摘要：本文主要就美国西屋公司设计的三代压水堆型APl000的余热排出系统（RNS）热态功能试验期间出现的问题进行分析并讨论相应对策。
关键词：AP1000；热态试验；纵深防御
RNS系统及配置介绍
RNS系统有两个序列，每一序列包括一台 RNS 泵和一台 RNS 热交换器，两列共用一条来自 RCS 的进水母管和一条返回 RCS 的出水母管。RNS泵从RCS的热段吸入冷却剂，并将冷却剂送往与之对应的RNS热交换器中。RNS泵出口冷却剂通过RNS热交换器将热量传递给设备冷却水。每台热交换器的进出口都设有温度调节阀V006，用来调节冷却速率和目标温度。热交换器旁路阀V008用于调节RNS泵的出口流量。冷却剂经热交换器后汇总，进入安全壳内，然后一分为二，与两条压力容器直接注入管线DVI相连，一起进入RCS。在每台热交换器的出口引出一条RNS泵的小流量循环管线，用于在RNS热交换器出口低流量时，为RNS泵提供保护。
1.RNS热态试验内容分析
SM1-RNS-T1P-502(RNS热态试验程序)验证以下系统功能
反应堆冷却系统（RCS）正常冷却和升温。
RCS水装量减少时的运行（半管水位运行）。
在RNS正常冷却&换料运行时提供到CVS的停堆净化流。
RCS真空充注时RNS运行。
针对以上功能RNS-502分为以下章节：
7.1 RCS充水试验
7.2 RCS升温试验
7.3 RNS正常冷却试验
7.4 RCS半管液位流道试验
下面根据热态试验进行的时间顺序，对各章节进行总结说明。
2.1.7.4 在RCS半管液位的RNS流道试验
试验方法
在半管水位条件下，分别投运RNS A列、B列和双列运行，分别调节对应V008、V057至手动全关，V006至手动全开。单列运行时验证半管水位（1-RCS-JE-LT160A）稳定，就地检查RNS泵没有汽蚀、闪蒸现象，通过单列热交换器的流量大于等于427m3/hr;双列运行时，总流量满足要求（661.6~749.7 m3/hr），投入低压净化后净化流量满足要求（22.7 m3/hr）
问题分析
1)启动RNS泵前发现存在RNS隔离信号，经查尽管已经闭锁相关触发信号，但由于之前已发出信号仍然留存在系统之中，恰逢该处坏点恢复，触发信号产生，RNS泵无法启动。后续试验时需要信号闭锁时注意清理原有仪控系统坏点。
2)由于设计原因（RNS热交换器位置较高），当RNS停运时，对应列热交换器由于重力作用排空，RCS热段水位上升；当RNS运行时，对应列热交换器将充满，RCS热段水位下降。为了满足试验初始条件，可以通过开启RNS泵体疏水阀来降低RCS水位或CVS上充来升高RCS水位，来满足试验对热段初始液位的要求。
3)由于RNS试验同时，CCS有切换工作，对RNS试验条件存在潜在影响,在今后运行情况下应予以关注。
2.2.7.1 RCS半管和真空条件下流道试验
试验方法
分别投用RNS单列并处于自动流量控制，流量设定值为340m3/hr。RNS总流量须小于最大可接受的RNS总流量（参考502程序附件23中的可接受流量），验证RNS运行正常，无汽蚀、闪蒸现象。
同时投运两列RNS,分别调节V006A和V006B直到RNS总流量接近最大可接受的RNS总流量（参考附件23中的可接受流量），验证RNS运行正常，无汽蚀、闪蒸现象。
问题分析
7.1章节难点在于双泵运行时，如操作不当RNS泵入口压头难以保证，故下面仅对半管液位真空条件下双泵运行过程进行经验总结。
初始条件：一回路真空压力在16kpa，RCS热段水位在半管状态（67%）。
验收准则：当两台RNS泵出口总流量达到393m3/h（此压力温度条件下附件23中的可接受流量）时，两台泵的入口压力大于-30kpa（入口压力均指临时真空压力表读数，根据临时变更在1-RNS-PL-V036A/B下游安装临时真空压力表），RNS泵出口流量稳定、没有气蚀现象。
