福清核电站余热排出泵漩涡探测报警触发分析

朱立新， 颜　勇

（福建福清核电有限公司，福建　福清　350318）

福清核电站余热排出泵漩涡探测报警触发分析

朱立新， 颜勇

（福建福清核电有限公司，福建福清350318）

文章介绍了福清核电站余热排出系统漩涡探测装置设置的目的以及报警触发后的动作，及当前设计上为避免泵入口出现漩涡已采取的措施；并结合福清核电机组在满足设计所需采取的措施的前提下触发该报警的现象，详细介绍了该报警触发的经过并结合机组当时的工况分析其原因及漩涡探测触发的机理；分析了该报警触发后所需的响应和可能产生的影响，并最终提出余热排出泵在运行时避免出现漩涡的解决办法。

漩涡探测；触发机理；解决办法

1　漩涡探测装置设置目的

当一回路处于卸压状态，余热排出泵（RRA泵）在一回路环路中间水位运行时，一回路水位下降或泵的流量太高，将导致泵吸入流量不足，可能在泵吸入口产生漩涡，将空气吸入余热排出系统的管道，泵将发生汽蚀而严重损坏并最终停运，造成堆芯失去循环及冷却。因此，增加漩涡探测系统探测余热排出泵吸入口可能的漩涡产生，并向操纵员提供报警，防止泵损坏。

2　漩涡探测装置信号触发后动作

漩涡探测装置信号触发后，主控室将产生1RRA507KA/KS报警信息，以提醒操纵员采取相应的措施。同时启动反应堆厂房内和蒸汽发生器隔间附近的声报警，通知维修人员撤离反应堆厂房。

该报警触发后主要是提醒主控室操纵员正在运行的余热排出泵入口可能出现漩涡，需要采取措施消除可能存在的安全隐患，防止泵汽蚀损坏。操纵员可根据机组当前的实际情况采取不同的措施，如调整运行泵的出口流量，停运余热排出泵并切换至其他方式对一回路进行冷却。

3　设计上采取的措施

1）改进水位测量，防止水位过低，以防漩涡产生。

2）限制流量，为防止漩涡产生，对RRA运行流量限制如下：

● 一回路充压（P＞1 bar），两台RRA泵运行，Q=1 800 m3/h；一台RRA泵运行，Q=1 350 m3/h；

● 一回路卸压（P=1 bar），若RCP水位高于压力容器法兰面时，一台或两台泵运行，700 m3/h≤Q≤1 350 m3/h。若RCP水位低于压力容器法兰面时，一台泵运行（另一台泵可用）700 m3/h≤Q≤1 000 m3/h。此时，若Q＞1 000 m3/h，或两台泵都投入运行则产生流量高报警。

4　漩涡探测报警触发的现象、原因及机理

4.1报警触发前后现象描述

2014年10月26日11：31：30主控触发该报警，并于11：33：30消失，之后多次触发并消失。报警触发之前机组状态为：一回路卸压状态，稳压器人孔打开，水位10 m。余热排出流量在850 m3/h上下波动。

由之前机组参数可知余热排出未在环路中间水位运行，且余热排出流量也满足水位在法兰面以下/台泵700～1 000 m3/h的要求，但报警仍然触发。

报警触发时间段余热排出流量在700～950 m3/h之间波动，最高为934.5 m3/h，最低为703.4 m3/h，波动幅度最大超过200 m3/h；泵出口压力表004MP最低达0.76 MPa，最高达0.85 MPa，并且在此范围内剧烈波动，在压力和流量波动的同时，泵电流也有1 A左右的波动（见图1）。

4.2报警触发原因分析

由于漩涡探测装置的目的是为了防止余热排出泵入口吸入空气从而导致泵汽蚀损坏，而泵汽蚀的主要现象为出口压力和流量出现剧烈的波动，流量则可通过阀门的开度进行调节，故利用流量的波动导致泵出口压力波动的现象，漩涡探测信号选取余热排出泵出口压力传感器004MP，也可理解为由于泵出口压力的大幅波动，漩涡探测装置认为泵存在汽蚀现象，即判断泵入口可能吸入了空气，故触发报警以提醒操纵员消除可能存在的潜在风险。

4.3报警触发机理

图2为该报警触发的模拟图［1］，其中信号①来自余热排出泵出口压力表004MP。

各模块的含义及功能为：1）均值器601AV；2）过滤器601FI；3）阈值继电器608/609XU，S1=0.415 MPa，S2=0.76 MPa；4）时间处理器601TP；时间常数T1=0.5 s，T2=30 s；5）计数器601CU，PS1=0.5，PS2=1；6）报警继电器610 XU，SA=2.75。

