CPR1000核电机组下泄温度异常原因分析及措施

(福建宁德核电有限公司，福建 宁德 352000)

核电站化学和容积控制系统(RCV)的下泄温度是通过调节阀(RRI155 VN)来控制冷却水的流量来保证其在一定范围内运行，如图1所示。RCV系统下泄温度设定值为35 ℃，当RCV下泄温度小于设定值时，需要降低设备冷却水系统(RRI)流量，关小RRI155 VN;RCV下泄温度超过设定值时，则需要开大RRI155 VN，加大冷却流量，保证RCV下泄回路温度控制在35 ℃左右。

图1 下泄回路工艺流程Fig.1 Letdown line process

1 故障现象及风险分析

2016年9月1日至13日，下泄回路热交换器(N4RCV002RF)出口温度(N4RCV002 MT)瞬间波动超过56 ℃达7次，最高达到57.6 ℃，影响系统的安全运行。从历史数据中发现该问题自调试以来一直存在。经分析，该问题对机组运行的主要风险有：

1)温度高于57 ℃时将旁路除盐床。如果下泄温度超过60 ℃而未自动旁路除盐床，将会导致树脂损坏，进而影响一回路水质的调节与控制，有导致机组后撤的风险；

2)下泄温度超过80 ℃，将对下游滤芯造成损坏，进而影响系统的水质，有杂质进入主泵轴封的风险；

3)下泄温度超过109.5 ℃，将导致下泄隔离；

4)下泄温度过高，还可能导致轴封泄漏异常，不利于主泵的稳定运行；

5)下泄温度高降低了RCV泵的有效气蚀余量，造成RCV泵气蚀的风险；

6)下泄温度变化导致除盐床硼析出或吸收，可能导致一回路功率、温度、温度控制棒的波动。

2 原因分析及处理

(1)PI调节器参数优化

如图2所示，在2016年9月13日15:58分，下泄温度为33.73 ℃，阀门指令为22.03%，由于该温度低于设定值35 ℃，所以在积分的作用下，阀门的指令会继续减小。至16:30阀门指令减至13.06%，而下泄温度不改变，说明实际阀门未动作。然后在积分的继续作用下，阀门突然关小，导致冷却水流量突然改变，致使温度快速升高。

图2 下泄温度调节阀调节异常Fig.2 Abnormal temperature of the letdown line

为了克服阀门的缺陷，对该阀门PI调节参数进行了优化，把积分作用功能取消。即：由原来的Kp=0.68、Ti=700 s，优化成Kp=1.3、Ti=10 000 s。优化后温度波动的频率明显减少。

(2)阀门电气转换器(E/P)部件性能诊断

虽然波动频率减少了，但偶尔的波动还是会影响机组的正常运行。所以决定先把阀门手动摇至固定的开度，对阀门的仪控部件进行检查。2016年9月19日，利用阀门诊断仪FLOW-SCANER对E/P、定位器等部件进行检测，发现E/P存在输出气压不能很好跟随指令的情况。如图3所示，阀门指令从16.878 mA增加至17.541 mA，而压力从0.849 Bar增加到0.859 Bar。

图3 8007 E/P的测试曲线Fig.3 The performance curve of E/P 8007

该E/P采用的是梅索里兰的8007型号。结合其他基地电站的情况，也发现该类型的定位器存在一些问题：气流量小，轻微泄漏将导致输出大幅变化和波动；可调性差，调整范围小，调整困难；结构复杂，故障点多。 所以决定对E/P进行替代换型，把E/P换成型号为艾默生-费希尔生产的 546NS。更换后的阀门E/P性能曲线如图4所示。对E/P更换后，在下泄双孔板运行时故障现象基本消除。但在下泄模式由双孔板转变成单孔板运行时，又出现温度异常波动的情况。

图4 546NS E/P的测试曲线Fig.4 The performance curve of E/P 546NS

(3)单孔板运行模式下泄温度异常原因分析及处理

在2016年9月19日，更换E/P后,阀门运行至10月25日，未见异常。当时运行的工况是，下泄为双孔板运行，下泄流量(4RCV005MD)为25.6 t/h，阀门的开度在34%～38%。10月25日，运行人员改变了运行方式，切为单孔板运行，下泄流量4RCV005MD变为13.6 t/h，阀门的开度在23%～32%，下泄温度又偶尔出现异常波动。

先从阀门的结构，该阀门的RIN码为BANDBC0100-J。即：阀类型为蝶形控制阀，阀体材料为316 L、150磅级、阀座密封同阀体，阀瓣密封为不锈钢，连接方式为法兰连接，RCC-M等级为3级，阀门事故情况为开启状态。再从阀门的流量特性曲线发现阀门在低指令时阀门的流量特性变化不明显,如图5所示。然而4RRI155VN阀门在下泄为单孔板运行时，阀门的开度指令较低。所以，阀门就会出现当指令增加时，流量变化不明显，响应不及时的情况。

图5 RRI155VN的流量特性曲线Fig.5 The flow characteristic curve of RRI155VN

在机组大修时，对阀门进行整体性能诊断，发现阀门机械死区偏大，阀门不能跟随指令动作。对气缸式气动头进行解体检查发现：活塞板下方有27根直径约15 mm、高约250 mm的小弹簧，密集的摆放在一起，间距很小，部分弹簧存在互相交错的情况。且小弹簧压缩量很大，约150 mm，由于导向柱较短，压缩过程中部分弹簧存在明显的弯曲和互相挤压的情况。阀门开度越小，这种现象越严重。综上分析，阀门小开度调节性能不佳的根本原因是气缸式气动头内小弹簧在受压缩后出现局部摩擦导致。

这也就印证了阀门指令增加后，然而温度一直不变化。直到指令改变量超过5%时，阀门突然开启，导致冷却水流量的突变，使温度出现大幅度波动。后经更换阀门执行机构，将气缸式气动头替代为隔膜式气动头阀门的调节特性明显得到改善，如图6所示。

图6 优化后的调节曲线Fig.6 The optimized regulation curve

另外，从设计手册中可以获知，此阀门要满足机组在多种工况下具备调节功能，正常运行时RRI系统设计流量为28 t/h，最大下泄工况时RRI侧设计流量为135 t/h。这也导致阀门的选型受限。

3 结论

历时3年持续跟踪分析，确定4号机下泄温度异常波动的原因是一个综合故障。通过优化PID参数，使阀门的异常波动频率得到减缓；阀门在高指令时实际开度不能跟随远方指令的原因为阀门E/P存在异常，通过物项替代更换了E/P，把原来的梅索里兰生产的型号为8007的E/P更换成费希尔的 546NS；阀门在低指令时特性不好的原因是阀门的执行机构存在问题，通过把气缸式气动头替代为隔膜式气动头阀门，以克服阀门的机械死区过大的问题；另外，系统设计也有待优化，建议在后续的新建机组增加旁路调节阀以提高系统在低流量时的调节特性。