第一次试验过程：RNS A泵处于运行工况，出口流量降低到272m3/h，此时V057A开启，RNS A泵入口压力0kpa。当启动B泵之后，RNS A泵入口压力K快速降低到-75kpa，泵的电机电流摆动明显并有气蚀情况出现，主控及时将两台RNS泵置于停运状态。
经评估分析，试验执行时如果已运行的RNS泵的流量过大，那么在第二台RNS泵启动时，瞬态工况将会导致泵入口压力突然降低并使其不能返回到正常压力数值，评估决定修改试验程序：将第一台运行泵的出口流量减小到50m3/h后再启动第二台泵运行。
第二次试验过程：启动RNS A泵以小流量方式运行，出口流量调节到50m3/h，RNS A泵的入口压力20kpa左右，然后启动RNS B泵以小流量方式运行，启动后RNS A泵的入口压力瞬间降低到-30kpa（分析这是由于启泵后的瞬态压力冲击造成），随后RNS A泵的入口压力缓慢回升到20kpa，两台泵电流稳定，就地检查未发现气蚀现象，随后根据两台泵的入口压力情况交替缓慢增加两台泵的出口流量，当两台泵的出口总流量增加到390m3/h时，RNS A泵的入口压力接近-30kpa，尝试降低出口流量（V008A/B阀门减小1%左右的开度），RNS A泵入口压力回升至-20kpa左右，总流量降低至380m3/h左右，随后将泵总流量再次调节至390m3/h，两台泵的入口压力接近-30kpa，稳定收集数据10分钟，之后打印趋势，根据后续RNS状态要求退出一列RNS，试验结束。
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根据以上试验经验总结如下：真空状态和RCS半管液位的极限条件下RNS 双列运行时，应该首先维持第一台RNS泵出口流量小于50m3/h（此时V057强制开启），然后启动第二台RNS泵，随后根据两台泵的入口压力情况交替缓慢增加两台泵的出口流量，最终目标总流量不能超过390m3/h（附件23中最大可接受流量），此过程中就地和主控人员需要密切关注泵体运行情况，防止汽蚀发生。
2.3.7.2节RNS升温试验
试验方法
在主泵88%转速和所有稳压器电加热器投运条件下，分别运行A/B列RNS泵和双列RNS运行，通过调节1-RNS-PL-V006A（B或A/B同时调节），使RCS以不超过27.8°C/hr 的速率升温（实际设定升温速率10℃/hr）。验证RNS具有限制和控制RCS升温速率小于等于27.8℃/hr的功能。
问题分析与解决
试验中发现问题：RNS-V006A/B 投自动COOL DOWN 模式调节升温速率时超调现象严重。分析确定该超调产生的主要原因为: 当V006A/B初始状态为关闭，或调解过程中由于调节偏差关闭一段时间后，温度反馈(RNS热交换器入口温度)与RCS水温温差过大,将导致V006A/b接收错误的温度偏差信号,若先将该阀门手动打开小开度，待RCS与RNS水温接近后，再投COOL DOWN模式（即先手动开阀冷却一段时间再将V006投自动），此温度超调现象可以缓解。
2.4.7.3节RNS正常冷却试验
试验方法
在SM1-GW-T1P-517顺序程序的指导下，在RCS温度从176.7oC到 52oC、稳压器压力从2.79MPa到 0MPa (405 PSIG到 0 PSIG)的RCS冷却平台执行。首先分别投运A列和B列，然后投运双列冷却RCS，验证运行状态，记录相关参数。
当RNS出口温度小于54.4°C 并且主泵在运行时，依据CVS运行规程或TOI(临时运行指令)，启动CVS净化流至正常流量22.7m3/hr。
验收准则：RNS运行时，通过修改温度设定值，验证能维持RCS温度恒定和RNS能够控制并限制RCS冷却速率到小于等于27.8°C/hr；单列运行时V006全开、V008和V057全关时，每列经过热交换器的流量大于等于394m3/hr；双列运行时V006全开、V008和V057全关时，每列经过热交换器的流量大于等于318 m3/hr。
