壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器水位控制淺析

歐陽毅

摘 要：核能將是我國21世紀(jì)的主要能源，壓水堆核電站中蒸汽發(fā)生器的水位控制是主控室操縱員的核心工作。本文重點分析主控室操縱員手動干預(yù)蒸汽發(fā)生器水位控制的方法。

關(guān)鍵詞：蒸汽發(fā)生器；手動干預(yù)；水位控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.076

0 引言

蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站主控室操縱員在生產(chǎn)活動中重點關(guān)注的設(shè)備。蒸汽發(fā)生器既是一回路的組成部分，又屬于二回路組成部分[1]。鑒于蒸汽發(fā)生器的重要性，主控室操縱員必須時刻關(guān)注蒸汽發(fā)生器的運行情況。本文的分析主要針對M310核電機組立式U型管蒸汽發(fā)生器。

在蒸汽發(fā)生器運行過程中，如果水位過低，堆芯余熱導(dǎo)出功能將惡化，會導(dǎo)致U型管頂部裸露，引起管束傳熱惡化，造成管板熱沖擊，甚至引起蒸汽進入給水環(huán)管，在給水管道中產(chǎn)生危險的汽錘現(xiàn)象；如果水位過高，會導(dǎo)致飽和蒸汽含水量過高，對汽輪機內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生沖蝕，影響設(shè)備使用壽命甚至損壞設(shè)備，同時水位過高會使得蒸汽發(fā)生器水裝量增加，如果發(fā)生蒸汽管道破裂事故，會對堆芯產(chǎn)生過大的冷卻而導(dǎo)致發(fā)生反應(yīng)性事故，如果破口發(fā)生在安全殼內(nèi)，產(chǎn)生的蒸汽將危害安全殼作為第三道屏障的安全性[2]。

1 水位自動控制系統(tǒng)

1.1 蒸汽發(fā)生器水位測量

蒸汽發(fā)生器通常由外殼、U型傳熱管、管板、隔板、管束圍板、管束支撐板、旋葉式汽水分離器、蒸汽干燥器等部件組成，一回路冷卻劑在U型管內(nèi)流動，二回路水經(jīng)倒J型管進入蒸汽發(fā)生器，與旋葉式汽水分離器分離出的飽和水混合，經(jīng)U型管傳熱區(qū)的管束圍板與蒸汽發(fā)生器筒體所形成的環(huán)形下降通道向下流動，然后在U型管傳熱區(qū)的上升通道中向上流動，同時吸收一回路冷卻劑經(jīng)U型管傳遞的熱量，過冷水吸收熱量后變?yōu)轱柡退惋柡驼羝幕旌衔铮?jīng)旋葉式汽水分離器和蒸汽干燥器分離后，飽和蒸汽進入汽輪機，飽和水與二回路給水混合后又沿環(huán)形下降通道開始自然循環(huán)，自然循環(huán)流動的驅(qū)動壓頭是二回路水在下降通道和上升通道中因密度差而產(chǎn)生的壓差，驅(qū)動壓頭同時能夠克服蒸汽發(fā)生器內(nèi)汽水混合物在流道中摩擦阻力[3]。

蒸汽發(fā)生器水位測量通常通過測量壓差的原理來實現(xiàn)，設(shè)置在下降通道環(huán)形空間，水位控制系統(tǒng)所用的水位計0%水位設(shè)置在管板上表面以上的11.27m處，全量程為3.6m。

1.2 蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)

蒸汽發(fā)生器水位串級控制系統(tǒng)分為主回路和副回路。選取水位作為主被控參數(shù)，因為維持水位在整定值是系統(tǒng)的控制目標(biāo)。選取給水流量作為副被控參數(shù)，因為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)直接調(diào)節(jié)給水流量。蒸汽發(fā)生器水位串級控制系統(tǒng)主回路的輸出作為副回路的輸入。M310核電機組蒸汽發(fā)生器水位串級控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器通常采用PID控制，副調(diào)節(jié)器通常采用PI控制。

