福清1號(hào)機(jī)組測(cè)溫旁路閥門(mén)改造研究

王保平　沈云?！≮w　禹　賴建永　余小權(quán)

【摘 要】在福清1號(hào)機(jī)組熱態(tài)調(diào)試期間，大量RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路核一級(jí)手動(dòng)截止閥中法蘭唇邊焊發(fā)生了泄漏，為避免運(yùn)行期間此類閥門(mén)唇邊焊再次泄漏，提高機(jī)組的可靠性和安全穩(wěn)定性，需對(duì)此類型核一級(jí)手動(dòng)截止閥進(jìn)行物項(xiàng)替代。本文提出了具體的閥門(mén)更換方案，對(duì)閥門(mén)更換后對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑在測(cè)溫旁路管線中反應(yīng)堆冷卻劑的流量和流動(dòng)時(shí)間的影響進(jìn)行了分析，并對(duì)相關(guān)管道和支承進(jìn)行了力學(xué)評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】核電站；測(cè)溫旁路；手動(dòng)截止閥；更換

Resistance Temperature Detector（RTD） Bypass Mainfold Valve Replacement Study For Fuqing Nuclear Power Plant Unit 1

WANG Bao-ping SHEN Yun-hai ZHAO Yu LAI Jian-yong YU Xiao-quan

（Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory， Nuclear Power Institute of China， Chengdu Sichuan 610213，China）

【Abstract】Some leakage from the lips weld of the resistance temperature detector bypass manifold valves have been found during the hot function test for FuQing nuclear power plant unit 1. In order to avoid the leakage and improve the reliability and stability of the plant， it is necessary to replace the hand-operated globe valves. The document provides the changing scenario， and analysis of the flowrate and transmit time of the reactor coolant in the resistance temperature detector bypass after replacing the valves. In addition to analyze the correlated piping and supporting.

【Key words】Nuclear power plant； Resistance temperature detector bypass； Hand-operated globe valve； Replacement

0 引言

福清核電1號(hào)機(jī)組RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路共計(jì)15臺(tái)核一級(jí)手動(dòng)截止閥，其閥體和閥蓋采用螺紋連接，閥體和閥蓋間的密封通過(guò)金屬墊片保證，同時(shí)施以唇邊焊防止介質(zhì)泄漏（閥門(mén)圖紙見(jiàn)圖1）。該類型閥門(mén)在1號(hào)機(jī)組熱試一階段共有11臺(tái)發(fā)生唇邊焊泄漏；經(jīng)閥門(mén)供貨廠家處理后，在熱試二階段，仍有1臺(tái)發(fā)生唇邊焊泄漏；缺陷處理后，在裝料后的熱停堆平臺(tái)，再次發(fā)生1臺(tái)閥門(mén)唇邊焊泄漏。

RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路的核一級(jí)手動(dòng)截止閥作為一回路承壓邊界，若在機(jī)組運(yùn)行期間發(fā)生大規(guī)模唇邊焊泄漏，可能帶來(lái)一回路不可識(shí)別泄漏率超標(biāo)及測(cè)溫旁路不可用導(dǎo)致的核安全風(fēng)險(xiǎn)。

為避免該類閥門(mén)運(yùn)行期間唇邊焊泄漏，提高機(jī)組的可靠性和安全穩(wěn)定性，需對(duì)此類型核一級(jí)手動(dòng)截止閥進(jìn)行物項(xiàng)替代。

1 閥門(mén)更換方案

1.1 閥門(mén)結(jié)構(gòu)

福清1號(hào)機(jī)組核一級(jí)手動(dòng)截止閥設(shè)備RIN碼為SJXSSA0050-X----，擬采用法國(guó)VELAN生產(chǎn)的RAMA手動(dòng)截止閥替代，該類型閥門(mén)在秦山II期和大亞灣核電廠均具有良好的運(yùn)行反饋。兩種閥門(mén)的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

VELAN生產(chǎn)的RAMA手動(dòng)截止閥相比在役手動(dòng)截止閥具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）閥體閥蓋采用一體化鍛造，不需要唇焊；

2）只有填料一個(gè)漏點(diǎn)，外漏風(fēng)險(xiǎn)較小，維修方便；

3）內(nèi)漏可以直接更換閥座，較為方便；

4）閥桿螺母設(shè)計(jì)有軸承，操作較為簡(jiǎn)單。

1.2 更換方案

用法國(guó)VELAN生產(chǎn)的RAMA手動(dòng)截止閥代替在役的手動(dòng)截止閥需對(duì)相應(yīng)的閥門(mén)、管道及支架進(jìn)行修改。具體方案如下：

