EPR機組水壓試驗期間水壓試驗泵的切換方案研究與應用

陳世記　余維銘　張可　趙鑫

【摘 要】臺山1號機作為EPR（European Pressurized Reactor歐洲先進壓水堆）全球首堆，無先例可循。本課題基于臺山EPR機組化學容積控制系統（RCV）及水壓試驗泵（RBS4220PO）的特殊性，通過理論分析、模擬機演練和現場試驗，得出EPR機組一回路水壓試驗期間，RBS泵和RCV上充泵之間無擾切換的方案，避免一回路壓力出現大幅波動而損壞設備。

【關鍵詞】冷試 冷態功能試驗 水壓試驗泵 壓力瞬態 EPR 三代核電

【Abstract】As the worlds first one of EPR， no experience could be followed up for Taishan nuclear power plant unit 1. Basing on the particularity of Taishan EPR chemical and volume control system （RCV） and the hydraulic pump （RBS4220PO）， this topic was studied by theoretical analysis and Simulation drill and site test. Finally scheme of RBS pump and RCV pump switching without interference was given， avoiding pressure fluctuations that would cause damage to the system equipment and pipe.

【Keywords】CFT； cold function test； hydraulic pump； pressure transient； EPR； third generation nuclear power station

1 引言

工程階段的一回路冷態功能水壓試驗（CFT：cold function test）是一個非常重要的里程碑，它全面檢驗了核電機組設計、采購和安裝的質量。根據RCCM-2007規范，臺山1號機CFT將最終升壓至233bar.g，一回路正常升降壓速率控制在±4bar/min的限值范圍內。而RBS泵控制一回路壓力階段，要求RCV系統一臺上充泵小流量運行作為RBS泵的備用泵，在RBS泵故障時維持一回路壓力。臺山核電1號機作為EPR三代機組首堆，化學容積控制系統（RCV）及水壓試驗泵（RBS4220PO）的設計特殊性，RCV三通自循環逆止閥的流量特性問題，給一回路壓力控制帶來了不確定性。需要通過專門的分析研究，得出一回路水壓試驗期間，RBS水壓試驗泵無擾切換的方案。

2 影響臺山1號機水壓試驗泵無擾切換的問題

如圖1，臺山1號機冷試185bar以上的高壓平臺，需要啟動1RBS4220PO-，取代RCV上充泵完成一回路高壓平臺的升壓和降壓，RBS水壓試驗泵和RCV上充泵并聯從VCT取水，利用上充（包括軸封）和下泄流量不平衡實現對一回路的升壓、降壓。

設計上，上充泵出口RCV5193/5293VP為自循環三通逆止閥，通過閥門的上充流量低于9t/h時，閥門自動切向小流量運行，保證上充泵在小流量以上運行。由于閥門可靠性問題，2015年12月現場閥門試驗滿足設計要求，但2016-1-14試驗過程中，發現閥門特性與設計性能出現了偏差，上充流量低于5t/h，閥門沒有自動切向小流量管線，影響上充泵的正常運行。如圖2所示。

而1RBS4220PO-為柱塞泵，泵啟動后即達到11.7m3/h左右的恒流量，中間不可以在0流量或低流量范圍調節。如圖3所示。

為避免RBS水壓試驗泵啟動和停運時壓力波動超出±4bar/min限值，目標是實現RBS/RCV流量即壓力無擾切換，需要解決下面的問題：

RBS泵啟動后，與RCV泵流量是否會疊加？由流體力學公式，，可以推出233barg/60℃時，1 m3/h的流量不平衡會引起0.97bar/min的壓力變化。如果瞬間引入11.7m3/h左右的流量，下泄調節閥RCV1314/1324VP和操縱員來不及響應，導致瞬間升壓11.3bar/min。

基于1RCV5193/5293VP不能實現設計流量9t/h時，自動切向小流量的現狀，RCV上充泵如何配合RBS啟動？

3 解決方案

3.1 制定對策過程

設計方ANP（AREVA NP）認為啟動RBS泵瞬間，RBS流量會疊加RCV流量瞬間注入的11.7m3/h，因此建議啟動RBS前，先調節下泄流量獲得接近于4bar/min的負壓力梯度，防止啟RBS泵瞬間一回超壓：

