压水堆核电站安全注入系统调试介绍

时间：2024-05-18

万能成，蒋金龙

（中国核电工程有限公司，北京 100000）

1 安全注入系统

安全注入系统（RIS）是压水堆核电站重要专设安全设施，作用是在反应堆冷却剂系统发生失水事故（LOCA）时，保持堆芯被水淹没，防止燃料包壳熔化，保持堆芯的几何形状和完整性；或在主蒸汽系统发生管道破裂事故时，快速注入浓硼溶液，引入大量负反应性，使反应堆快速安全停堆，并防止反应堆重返临界。安全注入系统的调试主要通过流量验证的方式，从而保证系统流量压力等运行参数能够满足设计要求。

1.1 安全注入系统的系统组成

RIS主要由以下几个子系统组成：高压安注（HHSI）子系统、低压安注（LHSI）子系统、中压安注箱注入系统、浓硼酸溶液循环加热回路、水压试验子系统。为了保证安全注入在事故时有效，安全注入系统采用了能动和非能动两种方式。其中，HHSI子系统、LHSI子系统采用电动泵这类能动设备将冷却水注入一回路，安注箱注入采用非能动设计，利用加压氮气的方式将冷却水注入一回路。能动安注子系统设置有备用泵和冗余管道，即使运行期间出现设备故障或管道堵塞破裂，仍能保证系统运行向堆芯注水。非能动安注子系统包括3条独立的中压安注箱排放管线，每条连到一个反应堆冷却剂环路的冷段上。

1.1.1 HHSI子系统

HHSI子系统包括：3台HHSI泵和相关的管道、浓硼酸注入箱、通向一回路的注入管线。3台HHSI泵并联布置，3台泵分别由两列独立的6 kV中压母线供电。这些泵克服一回路压力将冷却水注入堆芯。在一回路出现小泄漏或二回路蒸汽管道破裂引起一回路温度和压力下降到一定值时，HHSI子系统自动启动注入硼酸溶液，以补偿泄漏并注入浓硼酸溶液到一回路，以便快速向堆芯提供负反应性。

1.1.2 LHSI子系统

LHSI子系统由2个冗余系列组成，每个系列注入泵分别由2列独立的6 kV中压母线供电。LHSI泵接收到安注信号迅速启动，当一回路压力低于LHSI泵压头时开始向一回路冷段和热段注入。当换料水箱水位底时，LHSI泵转为从安全壳地坑抽水进行循环。它能保证高压和中压安注系统向堆芯注水功能的连续性。

1.1.3 中压安注箱注入子系统

该子系统由3个安注箱组成，每个安注箱独立连到一回路的冷段。中压安注为非能动安全系统，不用安全注入信号启动。失水事故情况下一回路的背压下降到定值以下时，就自动建立注入流量，能在最短时间内淹没堆芯，避免燃料棒熔化。

1.2 安全注入系统调试概述

由于在安注流量试验时，尤其是低压安注试验时注入流量很大，而一回路本身容积较小，所以，调试试验主要选择在压力容器大盖打开时执行。在大盖打开期间分别对HHSI子系统、LHSI子系统、中压安注箱注入子系统进行流量试验，因为大盖打开，试验时背压小于正常运行工况时的背压，需要将正常运行的设计准则转化为试验条件下的试验验收准则。

2 安全注入系统的调试试验

2.1 LHSI子系统试验

LHSI子系统启动前需要对系统进行在线、充水及排气，要保证试验期间水量充足，同时，还需进行机械电气检查，确认泵没有故障。先进行LHSI泵小流量试验，检查泵在小流量运行正常，泵的流量和出口压力在特性曲线上。小流量试验结束后，启泵进行LHSI泵安全注入一回路冷段和热段的流量检查，除了需要验证每列注入流量在设计验收准则范围内之外，还要比较LHSI分别注入流量平衡的情况，比如两列流量偏差较大，还需要对管道节流孔板进行调整，以使两列流量基本一致。此外，LHSI子系统调试时会出现需要从安全壳地坑吸水的工况，因为这种工况吸入口液位很低，需要重点注意泵吸入口压力，防止泵出现气蚀。

2.2 HHSI子系统试验

HHSI泵要求的泵入口压力更大，如果换料水池水位很低，则可能造成泵气蚀。此外，HHSI泵相比LHSI泵更精密，入口过滤器网孔更小，在调试大流量注入时，如果水质较差，则很容易堵塞过滤器，导致入口压力迅速下降，在试验中需要密切关注。HHSI泵共3台泵分为2列。需要对3台泵进行流量试验，并对高压注入管线上的调节阀进行调节，使注入流量与设计流量一致。如果流量达不到设计要求，则需要对管道上的流量孔板进行重新加工，再次试验。

2.3 中压安注箱注入子系统试验

中压安注箱注入试验前，对中压安注箱充水到正常水位，试验时因为压力容器大盖打开，背压为大气压，需要适当降低试验压力，并将正常运行条件下的验收准则转化为试验条件下的验收准则。

3 调试试验结果分析

3.1 LHSI试验性能分析

LHSI泵在试验期间，各个工况下泵的流量压力曲线描点、确认泵的运行特性曲线与厂家和设计文件应一致。流量试验通过试验中水位变化来计算平均注入流量，计算注入过程中的平均背压，将试验平均背压和平均注入流量在二维坐标上描点，与设计值比对，确认试验工况点处在设计范围内，如果流量偏大或偏小，则需根据试验结果重新计算孔板大小，孔板加工完成后，重新进行试验。此外，安注系列有冗余注入管线，需要在试验中将注入管线流量调节到基本一致。

3.2 HHSI试验性能分析

HHSI泵在调试试验时，要求各工况泵的流量压力描点与厂家及设计文件一致。对于HHSI泵，在大流量试验期间需要特别注意泵的入口压力下降情况。如果发现入口压力降低到限值以下，则需要立即停止试验，对水位和入口过滤器进行检查。HHSI流量验证的方法与LHSI流量验证方法一致，此处不再赘述。

HHSI管线内的止回阀为升降式止回阀，如果阀芯与阀座间隙过大，则阀门开度不足，导致管线流量偏小，这并不一定是孔板孔径的原因，在试验中需要注意该问题。

3.3 中压安注箱注入试验性能分析

对于中压安注箱注入的验收，主要是验证中压安注管线的压降平均损失系数在设计区间范围内。该系数过大，则会导致注入流量不满足要求；系数过小，则会导致注入水到堆芯后余压过大，对其他两路注入不利。中压安注箱注入过程中液位和压力曲线应为平滑下降无拐点的曲线，如果曲线出现波动或拐点，则说明注入管道存在堵塞或逆止阀开启故障，需要多次排放冲洗待曲线平滑后再进行计算。