1）將福清1號(hào)機(jī)組RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路目前使用的19臺(tái)核一級(jí)手動(dòng)截止閥進(jìn)行切割拆除，根據(jù)擬更換的RAMA手動(dòng)截止閥尺寸對(duì)管道進(jìn)行調(diào)整，并焊接新閥門(mén)。新閥門(mén)更換后測(cè)溫旁路管線的總體布置與原設(shè)計(jì)一致。

2）焊接熱影響區(qū)作為焊接接頭性能薄弱環(huán)節(jié)，重復(fù)經(jīng)受焊接熱循環(huán)后其性能將進(jìn)一步惡化。因此，考慮到原閥門(mén)的長(zhǎng)度與替換閥門(mén)的長(zhǎng)度一致，在原閥門(mén)切除過(guò)程需一并切除相連管道側(cè)的焊接熱影響區(qū)。同時(shí)為了減少更換閥門(mén)的施工時(shí)間，以及在閥門(mén)改造時(shí)避免增加焊縫，切割閥門(mén)時(shí)同時(shí)去除焊縫兩側(cè)熔合線鄰近母材的熱影響區(qū)。

2 分析評(píng)價(jià)

RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路的核一級(jí)手動(dòng)截止閥更換后需要考慮新替換閥門(mén)阻力對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑在測(cè)溫旁路管線中流量和反應(yīng)堆冷卻劑傳送時(shí)間的影響，閥門(mén)替換后管道和支承的力學(xué)分析以及系統(tǒng)水壓試驗(yàn)等方面的內(nèi)容。

1）根據(jù)調(diào)試文件《反應(yīng)堆冷卻劑溫度測(cè)量回路的流量試驗(yàn)》中的要求，反應(yīng)堆冷卻劑在測(cè)溫旁路管線中的傳送時(shí)間需小于等于1s，但根據(jù)調(diào)試文件《反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)通道響應(yīng)時(shí)間》的附加說(shuō)明，只要超溫和超功率反應(yīng)堆緊急停堆通道響應(yīng)時(shí)間TRT符合6s的安全準(zhǔn)則，反應(yīng)堆冷卻劑在測(cè)溫旁路管線中的傳送時(shí)間超過(guò)1s仍是可接受的。反應(yīng)堆緊急停堆通道響應(yīng)時(shí)間TRT由T1、T2、T3組成，對(duì)于停堆命令還包括T4。

TRT：緊急停堆通道響應(yīng)時(shí)間

TRT=T1+T2+T3+T4+T9各部分的意義如下：

T1：探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間；

T2：保護(hù)通道響應(yīng)時(shí)間，即從傳感器的輸出端到停堆斷路器的輸入端（失壓線圈失電）；

T3：停堆斷路器的打開(kāi)時(shí)間；

T4：鉤爪釋放的最大時(shí)間；

T9：事故分析中考慮的安全裕量。

根據(jù)福清1號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆冷卻劑溫度測(cè)量回路的流量試驗(yàn)報(bào)告《反應(yīng)堆冷卻劑溫度測(cè)量回路的流量試驗(yàn)》和反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)通道響應(yīng)時(shí)間測(cè)量《反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)通道響應(yīng)時(shí)間》中的結(jié)果，使用原類型核一級(jí)手動(dòng)截止閥的測(cè)溫旁路除三環(huán)路冷段外，均滿足流體傳送時(shí)間不超過(guò)1s的要求。雖然三環(huán)路冷段的測(cè)溫旁路流體傳送時(shí)間不滿足1s的要求，但最終超溫和超功率反應(yīng)堆緊急停堆通道響應(yīng)時(shí)間TRT滿足不大于6s的要求。更換的新閥門(mén)的阻力系數(shù)要求值與原閥門(mén)一致，且測(cè)溫旁路管線的布置與原設(shè)計(jì)基本一致，理論上閥門(mén)更換后測(cè)溫旁路管線上的流量和反應(yīng)堆冷卻劑介質(zhì)的傳送時(shí)間可滿足設(shè)計(jì)要求。本文第4章通過(guò)模擬仿真的方法對(duì)更換新閥門(mén)后RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路中反應(yīng)堆冷卻劑介質(zhì)的傳送時(shí)間進(jìn)行了進(jìn)一步分析。

2）根據(jù)新的閥門(mén)參數(shù)（原閥30.8kg，重心高120mm；新閥33kg，重心高110mm）對(duì)相關(guān)管道在承受自重、熱膨脹、地震、內(nèi)壓等載荷作用下進(jìn)行了力學(xué)分析，閥門(mén)參數(shù)變化對(duì)應(yīng)力分析結(jié)果影響很小，各工況下的應(yīng)力滿足RCC-M規(guī)范的相關(guān)要求。