對此我們提出了異意，認為由流體力學規律，在不改變注入管線閥門的情況下，可以得出注入管線的流量系數K常量，而此時水的密度變化很小，也就是并聯啟動RBS時，總的注入流量會略增，但變化不大。

針對該問題，我們制定了兩個對策，一個是在EPR全范圍模擬機上進行演練，一個是低壓平臺RBS水壓試驗啟動預試驗，通過分析切換時流量、壓力變化的數據，然后得出最終的RBS水壓試驗泵切換方案。

3.1.1 對策一：模擬機試驗

模擬機上進行ENS21演練， RBS4220PO-啟動前，注入流量持11.77t/h（RCV7115MD-），壓力梯度1.2bar/min（RCP6020KM-），啟動RBS4220PO-后，注入流量和壓力梯度保持穩定。RCV能夠將一回路升到約192bar時小流量閥開始打開，注入流量開始小于9t/h，證明上充泵能將一回路升壓至約192bar.g。如圖4所示。

3.1.2 對策二：20bar平臺水壓試驗泵預試驗（圖5）

2016-1-22， 1RCV5230PO-運行，上充隔離只有軸封注入，注入一回路總流量11.96t/h（RCV7115MD-），一回路壓力22.26barg。

10：43：30，啟動1RBS4220PO-，3s后達到額定流量11.77t/h（RBS4245MD-），一回路壓力穩定在22.26barg附近，波動很小。但21s后，上充泵流量減小到0t/h，RCV5293VP-沒有開向小流量方向。10：44：07，停運1RBS4220PO-，1RCV5230PO-流量回復至RBS啟泵前，運行正常，一回路壓力穩定。

第一次的預試驗結果表明，一回路壓力穩定情況下，平衡上充下泄流量至RBS額定，然后啟動RBS水壓試驗泵，可以避免壓力大幅擾動。但1RCV5293VP-沒有如設計預期，在上充泵流量低于9t/h甚至0自動切向小流量方向，RCV上充泵不能滿足水壓試驗泵控制一回路壓力的工況下，保持小流量備用的要求。通過分析可知，1RCV5293VP-可靠性不強，內部彈簧可能已經屈服，需要有快關上充隔離閥，或者瞬間要有足夠的背壓才能克服彈簧力回座而打開小流量。由于水壓試驗泵啟動時一回路沒有泄壓，不具備快關上充隔離閥的條件，因此可以采用先啟1RBS4220PO-，RBS流量是穩定后停運1RCV5230PO-，利用RBS水壓試驗泵壓力作為背壓將1RCV5293VP-回座切向小流量，然后再啟動1RCV5230PO-作為水壓試驗泵備用泵。

因此安排了第二次預試驗，旨在解決1RCV5293VP-切向小流量問題：

（1）試驗前1RCV5230PO-運行，上充隔離（1RCV6114VP-），軸封注入流量11.21t/h，一回路壓力21.6barg。

（2）22：39，啟動1RBS4220PO-，22：39：26停運1RCV5230PO-，一回路壓力穩定在21.6barg（RCP6019KM-）。

（3）22：57，一回路壓力21.7barg（RCP6019KM-），啟動1RCV5230PO-，泵小流量運行成功，一回路壓力穩定在21.7barg（RCP6019KM-）。

