核电厂EAS喷淋系统流量验证试验分析

郭武生

摘要： EAS系统是核电站中的安全壳喷淋系统，是核电站专设安全系统之一，本试验以某核电厂调试阶段调试实例验证在此工况下，喷淋系统启动时每台泵的流量与喷淋环管处的喷淋压力符合设计要求。

Abstract： EAS system is a containment sprinkler system in nuclear power station and is one of the special safety systems of nuclear power station. In this experiment， a debugging example of a nuclear power plant was used to verify that the flow of each pump at the start of sprinkler system and the spray pressure of spray ring can meet the design requirements.

關键词： 直接喷淋；再循环喷淋；安全壳

Key words： direct spray；recirculation spray；containment

中图分类号：TL37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）06-0131-02

1 系统简介

安全壳喷淋系统是核电站发生LOCA事故时保证安全壳完整性的最重要的系统。它在核电站运行过程中出现一回路冷却剂或着蒸汽管道破裂事故工况下也即所谓的LOCA事故工况下，通过喷淋使安全壳内的温度和压力保持在安全壳可承受的范围内，以保证安全壳的完整性，同时带走在事故时散发在安全壳内的气体裂变产物，尤其是放射性碘（I131）。本系统主要由两大部分组成，氢氧化钠注入部分以及泵、换热器、喷淋环管组成的喷淋部分。本系统的所有设备均在反应堆厂房和燃料厂房内。氢氧化钠注入部分由氢氧化纳灌和一台混合泵组成，是泵、换热器、喷淋环管部分的共用部分，泵、换热器、喷淋环管部分的设置是冗余的，由A、B两个相同系列组成。每一列包含一个地坑、一台泵、一台喷射器、一台热交换器、位于反应堆堆厂房穹顶下的两组不同高度的喷淋环管以及相关的阀门、管道、仪表等。

2 试验目的

本试验的试验目的可以具体分为：①检查直接喷淋阶段每台泵的流量和喷淋环管处喷淋压力；②检查再循环阶段每台泵的流量和喷淋环管处的喷淋压力；③氢氧化钠注入系统的正确运行；④检查地坑低液位报警；⑤检查安全壳隔离阀的正确动作。

3 试验准备

安全壳喷淋系统流量验证试验是在压力容器冷态开盖功能性试验期间进行。试验的准备工作有如下：

①在反应堆厂房-3.4m砌筑临时地坑，临时地坑水深大于1.3m，并且临时地坑中设永久性过滤器，用于模拟再循环阶段的取水地坑；

②在反应堆厂房穹顶喷淋管线处安装临时压力表，其它喷淋嘴被堵塞。这是用于观察直接注入和再循环阶段喷淋管处的喷淋压力；

③在泵的出入口处安装临时压力表，用于监测泵运行，避免泵因堵塞或气蚀而损坏（特别是在再循环阶段由于临时地坑有限，容易造成泵气蚀）；

④安装了连接喷淋上升管系列至临时地坑的临时管道。

4 地坑低液位报警检查

液位报警是通过EAS003/004SN来验证的，其期望水位值为1200mm。首先可以在临时地坑无水状态检查地坑低水位报警，然后再通过试验水箱（水桶）来检查低液位报警触发和消失的水位值。

经试验003SN低水位触发值为1193mm，低水位消失值为1199mm，004SN低水位触发值1193mm，低水位消失值为1197mm。故试验结果验证了EAS003/004SN的低液位报警符合设计要求。

5 喷淋阶段的试验验证

由于本系统有A、B两列，并且是冗余设置，故将其分开进行试验。首先在验证试验前，先对A列流量进行调整，使其总流量大于816m3/h，调节返回地坑管线上的调节阀是喷淋环管压力为0.71MPa·a。