3）用于替換的閥門(mén)和管道已按照RCC-M要求完成單件的出廠水壓試驗(yàn)。新閥門(mén)和管道現(xiàn)場(chǎng)焊接后相應(yīng)焊縫隨系統(tǒng)按照RSE-M的要求，執(zhí)行在役水壓試驗(yàn)以驗(yàn)證其承壓性能與密封性能。

3 模擬仿真

3.1 測(cè)溫旁路最小流量的計(jì)算

Fcc和Fhc必須分別大于Fcr和Fhr，這樣就可以滿足每個(gè)換料的測(cè)溫旁路管線中的反應(yīng)堆冷卻劑傳送時(shí)間小于1s，以保證溫度測(cè)量的有效性。

3.2 測(cè)溫旁路模擬仿真分析

圖4 一環(huán)路測(cè)溫旁路模型

Fig.4 The model of Resistance Temperature Detector （RTD） Bypass Mainfold for loop 1

本文通過(guò)FLOWMASTER軟件分別對(duì)福清1號(hào)機(jī)組閥門(mén)更換后三個(gè)環(huán)路的測(cè)溫旁路反應(yīng)堆冷卻劑傳送時(shí)間進(jìn)行仿真分析，一環(huán)路的模型見(jiàn)圖4（三個(gè)環(huán)路一致）。

壓力邊界分別為主管道熱段、冷段和過(guò)渡段正常運(yùn)行時(shí)的壓力，閥門(mén)RCP100/101/104/105/106VP、RCP200/201/204/205/206VP和RCP300/301/304/305/306VP的阻力系數(shù)按照RAMA閥門(mén)設(shè)計(jì)圖紙中的L/D（282）計(jì)算，孔板016DI、018DI和020DI、404KD、405KD和406KD按照設(shè)計(jì)圖紙中的尺寸作為設(shè)計(jì)輸入條件。按照調(diào)試報(bào)告《反應(yīng)堆冷卻劑溫度測(cè)量回路的流量試驗(yàn)》中的試驗(yàn)要求，模擬計(jì)算流過(guò)流量孔板404KD、405KD和406KD的流量。模擬仿真結(jié)果與原試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 仿真結(jié)果與原試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

Tab.1 The comparison between the simulation result and

pre-test result

計(jì)算結(jié)果顯示，閥門(mén)更換后，一環(huán)路和二環(huán)路冷段測(cè)溫旁路管線的流量分別大于驗(yàn)收準(zhǔn)則換算出需要的最小流量（14.877m3/h和15.116m3/h），反應(yīng)堆冷卻劑傳送時(shí)間可滿足不超過(guò)1s的要求；三環(huán)路冷段測(cè)溫旁路管線的流量小于驗(yàn)收準(zhǔn)則換算出的最小流量（26.674m3/h），傳送時(shí)間不能滿足小于1s的要求，但模擬傳送時(shí)間較原試驗(yàn)結(jié)果小，最終超溫和超功率反應(yīng)堆緊急停堆通道響應(yīng)時(shí)間TRT應(yīng)可滿足不大于6s的要求。一環(huán)路、二環(huán)路和三環(huán)路熱段測(cè)溫旁路管線的流量均大于驗(yàn)收準(zhǔn)則換算出的最小流量，略小于原現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量流量，但滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則傳送時(shí)間不超過(guò)1s要求。綜上所述，經(jīng)過(guò)模擬仿真分析，RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路更換RAMA手動(dòng)截止閥后，反應(yīng)堆冷卻劑的傳送時(shí)間能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 誤差分析

對(duì)于RCP系統(tǒng)測(cè)溫旁路中核一級(jí)手動(dòng)截止閥換型后的反應(yīng)堆冷卻劑傳送時(shí)間，F(xiàn)LOWMASTER軟件模擬分析與后期實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果存在一定的誤差，具體如下：

1）實(shí)際試驗(yàn)時(shí)在熱停堆工況下進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)各主管道的壓力可能與正常運(yùn)行時(shí)主管道各管段中的壓力存在偏差；

2）測(cè)溫旁路管線上的閥門(mén)實(shí)際的阻力系數(shù)與理論計(jì)算結(jié)果可能會(huì)存在偏差；

3）模型與實(shí)際環(huán)路之間的偏差以及仿真軟件本身的誤差性。

基于上述原因，雖然測(cè)溫旁路中反應(yīng)堆冷卻劑傳送時(shí)間的模擬仿真分析結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，但在閥門(mén)更換后仍需進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以確保實(shí)際結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文提出了測(cè)溫旁路隔離閥更換方案，并對(duì)閥門(mén)更換后對(duì)測(cè)溫旁路的響應(yīng)時(shí)間的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示擬更換的閥門(mén)對(duì)原設(shè)計(jì)的影響是可以接受的，并且為電廠閥門(mén)實(shí)際更換提供了有力的依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]