（4）22：59停運1RBS4220PO-，一回路壓力穩定在21.7barg（RCP6019KM-），1RCV5230PO-運行正常。

試驗表明，RBS啟動后，先停運RCV運行泵，RCV5293VP-會正?；刈?；再啟RCV上充泵，RCV5293VP-能夠使上充泵正常運行在小流量。

3.2 最終方案固化

綜合兩次預試驗以及理論計算，取得了高壓平臺下RBS/RCV泵切換的措施：

（1）165barg平臺以上，隔離上充后。

（2）調節下泄RCV1314VP-獲得11.7t/h的軸封注入流量，1RCV5230PO-升壓至注入管線閥門全開，預期壓力可以到達192bar。

（3）啟動1RBS4220PO-，記下RBS/RCV切換時的一回路壓力實際值P。

（4）1EHP0003置ON。

（5）停運1RCV5230PO-。

（6）緩慢升壓，使1RBS4220PO-出口壓力達215bar以上（比1RCV5130PO小流量運行壓力高5bar以上）。

（7）啟動1RCV5230PO-小流量運行，作為1RBS4220PO-備用泵。

（8）用1RBS4220PO-升壓至233barg。

（9）一回路降壓至P。

（10）EHP0003CC-置OFF。

（11）停運1RBS4220PO-切回RCV。

（12）1RCV5230PO控制一回路壓力。

4 方案應用及效果

2016-1-24，按既定方案，用RBS完成一回路最高壓力平臺升壓：（圖6）。

（1）11：45，全開RCV73i1VP-后，利用RCV7112VP-和RCV1314VP-將一回路升壓，至RCV7112VP-全開時，P=192.3barg時，此時注入流量為12.1t/h（RCV5292MD-），下泄RCV1314VP-開度為15.8%。

（2）11：48，啟動1RBS4220PO-前，一回路壓力193.6bar（EHP0001MP-），軸封流量為10.5t/h，下泄開度為15.5%，EHP0002MP-升壓速率為0.146bar/min，RCV出口壓力為205.6barg（1RCV5290MP-）。

（3）11：48，啟動1RBS4220PO-，RBS泵出口壓力為204.5barg（1RBS4235MP-），一回路壓力為194bar，軸封注入流量為12.5t/h。3s后停運1RCV5230PO-，一回路壓力為194.4bar（EHP0002MP-），一回路壓力可控穩定。

（4）11：59，一回路壓力206bar（1EHP0001MP），RBS泵出口壓力218.3barg（1RBS4235MP-），流量11.73t/h（1RBS4245MD-），重新啟動1RCV5230PO-，出口壓力206.7barg（RCV5290MP-），小流量運行9.6t/h（RCV5292MD-），RBS泵出口壓力，RBS流量即軸封注入流量，一回路壓力穩定。

（5）調節RCV1314VP-，用RBS繼續緩慢升壓力。

（6）12：37，一回路壓力達233bar平臺，一回路壓力最高壓力為234.9barg，RBS出口壓力為248.1bar。

（7）13：02，完成233barg平臺工作，一回路開始降壓。

（8）13：32，一回路壓力191.2bar，停運RBS4220PO-， RCV5230PO-切換成小流量+軸封注入（RCV5292MD-：9.58t/h→18.19t/h），1RCV5293VP-如預期沒有關閉小流量，而是小流量和注入管線同時通路，整個過程一回路壓力穩定。

（9）調節RCV7112VP，RCV1314VP，用1RCV5230PO-降壓至154barg平臺。

（10）RBS4220PO-從啟動到停運歷時42min，按預定方案啟動停運RBS和RCV泵，泵流量、出口壓力，一回路壓力如預期變化，整個過程一回路壓力波動很?。?bar/min以下），避免了壓力瞬態，實現了RBS/RCV無擾切換，一回路水壓試驗順利完成。

5 結語

臺山1CFT中RCV上充泵和RBS水壓試驗泵的成功切換，并最終完成一回路水壓試驗，成為EPR首堆的典范操作，可以作為母本方案，為后續EPR機組冷試，華龍1號等采用類似設計和設備的機組提供參考。

參考文獻：

[1]臺山核電合營有限公司.《臺山核電廠1、2號機組運行技術規范》，2014-08.

[2]臺山核電合營有限公司.《臺山核電廠1、2號機組最終安全分析報告》，2012-12.

[3]AREVA NP.《Shop Test Report for unit 1 1RBS1220/4220PO RBS pumps》，2012-03-01.

[4]AREVA NP《Valve sectional drawing RCV 1314/1324 VP》，2012-04-13.

[5]AREVA NP.《Overpressure Protection Device for the Primary Hydraulic Test》，2014-03-28.

[6]AREVA NP.《Equipment Operation and Maintenance Manual Regulation valves series 79000》，2012-10-31.

[7]AREVA NP. 《Automatic recirculation check valve》，2012-05-04.