稳压器喷淋阀内漏分析与对策

杨 帆，童奇侠

(国核示范电站有限责任公司，荣城 264300)

0 引 言

在核电机组运行当中，稳压器喷淋阀及加热器的运用，可以有效地控制一回路压力。喷淋阀内漏会对一回路压力控制产生一定影响。文中主要以喷淋阀内漏情况进行详细分析，在机组控制策略与监视手段进行优化，使一回路压力控制更加稳定，以保证机组稳定运行。

1 稳压器压力控制原理

稳压器通过两个喷淋阀(RCP001/002VP)和6组电加热器(RCP001～006RS)。喷淋阀设有最小流量挡块，保持连续喷淋的流量；003/004RS是比例式加热器，通过压力调节器调节功率大小，用于补偿稳压器散热损失和连续喷淋所引起的热量损失；001/002/005/006RS是通断式加热器，功率不可调。稳压器压力实测值P与设定值(15.4 MPa)的偏差值进行PID运算生成补偿压差信号，通过函数输出001/002VP的开度指令和003/004RS的功率信号[1]。

在机组稀释硼化或者以较大速率升降负荷时，需要投入极化喷淋，有助于均匀稳压器和一回路中硼浓度，减少变负荷时对波动管和稳压器底部的热冲击。目前极化喷淋有三种方式：

第一种：手动投运001/002RS。003/004RS自动关闭，001/002VP自动调节。特点：喷淋阀在小开度(约17%)附近频繁调节，会频繁撞击挡块，关限位频繁触发。粗略统计，单次极化喷淋期间约翻转10万次以上；

第二种：手动投运001/002/005/006RS。003/004RS自动关闭，001/002VP自动调节。特点：喷淋阀在开度25%附近频繁调节，不会频繁撞击，关限位频繁触发频度适当降低。

第三种：使用控件启动，自动投运001/002RS，10秒后001/002VP开到预定开度(由试验设置)。特点：若开度定值合适，喷淋阀开度稳定，限位开关无频繁触发，003/004RS在50%附近调节；若定值不合适，003/004RS不在50%附近调节，稳压器压力可能会有波动。

2 喷淋阀内漏原因分析

本次发生内漏的喷淋阀为角行程调节阀。对于方式一投运极化喷淋，会导致喷淋阀频繁动作。由于喷淋阀及其定位器均为机械结构，反复在限位挡块附近高频度动作，会导致机械连接传动部件磨损或回差扩大，导致定位器漂移、机械挡块松动甚至损坏。本次对001/002VP设置最小喷淋流量挡块时，阀门开度在8%以下时，流量不再随开度变化而变化，003/004RS的输出功率约为62%，不满足程序要求的50±5%的验收标准，判断001/002VP存在内漏。

通过分析，本次喷淋阀内漏主要原因为，通过手动投运001/002RS的极化喷淋方式不合适，导致喷淋阀“极化喷淋”期间高频度在挡块附近调节，频繁撞击挡块，长期运行导致个别最小流量挡块位置产生变化，同时频繁动作使阀座磨损，从而使喷淋流量增加[2]。

3 内漏影响分析

稳压器压力正常调节可通过比例式加热器的投入比例来控制稳压器压力，同时保证喷淋阀的开度基本稳定，喷淋阀的调节范围为机械挡块以上，以减少机械摩擦和保证稳压器压力控制的稳定性。由于限位挡块变化及阀瓣磨损，喷淋阀存在内漏，导致比例式加热器自动补偿内漏流量，投入超过50%功率，导致一回路压力降低时比例加热器调节裕度减少。

3.1 内漏量计算

正常运行时，喷淋阀已设置最小挡块，比例式加热器50%功率用来补偿喷淋水温升及稳压器散热。热平衡的计算公式P=CQΔT+W，即：加热器投运功率(KW)=水比热容(kJ/kg·K)*喷淋流量(Kg/s)*稳压器与喷淋水温差(K)+稳压器散热(KW)。喷淋阀在最小挡块期间，喷淋阀发生内漏，比例式加热器功率增加，保守假设比例式加热器增加的功率均用来补偿阀门内漏引入的损耗。即：增加的功率△P=CΔT*内漏量。

