M310堆型TEP系统除气装置调试问题分析及优化

毛巍岭+++赵云鹏+++杨宁

摘要：除气装置的启动一直是TEP系统调试的难点与重点，也是核电站装料的先决条件之一。本文介绍了国内主流核电堆型M310机组硼回收系统除气单元的组成与功能，就除气装置调试过程中出现的典型问题进行分析与解决，对除气装置的调试与正常运行具有一定的指导意义。

关键词：硼回收系统；除气装置；调试；逻辑；状态切换

1. 概要

M310型核反应堆的硼回收系统（TEP）是与核安全相关的重要辅助系统，是核电站中状态较多、控制比较复杂的系统。它最主要的功能是收集来自化学和容积控制系统下泄管线及来自核岛排气和疏水系统的可复用冷却剂，经过滤、除盐、除气和硼水分离后向反应堆硼和水的补给系统提供核级补给水和4%的硼酸溶液。其两大核心设备除气装置和蒸发装置所属的除气单元和蒸发单元，因为控制逻辑复杂，状态繁多，启动起来相对比较困难。本文通过对除气装置调试典型问题进行分析、总结优化，为后续机组的调试、运行工作起到借鉴作用。

2. 除气单元概述

TEP系统每个系列各有一套除气装置，它是由一台除气装置、一台排气冷凝器、一台再生式热交换器、一台冷却器、一台输液泵和相应的仪表、阀门及管道组成的。

除气装置采用热力除气法，用以去除溶解在排出液中的H2、裂变气体和其他气体，能使除气装置放射性为1×1013Bq/m3的气体除气因子达106。需除气的料液初始温度在7-50℃之间，经再生式热交换器加热到70-95℃后进入除气装置。进料从塔顶喷入，除气装置下部由辅助蒸汽加热，使料液处于饱和状态。正常加热蒸汽为2.5t/h，由塔顶压力控制。正常运行时除气装置的温度为113℃，塔顶压力1.47bar.a，不凝结气体和蒸汽从塔顶排入冷凝器中冷却，冷凝水靠重力流回除气装置，而不凝气体则定期排往含氢废气处理系统。脱气后的料液（t=113℃，P=1.6bar.a）由水泵以27.2m3/h的流量，经再生式热交换器冷却到50-75℃，再经冷却器降温到50℃以下，送往中间贮存箱。

3. 除气装置调试问题分析及优化建议

3.1 TEP027VP调节性能问题及优化措施

除气装置在再循环模式和生产模式间互相切换时，切换初期除气装置 液位会出现大幅度阶跃波动，触发高、低液位报警联锁信号，终止系统状态间的自动转换，无法实现系统状态间的自动转换。在模式切换前，除气装置液位自动调节正常，液位稳定在设定值左右，流入和流出除气装置的液体是平衡的，即通过027VP 进入除气装置的液体与经过033VP 流出除气装置的液体流量是相等的。当系统因流量，压力、温度、液位等小扰动的原因而出现液位小幅波动时，PID 调节器自动调节027VP阀门的开度，调节流入除气装置的流量，使流入和流出重新达到平衡，经过调节后，使除气装置的液位重新恢复到原设定值液位。但是实际调试过程发现，在033VP再循环与生产切换时，除气装置液位自动调节会失去平衡，且这种不平衡较大，于是出现大幅度波动，导致除气装置跳机。

对上述情况的产生，分析如下：在实际运行过程中，033VP 实际流量特性与设计不符。在系统进行状态转换时，因033VP 失去了原有的节流调节作用，造成003PO 出口流量大幅度的阶跃变化，使流入和流出除气装置的流量瞬间失去平衡，且这种不平衡较大。而此时PID 调节器因其固有的滞后、超调特性，无法快速响应这种大幅度的阶跃，对除气装置液位进行有效的调节控制，从而触发了高、低液位信号，终止了状态间的自动切换。

解决方法：为了平衡上述两个阶跃对DZ液位带来的影响，仪控人员在TEP027VP的调节上加上两個阶跃补偿，具体方案如下示意：

通过对TEP027VP的调节性能进行上述优化后，除气装置液位在状态转化过程中稳定良好，实现了自动调节，确保除气装置状态正常自动切换。

同时，根据调试经验，除气装置向生产状态切换时，可以将进料阀TEP 027VP先打到手动设定30%的初始开度，然后将其置于自动位置，这个30%开度的提前量有效补偿了排料三通阀TEP033VP转向生产时除气装置向中间贮槽排放的料液体积，相当于对TEP027VP人为增加了一个前馈控制环节，使除气装置状态转换时的液位变化趋于平缓甚至不会出现波动。

3.2 液位计、压力计共性漂表问题

TEP系统一些重要仪表如101MN、105MN、101MP等负压侧均设置了平衡罐，并通过仪表迁移补偿平衡罐液柱所产生的压差。当除气装置长期运行和备用期间，平衡罐内充注的水可能逐渐蒸发而未得到及时补充，其形成的液柱高度逐渐下降，即会造成正负压腔的压差变大，导致仪表漂表，严重时导致跳机。对于这种现象，需采用定期通过REA水泵充水的方法来维持平衡罐液位，保证参考液柱的高度。考虑到调试期间除气装置内部不含氢气，可用SED水替代。

3.3 状态切换试验时间优化措施

在除气装置状态调试试验中，除气单元状态间的切换较多，除氧过程费时约1h。在试验中要求在不同状态和工况下除气装置返回停运状态的试验，要重复从升温到除氧的过程，而试验中没有必要每次等待1个小时，并且调试期间除气单元所用水源为干净的SED水，不涉及任何放射性等有害物质，所以更无需每次在除氧过程中等待1h。因此，将计时器设定为5min，达到了同样的目的而节省了试验时间。试验完成后将计时器恢复为原设计值。

3.4 除气装置排气取样逻辑更改

根据逻辑，取样阀TEP261VY/262VY在除气装置热备用状态下可以打开，方便化学取样，但是这样就可能有蒸汽进入TEP311/312管道及其下游管线，这些蒸汽凝结后停留在TEP311/312管道中，将会导致除气装置相关的压力、温度探头不可用，影响除气装置正常生产。对此，建议运行人员在除气装置生产过程中取样，取消热备用的取样要求， 这样既满足了化学取样要求又对除气装置运行不产生任何影响。

4. 结论

本文借鉴福清核电硼回收系统的调试经验，并参考同行电站经验反馈，对除气装置调试过程中出现的典型问题进行分析与解决，对核电站启动除气装置进行正常生产具有非常高的指导意义，希望能对M310堆型硼回收系统的调试工作以及之后的运行生产有所帮助。

参考文献：

[1]硼回收系统手册2-5章，中国核电工程有限公司，2010年10月.

[2]核动力工程第27卷第6期，李开峰，2006年12月.

[3]硼回收系统手册6.2章逻辑图，中国核电工程有限公司，2010年10月.