2 手動干預(yù)水位控制

根據(jù)大修期間蒸汽發(fā)生器充水時的實測數(shù)據(jù)可知，蒸汽發(fā)生器水位測量裝置所對應(yīng)的蒸汽發(fā)生器內(nèi)部自由空間截面積約12 m2，蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)的整定水位為0m，所用的水位計0%水位對應(yīng)-1.8m，100%水位對應(yīng)1.8m，整定水位至量程上下限分別對應(yīng)的水裝量約21.6 m3?？梢钥闯稣羝l(fā)生器蒸汽流量和給水流量的偏差過大很容易導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器水位波動，甚至觸發(fā)水位保護信號動作，水位高于0.9m（整定水位至0.9m對應(yīng)的水裝量約10.8 m3）會導(dǎo)致汽輪機跳閘，水位低于-1.26m（整定水位至-1.26m對應(yīng)的水裝量約15.12 m3）會導(dǎo)致反應(yīng)堆跳閘。

正常情況下，主控室操縱員不需手動干預(yù)蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)，但出現(xiàn)相關(guān)故障或事故時，需要主控室操縱員手動控制蒸汽發(fā)生器水位。水位異常的根本原因是蒸汽流量和給水流量不平衡，主控室操縱員在手動控制蒸汽發(fā)生器水位時，首先調(diào)節(jié)給水流量趨近蒸汽流量（同時用蒸汽發(fā)生器的排污流量計算進出平衡），最重要的是防止蒸汽發(fā)生器水位繼續(xù)惡化，而不是盡快將蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)至整定水位。直到水位變化幅度減小并趨于穩(wěn)定后，控制蒸汽流量和給水流量的偏差在100 m3/h之內(nèi)，才能通過緩慢調(diào)節(jié)使蒸汽發(fā)生器水位趨近整定水位。

當(dāng)給水溫度130℃，水的密度0.935t/m3時，將蒸汽流量和給水流量的偏差控制在100m3/h，那么蒸汽發(fā)生器水位變化1m對應(yīng)的時間約6.7min；當(dāng)給水溫度226℃，水的密度0.839t/m3時，將蒸汽流量和給水流量的偏差控制在100m3/h，那么蒸汽發(fā)生器水位變化1m對應(yīng)的時間約5.5min。如果蒸汽流量和給水流量的偏差大于100m3/h，蒸汽發(fā)生器水位變化1m對應(yīng)的時間會小于5.5min，為了避免人因?qū)е抡羝l(fā)生器水位保護系統(tǒng)觸發(fā)，留給主控室操縱員手動調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器水位的時間會相當(dāng)緊迫。

總之，主控室操縱員手動控制蒸汽發(fā)生器水位期間，需盡量維持機組功率穩(wěn)定，即保持蒸汽流量穩(wěn)定，通常情況下只通過改變給水流量來調(diào)節(jié)蒸汽流量和給水流量的偏差，以避免同時引入多種影響水位的干擾因素。

3 總結(jié)

蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站主控室操縱員在生產(chǎn)活動中重點關(guān)注的設(shè)備。蒸汽發(fā)生器的水位控制是主控室操縱員的核心工作。蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)能自動將水位維持在整定值。當(dāng)出現(xiàn)相關(guān)故障或事故時，主控室操縱員需要將蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)置于手動狀態(tài)，首先調(diào)節(jié)給水流量趨近蒸汽流量（同時用蒸汽發(fā)生器的排污流量計算進出平衡），防止蒸汽發(fā)生器水位繼續(xù)惡化，待水位穩(wěn)定后，再緩慢調(diào)節(jié)使蒸汽發(fā)生器水位趨近整定水位，待處理好故障或事故，最后將蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)置于自動狀態(tài)。

參考文獻：

[1]蒸汽發(fā)生器編寫組.蒸汽發(fā)生器[M].北京：原子能出版社，1982：112-114.

[2]張建民.壓水堆核電站控制[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1998：156-165.

[3]濮繼龍.大亞灣核電站運行教程[M].北京：原子能出版社，1999：88-112.