上冲泵吸入口非预期切换瞬态处理

魏中华　申国伟　张祝愿

【摘 要】本文首先阐述上充泵的运行原理，然后分析泵吸入口非预期切换瞬态及对机组影响，最后提出了解决方法并对解决方法进行论证。

【关键词】双水源；硼化；隔离上充

0 绪论

本文所涉及的系统及相关设备均是以M310堆型为原型。虽然误硼化向反应堆引入的是负反应性，不会影响到核安全，但对于以创造经济效益为目的的核电厂来说，非预期硼化会严重影响机组稳定运行。本文就是针对上充泵吸入口非预期切换这一瞬态提出解决方法。

1 上充泵运行原理

1.1 运行方式

化学和容积控制系统（RCV）是反应堆冷却剂系统（RCP）的重要辅助系统。上充泵是化学和容积控制系统的重要组成部分，上充泵是由三台并联的离心式多级卧式泵组成并分为两列，其中A列是RCV001PO（A列应急母线供电），B列是RCV002PO和RCV003PO（B列应急母线供电）。上充泵同时作为高压安注泵并在事故工况下执行安注功能。由于其在正常和事故工况下的作用不同，运行方式也有很大区别。

正常运行时一台B列上充泵运行，其来水取自容控箱（RCV002BA），而RCV002BA来水是取自反应堆冷却剂系统（RCP）二环路过渡段经两次降温降压并经过滤净化后的下泄流，经上充泵升压到17.7Mp后返回反应堆冷却剂系统（RCP）一环路冷段和主泵轴封水回路。反应堆稳定运行时，上充流量与主泵轴封注入流量之和与下泄流量一致，维持稳压器水位，保持一回路水容积恒定。在正常工况下，运行上充泵的流量包括以下流量的总和：上充流量+主泵密封水注入流量+小流量管线流量。具体到机组实际情况，上冲泵流量=10.3m3/h+3.6 m3/h+13.6 m3/h=27.5 m3/h。

事故工况下（安注信号触发）上充泵作为高压安注泵，备用列的高压安注泵自动启动（A列和B列各一台泵运行），其供水由换料水箱（PTR001BA）提供，上充管路及小流量循环管路被隔离。换料水箱中硼水经高压安注泵增压后通过高压安注管线注入堆芯，注入高浓度硼水的目的是向堆芯引入负反应性，确保堆芯安全。

上充泵额定流量为34m3/h，额定流量下的总压头为1760～1802m，轴输入功率（最大）700kW。最小流量是13.6m3/h，下限是4m3/h，此时至多可维持一小时；上充泵吸入口温度小于25℃情况下，上充流量6m3/h，则可维持10小时。

1.2 切换原理及问题

来自容控箱的管路上串联两个电动隔离阀（RCV033/034VP），来自换料水箱有A/B两条管线对应上冲泵A/B列，每列管线上布置一个电动阀（A列为RIS012VP、B列为RIS013VP）。吸入口切换是通过先开后关入口电动阀的方式实现的以保证切换过程中上充泵不间断供水。水源由RCV002BA切换到PTR001BA即可手动切换也可自动切换。自动切换信号有两个

（1）RCV002BA水位降到5%；

（2）安注信号。

自动信号触发后RIS 012/013 VP自动打开，RCV 033/034 VP自动关闭。从PTR001BA切回到RCV002BA只能手动切换完成，即操作员远控打开RCV 033/034 VP后，关闭RIS 012/013 VP。为了验证安全设备的可用性，按照《秦山第二核电厂一、二号机组安全相关系统定期试验要求》的要求，反应堆保护系统（RPR）每两个月（每月一个系列）都要进行安全设备的功能验证试验，对于本文之前涉及部分具体试验过程是利用人为部分触发安注信号来验证吸入口阀门切换，预期结果达到后立即取消触发信号并远控先开启容控箱吸入阀再关闭换料水箱吸入阀的方法恢复正常工况。实际机组运行过程中出现过试验恢复过程中换料水箱吸入口阀门故障拒动导致无法及时关闭进而造成一回路硼化事件。另外容控箱液位计低漂故障导致错误切换的风险也存在。所以有必要分析事件后果及制定相应的处理措施。