喷淋系统流量验证的验收准则要求为：喷淋系统启动时间（包括柴油发电机重新加载）≤85s（在试验配置下，没有柴油发电机加载时≤69s。直接喷淋阶段（安全壳压力为0.45MPa·a）喷淋流量≥800t/h（在试验配置下，喷淋集管压力为0.71MPa·a时，流量≥816m3/h，喷射器进口流量必须接近于14t/h。再循环喷淋阶段喷淋流量≥972t/h（在试验配置下，喷淋集管压力为0.48MPa·a，流量≥992m3/h。再循环阶段泵不发生气蚀，可用的NPSH高于要求的NPSH值（约为0.4m）。

5.1 直接喷淋阶段的试验验证

直接喷淋阶段，从厂房内置换料水箱取水，并使氢氧化钠注入部分投入使用。试验过程中要及时计算喷淋建立时间，通过007D（OO8MD）记录喷淋流量稳定时的喷淋流量，观察记录009LD显示的氢氧化纳流量。

试验工况下泵是由主控室手动操作启动，没有甩负荷命令和柴油机发电机的重新加载，因此逻辑保护时间，备用柴油发动机启动时间、加载时间都没有考虑故喷淋系统启动时间：

①充满第二系列直管和临时返回地坑管线所要求时间估计为23s；

②管道充水所要求的时间不足42s，因为此时安全壳压力为大气压，而不是事故工况0.45MPa的压力；endprint

③总的不确定时间：2s；

④泵加速时间：15s。

因此，试验条件下总的启动时间为：23+33+15+2=69s。

經过试验最后的结果如表1（试验结果符合设计要求）。

5.2 再循环喷淋阶段的试验验证

再循环阶段试验是模拟在直接喷淋后期厂房内置换料水箱水位低时，喷淋的取水切换至地坑（试验时是临时地坑代替）建立起循环喷淋的工况试验。经过时间结果如表2（试验结果符合设计要求）。

对于再循环模式下可用NPSH的计算如图1。

①符号定义：

△H：地坑地部和泵吸入管道轴线间高差（m）；

Qv：理论试验流量（m3/h）；

Pv：饱和蒸汽压力（mH2O）；

P0：地坑上部绝对压力；

△Pt：t时刻，泵吸入管线压降；

KST：吸入管线压降系数；

Qet：t时刻，吸入口的平均试验流量。为了计算得出一个较高阻力系数，不考虑喷射器流量，从试验读数中减去流量计的精度值（m3/h）；

LS：地坑水压头（mH2O）；

hs：t时刻，吸入管线轴线处净吸入压力（mH2O）；

Vi：泵吸入口内的流速。

在每个瞬时t，吸入管线压降△Pt下式确定：

△Pt=KSTQ2et=LS+△H-hs

由此得到吸入管线阻力系数：KST=△Pt/Q2et。

②在A（B）系列的试验过程中取3个不同时间点，求KST的平均值。

同时考虑：安全壳内地坑上部的压力与地坑水温下饱和蒸汽压力相等（P0=Pv）；

不再有水进入地坑（LS=0）；

安喷泵流量等于Qv。

所以，NPSHa=△H-KSTQv2+Vi2/2g

经过试验记录数据并计算得出，NPSHEAS001PO=1.616m，NPSHEAS002PO=1.627m，均大于准则要求的0.4m，故试验合格。

6 试验过程中碰到的问题与解决

①安喷系统流量验证试验中低液位报警的验证由于仪表安装位置较为狭窄，003SN（004SN）校验较为困难。为了便于校验和节省时间，把仪表拆下，在空旷的地方先经过初步的校验，然后再安装回原来的位置，进行校验。

②试验过程中要观察喷淋环管处安装的临时压力表，但厂房穹顶有几十米高，攀爬时风险较高，为了避免高处坠落风险采用了数字式压力表通过延长线在安全处观测压力。

参考文献：

[1]安全壳喷淋系统手册[M].北京：中国核电工程有限公司，2011.

[2]离心泵试验导则[M].北京：中国核电工程有限公司，2011.

[3]安全壳喷淋系统安全准则[M].北京：中国核电工程有限公司，2011.endprint