比例式加热器总功率为432 kW，取水150 bar、300 ℃对应的比热容5.495 kJ/kg·K，例如当比例式加热器功率为68%时，稳压器温度为344 ℃，喷淋阀温度283 ℃，计算内漏流量Q=0.232 kg/s=835 kg/h，取280 ℃下饱和水密度750.5 kg/m3换算，喷淋体积流量为1.11 m3/h。

根据估算，比例式加热器投运功率在60%～80%时，阀门泄漏量约为0.618～1.855 m3/h。

3.2 喷淋阀内漏发展趋势分析

稳压器喷淋阀阀座与阀体之间为碟簧支撑，阀瓣密封面为球面，相对阀座转动而改变与阀座之间的相对开度，以达到调节喷淋流量目的。碟簧弹性有效变形量约为1～2 mm，当阀座磨损到一定程度后，碟簧弹力将不足使阀座进一步磨损。所以从结构原理讲，阀座磨损不会持续恶化，并且通过比例式加热器输出功率历史趋势判断，喷淋阀内漏趋势未见扩大。

3.3 喷淋阀内漏安全分析

(1)运行技术规范要求功率运行模式要求至少一台正常喷淋管线可用。比例式加热器虽然输出功率偏高，但是稳压器喷淋阀和加热器可以配合调节一回路压力，因此喷淋功能可用；

(2)最终安全分析报告要求喷淋阀始终有最小流量经过以降低热应力和冲击；要求喷淋阀最小流量能保持稳压器中硼浓度、水化学和温度的均匀性。因此阀门内漏有利于该功能实现；要求稳压器正常喷淋和加热器共同调节一回路压力在155 bar.a，在比例式加热器仍有调节裕度，以及喷淋阀内漏不会突然扩大的情况下，该功能也能实现。要求机组发生满功率10%阶跃降负荷时，能防止稳压器压力达到安全阀定值。阀门内漏不影响该功能实现。

(3)最终安全分析报告对I类工况的验收准则：I类工况可能引起某些物理参数变化，但不会达到触发保护系统动作的整定值。设计已经验证，不会达到安全阀整定值。

4 喷淋阀内漏优化对策

4.1 优化极化喷淋运行方式

通过分析，使用控件投运极化喷淋的方式，喷淋阀开度稳定，限位开关无频繁触发，比例式加热器在50%附近调节，保护设备及保证稳压器压力调节稳定方面都有明显优势，因此建议，建立极化喷淋定值调整试验程序，调试并设置合适的喷淋极化开度定值，需要时通过操作控件的方式投极化喷淋。

4.2 加强内漏监视及干预

(1)监视两条喷淋管线的流量平衡及温度。两条喷淋管线温度偏差达到10 ℃时，或当任一喷淋管线温度低于270 ℃时，投运通断式加热器001/002/005/006RS。当偏差减小至3 ℃时，允许停运通断式加热器；

(2)监视比例式加热器的输出，并对变化趋势进行分析。当003/004RS任一输出超过80%时，应对该001/002V P阀门内漏的故障判断进行重新分析，并采取应对措施；

(3)在机组出现瞬态时，为保证比例式加热器的调节裕度，应及时投运通断式加热器。

5 结束语

由于极化喷淋方式选择不合适，导致喷淋阀内漏。目前喷淋阀满足压力调节功能，事故情况下也不影响应急规程执行，也满足I类工况的需要，阀门缺陷对机组控制的影响可接受。在内漏对策上，可以从优化极化喷淋方式、加强内漏监视及干预两个层面进行控制。从而优化一回路压力控制及监控方式，提高设备可靠性，为机组安全运行提供保障。