2 应对措施分析

考虑到故障原因的不确定性，理论上最直接解决方法就是直接从执行机构着手，也就是在配电柜或者阀门就地直接人为干预手动完成切换，这种方法直接有效，可以略过分析事故原因的步骤直接作用于结果。但是在机组实际运行中，主控操作员发现故障然后电话通知现场操作员就地干预，再由现场操作员就地完成切换，实践经验最快也要5分钟的时间。如果按照上述响应时间进行定量计算以分析事件影响。

对于换料水箱中水的硼浓度，《秦山第二核电厂一、二号机组运行技术规格书》（简称技术规范）中有明确要求，换料水箱有效容积1600 m3，有效水深15.6m，硼浓度为2400±100ppm。反应堆冷却剂系统中冷却剂硼浓度则跟机组运行时间（寿期）有关，寿期初硼浓度最高（约1300ppm），随着运行时间延长，为了补偿燃耗等效应硼浓度逐渐降低，寿期末达到最低（约30ppm）。从最严重结果考虑，以下分析假设机组处于寿期末，此时一回路冷却剂的硼浓度为30ppm。

此时机组处于正常运行状态。此时反应堆冷却剂系统稳压器水位稳定，上充流量+主泵轴封注入流量=下泄流量=13.6 m3/h，如果此时发生非预期上充泵吸入口切换，则5分钟内一回路硼化体积为13.6 m3/h*（5/60）h=1.13 m3，根据硼化稀释量计算公式1：

通过查询《秦山第二核电厂2#机组第十燃料循环核设计报告》得到寿期末、满功率、平衡氙时硼的微分价值为-8.7pcm/ppm，则硼化提供的负反应性为△ρ=16ppm*（-8.7pcm/ppm）=-139.2pcm，为了补偿硼化引入的负反应性，则需提棒步数为139.2pcm/5pcm/步=28步，这无疑会对堆芯功率分布产生严重影响，甚至造轴向功率偏差出带引起甩负荷等。

鉴于硼化效应显著，如何尽量减小硼化量以控制机组状态显得尤为重要。因为实践证明5分钟已是最优化，所以减少硼化量只能从降低硼化流量入手。硼化流量如前所述分为两个部分，一部分是作为反应堆冷却剂系统主泵轴封注入水，另一部分为上充流量。为了保障主泵的正常运行必须保证主泵轴封注入，轴封注入流量不能降低；上充流的目的是参与稳压器水位调节，维持一回路水装量恒定。如果将上充管线隔离，那么根据上充下泄之间的逻辑关系下泄管线也会自动隔离，这样一回路的水装量就会因为轴封注入而不断增加。但是考虑到主泵1号轴封回流，轴封注入造成反应堆冷却剂系统冷却剂增量为3.6m3/h*2/3=2.4 m3/h。作为反应堆冷却剂系统容积缓冲箱的稳压器满功率情况下汽相空间为14.4 m3，所以短时间内是可以接受的。

隔离上充管线还会造成上充泵的流量降低，在这种情况下上充泵流量由两部分组成，轴封注入流量和小循环管线流量，泵流量=3.6 m3/h+13.6 m3/h=17.2 m3/h，满足泵长期运行设计要求，考虑到隔离上充管线后的影响可以接受后，现定量分析对堆芯反应性影响。

硼化流量如前所述为2.4 m3/h。

硼化时间为5分钟，则硼化量为2.4 m3/h *（5/60）h=0.2 m3。

根据公式1：

其中V=0.2m3，C0=2400ppm，Ci=30ppm，计算得到Cf=33ppm。

硼化量△C=Cf-Ci=33ppm-30ppm=3ppm。

引入的负反应性为3ppm*（-8.7pcm/ppm）=-26.1pcm。

如果用控制棒补偿，提棒步数为26.1ppm/5pcm/步=6步。

在合理调节区间内，不会对堆芯功率分布产生较大影响。

3 结论

在上充泵吸入口发生非预期切换导致一回路误硼化时采用立即隔离上充管线的方法可以最大限度地降低一回路误硼化量，结合平均温度调节系统可以保持机组瞬态过程稳定运行，为非预期切换的原因查找及处理争取更多时间。

【参考文献】

[1]核电厂高级运行.核电秦山联营有限公司，2008，3[Z].

[2]秦山第二核电厂一/二号机组运行技术规格书[Z].2009，6.

[3]秦山第二核电厂一/二号机组安全相关系统定期试验要求[Z].2009，6.

[4]秦山第二核电厂二号机组第十循环核设计报告[R].2013，4.

[责任编辑：杨玉洁]