图1　报警触发时泵电流、流量、出口压力趋势Fig.1　Tendency of pump current， flow and outlet pressure when the alarm is triggered

报警产生过程：

601AV每300 ms循环记录一次004MP的压力信号，将两次记录的压力值相加除2得到一个压力平均值。

1）为消除本底噪声对测量参数的影响，设置滤波器601FI。

2）经过滤波器处理后得到压力波动峰值。

3）波动的峰值与608XU的阈值S1比较，同时也与609XU的阈值S2比较。

4）在时间处理器601TP中，若峰值在时间间隔d1内超过阈值S1则计一次数，若峰值在时间d2内超过S2则也计一次数；其中T1≤d1≤T2，T1≤d2≤T2，若超过T1、T2范围，则认为无效而不计数。

5）在计数器601CU中执行计数功能。当S1被超过时，计数权重因子为PS1=0.5；当S2被超过时，计数权重因子为PS2=1。同时在120 s内产生的计数才是有效的，超过120 s，计数被清除并重新计数；610CU中计数的公式为：S=A×PS1+B×PS2，见图2。其中A、B分别为超过阈值S1，S2后的计数值（为1、2、3、……自然数）。

6）最终得到的计数值和610XU中的阈值SA=2.75比较，超过则触发报警。

图2　漩涡探测报警模拟图Fig.2　Analog drawing of vortex detected alarm

5　报警的根本原因及避免的方法

通过上文分析可确定该报警是由于余热排出泵出口压力表004MP波动过大而触发的，而压力波动则是由于泵出口流量波动导致。

根据机组当时的状态，在一回路水位、压力以及余热排出泵给定流量均在要求范围内出现该现象的主要原因是由于两台余热排出热交换器下游调节阀在机组工况改变后均处于全关状态，而其旁路管线调节阀保持了70%的开度。由于该调节阀在70%左右已非其最佳的调节区域，且旁路管线经节流后，也产生了管道剧烈的振动，从而导致了流量的剧烈波动。

在保持给定流量基本不变的前提下，逐渐开启热交换器下游调节阀，使得旁路调节阀逐渐关小至其较为理想的调节区域内，从而使得泵出口流量在正常范围内波动，报警消除。

6　报警触发后的响应和影响

报警触发后，应第一时间密切观察运行中的余热排出泵的各项参数是否正常，同时由于该报警为DEC报警，根据DEC规程诊断将进入IRRA2事故规程，根据事故规程的要求，需手动对一回路进行补水。若余热排出泵运行异常，则需将其停运，以避免泵严重损坏；若失去所有的余热排出泵，由于当时一回路水位在法兰面以下，将导致一回路自动补水启动，同时根据应急行动水平需进入应急待命状态。由于此时稳压器人孔打开，若自动补水未能及时控制，将导致一回路冷却剂大量泄漏。

7　结束语

本文结合福清核电实际出现的案例，对余热排出泵漩涡探测装置的探测机理进行分析，得出余热排出泵在一回路水位、压力以及系统本身流量均满足设计要求时运行，若泵出口调节阀因状态设置不合理，将会导致漩涡探测触发，有可能产生严重的后果。通过对根本原因进行分析，给出了避免出现此类情况的办法。

［1］ 刘建伟. 余热排出系统系统手册第6.3章［G］. 中国核电工程有限公司，2009.（LIU Jian-wei. Chapter 6.3 of Manual of Residual Heat Removal System［G］， China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.， 2009.）

［2］ 张中岳. 余排运行异常或丧失事故规程［G］. 福建福清核电有限公司，2014.（ZHANG Zhong-yue. Regulations on abnormal operation or loss of residual heat removal system［G］， Fuqing NPP Co.， Ltd.， 2014.）

［3］ 梁青青. 应急状态分级和应急行动水平［Z］. 福建福清核电有限公司，2014.（LIANG Qing-qing. Emergency classification and emergency action level［Z］. Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， 2014.）

The Analysis of Vortex Alarm Presence of Residual Heat Removal Pump

ZHU Li-xin， YAN Yong
（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing of Fujian Prov. 350318，China）

The purpose of the vortex detector of residual heat removal pump and the actions after the alarm presence are introduced.Meanwhile，the measures to avoid vortex presence at the suction of the pump are described. Combined with the triggering of the alarm when the plant meeting with the measures requested by design. The process of triggering the alarm is described and the reasons are analyzed detailedly，while the mechanization of vortex detector is introduced. At last，the probable influence and requested responds are analyzed， along with the settlements to avoid vortex when the pumps operate normally.

vortex detected； mechanization； settlements

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）03-0245-04

TM623

A

1674-1617（2015）03-0245-04

2015-02-10

朱立新（1982—），男，福建福清人，工程师，本科，从事热能与动力、核电厂运行工作。