算來驗(yàn)證，即Qref=f（?P）的反演算。在不同功率水平下：

式（8）中：Qref為參考流量（熱平衡）；ρ為密度（熱平衡）；ρ0為傳感器在校驗(yàn)時(shí)的密度。

用獲得的值?P 進(jìn)行線性反演算：

如果符合下列條件，則標(biāo)定結(jié)果正確：

A ≈Rn B ≈0

在此情況下，線性反演算校正系數(shù)≈1。在功率提升結(jié)束前，不能重新調(diào)整量程和零點(diǎn)，否則，線性反演算的結(jié)果就不可靠。

新量程驗(yàn)證，根據(jù)調(diào)整前75%FP、90%FP、100%FP功率平臺數(shù)據(jù)，利用?P 反推新量程后對應(yīng)的流量，然后計(jì)算所有通道誤差，所有通道滿足精度要求。表3 是調(diào)整后75%功率平臺反推數(shù)據(jù)。

表4 調(diào)整量程后90%FP平臺蒸汽流量通道反推數(shù)據(jù)Table 4 Reverse extrapolation data of 90% FP platform steam flow channel after adjusting the range

3.3 變送器量程調(diào)整及零位調(diào)整

調(diào)整就地變送器量程，將12 塊變送器的量程從99.6kPa 調(diào)整到新量程，同時(shí)在合適的窗口重新調(diào)整零位。

在熱停堆期間準(zhǔn)備好變送器、萬用表、打壓儀、呆扳手、螺絲刀等備件和工器具。由于流量測量變送器安裝在反應(yīng)堆廠房，屬于輻射控制區(qū)，因而在去現(xiàn)場調(diào)整前先在辦公室進(jìn)行預(yù)操作，提前讓工作組成員熟悉操作步驟和注意事項(xiàng)，提高現(xiàn)場工作效率，減少輻射環(huán)境下的工作時(shí)間?，F(xiàn)場進(jìn)行量程調(diào)整時(shí)，關(guān)閉變送器三閥組，將變送器正壓腔引壓管拆除，連接打壓儀，確認(rèn)管線無漏氣后用打壓儀輸出壓力為新的量程值，同時(shí)用萬用表測量此時(shí)的電流值，順時(shí)針調(diào)整滿量程旋鈕，萬用表顯示接近20mA 時(shí)進(jìn)行微調(diào)，20mA 時(shí)停止調(diào)整。多次重復(fù)該操作，確保新量程調(diào)整無誤。單個(gè)變送器量程調(diào)整完成后，恢復(fù)連接管線，投用變送器。變送器量程調(diào)整工作可3 個(gè)環(huán)路同時(shí)進(jìn)行，加快現(xiàn)場工作進(jìn)度。

3.4 DCS量程修改

主蒸汽流量變送器流量信號送非安全級控制系統(tǒng)參與蒸發(fā)器水位調(diào)節(jié)控制，送安全級控制系統(tǒng)參與反應(yīng)堆保護(hù)控制。在IPC 和IPG 系統(tǒng)分別對12 塊蒸汽流量變送器進(jìn)行量程修改下裝，確保DCS 側(cè)量程參數(shù)和就地儀表量程參數(shù)保持一致。

4 重新試驗(yàn)

主蒸汽流量變送器量程調(diào)整完成及DCS 通道量程修改完成后，根據(jù)工期安排，按照《驗(yàn)證蒸汽發(fā)生器給水流量和蒸汽流量測量通道》調(diào)試規(guī)程要求，分別在15%FP、25%FP、50%FP、75%FP、90%FP、100%FP 功率平臺，重新對TSM 系統(tǒng)流量通道進(jìn)行試驗(yàn)分析，經(jīng)過多次反復(fù)讀取試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出所有蒸汽流量通道精度均滿足誤差要求。

5 結(jié)論

本文主要對卡拉奇K2 機(jī)組的蒸汽流量通道參數(shù)在不同的功率平臺進(jìn)行試驗(yàn)分析，針對蒸汽流量變送器通道精度不滿足要求進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，完美解決了蒸汽流量通道精度不滿足要求的缺陷。調(diào)試方案優(yōu)化后，顯著提高了蒸發(fā)器水位控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保機(jī)組更加安全穩(wěn)定運(yùn)行。

卡拉奇K2 機(jī)組作為海外首臺華龍一號機(jī)組，調(diào)試經(jīng)驗(yàn)非常寶貴，特別是對后續(xù)將開展調(diào)試同樣的華龍一號堆型來說，有大量可以借鑒的地方，為機(jī)組后續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也可為其他電廠調(diào)試提供思路，對于加快核電調(diào)試進(jìn)度有著重要意義。