低压净化期间，分别验证主泵运行和主泵停运状态下，低压净化流量都能达到22.7m3/hr。
问题分析与解决
1)RNS A列投运时，RCS温度160℃时，压力2.76MPa，V006A全开，V008A全关，V057A全关，通过热交换器流量（即泵出口流量）总体平稳，但有小幅波动（最大402 m3/h，最小值386m3/h），经过现场评估选取了10个连续的数据点，计算平均值为396m3/h，满足验收准则394 m3/h的要求。后续建议：程序编写时，设定流量验收准则最好给出可接受的流量波动范围，而不是一个具体流量值；在记录流量时如果存在波动下限流量不满足准则时，可以计算平均流量作为置信数据；该条件下，体积流量还与温度有关，如果流量不满足时，需要明确是否允许等介质温度降低后再记录相关数据。
2)RNS-V006A和V008A阀门调节特性较差，存在超调现象比较明显(与7.2节调节问题相似)。
3)在RCS水实体和主泵运行状态切换CVS净化回路从正常路径至RNS低压净化的过程如下：
初始状态：四台主泵50%转速，一回路处于水实体工况，稳压器宽量程液位指示105%；RNS A列小流量运行，RNS B列的V006B和V008B都处于自动模式，RNS-V006B维持RCS温度为52.5℃；CVS上充16.1m3/h，下泄15.3m3/h，V047自动维持下泄压力为2.25MPa（压力模式），CVS-MP-01B运行（CVS-MP-01A处于备用）；
主要操作及注意事项：
1.主控室手动开启RNS-V029（RNS至CVS气动隔离阀）；
2.联系PMS小组在CIM上开启RNS-V061（CVS至RNS壳内气动隔离阀）；
3.就地全开CVS-V079（CVS至余热排出泵入口隔离阀）；
4. 为了防止RCS 压力非预期波动，就地应与主控保持沟通，缓慢开启CVS-V072（RNS至CVS净化隔离阀），开启此阀门（球阀）时，应该密切监视PT040不能超过2.65MPa，防止CVS补水泵跳闸（LTOP）；关注RCS压力不能低于1.86 MPa（主泵最小NPSH）,防止主泵跳泵；关注TE002不能超过54℃，防止CVS树脂温度超限。
具体开阀的过程和参数变化如下表：
CVS-V072开度 净化回路流量FT001（m3/h） 净化回流管线流量FT025（m3/h） 下泄流至WLS脱气塔压力PT040（MPa.g） 下泄热交换器管侧出口温度TE002（℃）
15°左右 10.9 19.2 2.249 27.2
20°左右 9.33 20.73 2.249 28.15
26°左右 7.31 22.68 2.249 28.15
35°左右 4.06 25.34 2.25 30.72
50°左右 1.69 25.87 2.303 34.99
4.经评估后约定:监视TE002上升到47.56℃，尽快关闭CVS-V001、CVS-V002、CVS-V003，切除CVS三道净化隔离阀；
5.就地手动全开CVS-V072（RNS至CVS净化隔离阀），将RNS低压净化回路与CVS完全连通，完成RNS低压净化投入操作。
2.总结
本文主要针对在RNS热试程序执行过程中所出现的问题进行分析,并结合理论和现场经验给出了解决方案或合理化建议:
RNS启动期间需要注意初始条件的建立,如CCS冷却水稳定运行、试验条件运行水位的建立、信号强制的确认等；
真空条件下,为防止汽蚀,RNS双泵运行时流量需要交替缓慢增加；
RNS温度控制超调现象可以通过事先手动调节V006来缓解；
CVS连接RNS进行低压净化的过程中,需要密切关注RCS压力和CVS-TE002，防止非预期工况。
论文作者:余波
论文发表刊物:《中国电业》2019年16期
论文发表时间:2019/11/29
标签：流量论文; 热交换器论文; 压力论文; 温度论文; 入口论文; 水位论文; 两台论文; 《中国电业》2019年16期论文;