EPR机组水压试验期间水压试验泵的切换方案研究与应用

陈世记　余维铭　张可　赵鑫

【摘 要】台山1号机作为EPR（European Pressurized Reactor欧洲先进压水堆）全球首堆，无先例可循。本课题基于台山EPR机组化学容积控制系统（RCV）及水压试验泵（RBS4220PO）的特殊性，通过理论分析、模拟机演练和现场试验，得出EPR机组一回路水压试验期间，RBS泵和RCV上充泵之间无扰切换的方案，避免一回路压力出现大幅波动而损坏设备。

【关键词】冷试 冷态功能试验 水压试验泵 压力瞬态 EPR 三代核电

【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

工程阶段的一回路冷态功能水压试验（CFT：cold function test）是一个非常重要的里程碑，它全面检验了核电机组设计、采购和安装的质量。根据RCCM-2007规范，台山1号机CFT将最终升压至233bar.g，一回路正常升降压速率控制在±4bar/min的限值范围内。而RBS泵控制一回路压力阶段，要求RCV系统一台上充泵小流量运行作为RBS泵的备用泵，在RBS泵故障时维持一回路压力。台山核电1号机作为EPR三代机组首堆，化学容积控制系统（RCV）及水压试验泵（RBS4220PO）的设计特殊性，RCV三通自循环逆止阀的流量特性问题，给一回路压力控制带来了不确定性。需要通过专门的分析研究，得出一回路水压试验期间，RBS水压试验泵无扰切换的方案。

2 影响台山1号机水压试验泵无扰切换的问题

如图1，台山1号机冷试185bar以上的高压平台，需要启动1RBS4220PO-，取代RCV上充泵完成一回路高压平台的升压和降压，RBS水压试验泵和RCV上充泵并联从VCT取水，利用上充（包括轴封）和下泄流量不平衡实现对一回路的升压、降压。

设计上，上充泵出口RCV5193/5293VP为自循环三通逆止阀，通过阀门的上充流量低于9t/h时，阀门自动切向小流量运行，保证上充泵在小流量以上运行。由于阀门可靠性问题，2015年12月现场阀门试验满足设计要求，但2016-1-14试验过程中，发现阀门特性与设计性能出现了偏差，上充流量低于5t/h，阀门没有自动切向小流量管线，影响上充泵的正常运行。如图2所示。

而1RBS4220PO-为柱塞泵，泵启动后即达到11.7m3/h左右的恒流量，中间不可以在0流量或低流量范围调节。如图3所示。

为避免RBS水压试验泵启动和停运时压力波动超出±4bar/min限值，目标是实现RBS/RCV流量即压力无扰切换，需要解决下面的问题：

RBS泵启动后，与RCV泵流量是否会叠加？由流体力学公式，，可以推出233barg/60℃时，1 m3/h的流量不平衡会引起0.97bar/min的压力变化。如果瞬间引入11.7m3/h左右的流量，下泄调节阀RCV1314/1324VP和操纵员来不及响应，导致瞬间升压11.3bar/min。

基于1RCV5193/5293VP不能实现设计流量9t/h时，自动切向小流量的现状，RCV上充泵如何配合RBS启动？

3 解决方案

3.1 制定对策过程

设计方ANP（AREVA NP）认为启动RBS泵瞬间，RBS流量会叠加RCV流量瞬间注入的11.7m3/h，因此建议启动RBS前，先调节下泄流量获得接近于4bar/min的负压力梯度，防止启RBS泵瞬间一回超压：

对此我们提出了异意，认为由流体力学规律，在不改变注入管线阀门的情况下，可以得出注入管线的流量系数K常量，而此时水的密度变化很小，也就是并联启动RBS时，总的注入流量会略增，但变化不大。

针对该问题，我们制定了两个对策，一个是在EPR全范围模拟机上进行演练，一个是低压平台RBS水压试验启动预试验，通过分析切换时流量、压力变化的数据，然后得出最终的RBS水压试验泵切换方案。

3.1.1 对策一：模拟机试验

模拟机上进行ENS21演练， RBS4220PO-启动前，注入流量持11.77t/h（RCV7115MD-），压力梯度1.2bar/min（RCP6020KM-），启动RBS4220PO-后，注入流量和压力梯度保持稳定。RCV能够将一回路升到约192bar时小流量阀开始打开，注入流量开始小于9t/h，证明上充泵能将一回路升压至约192bar.g。如图4所示。

3.1.2 对策二：20bar平台水压试验泵预试验（图5）

2016-1-22， 1RCV5230PO-运行，上充隔离只有轴封注入，注入一回路总流量11.96t/h（RCV7115MD-），一回路压力22.26barg。

10：43：30，启动1RBS4220PO-，3s后达到额定流量11.77t/h（RBS4245MD-），一回路压力稳定在22.26barg附近，波动很小。但21s后，上充泵流量减小到0t/h，RCV5293VP-没有开向小流量方向。10：44：07，停运1RBS4220PO-，1RCV5230PO-流量回复至RBS启泵前，运行正常，一回路压力稳定。

第一次的预试验结果表明，一回路压力稳定情况下，平衡上充下泄流量至RBS额定，然后启动RBS水压试验泵，可以避免压力大幅扰动。但1RCV5293VP-没有如设计预期，在上充泵流量低于9t/h甚至0自动切向小流量方向，RCV上充泵不能满足水压试验泵控制一回路压力的工况下，保持小流量备用的要求。通过分析可知，1RCV5293VP-可靠性不强，内部弹簧可能已经屈服，需要有快关上充隔离阀，或者瞬间要有足够的背压才能克服弹簧力回座而打开小流量。由于水压试验泵启动时一回路没有泄压，不具备快关上充隔离阀的条件，因此可以采用先启1RBS4220PO-，RBS流量是稳定后停运1RCV5230PO-，利用RBS水压试验泵压力作为背压将1RCV5293VP-回座切向小流量，然后再启动1RCV5230PO-作为水压试验泵备用泵。

因此安排了第二次预试验，旨在解决1RCV5293VP-切向小流量问题：

（1）试验前1RCV5230PO-运行，上充隔离（1RCV6114VP-），轴封注入流量11.21t/h，一回路压力21.6barg。

（2）22：39，启动1RBS4220PO-，22：39：26停运1RCV5230PO-，一回路压力稳定在21.6barg（RCP6019KM-）。

（3）22：57，一回路压力21.7barg（RCP6019KM-），启动1RCV5230PO-，泵小流量运行成功，一回路压力稳定在21.7barg（RCP6019KM-）。

（4）22：59停运1RBS4220PO-，一回路压力稳定在21.7barg（RCP6019KM-），1RCV5230PO-运行正常。

试验表明，RBS启动后，先停运RCV运行泵，RCV5293VP-会正常回座；再启RCV上充泵，RCV5293VP-能够使上充泵正常运行在小流量。

3.2 最终方案固化

综合两次预试验以及理论计算，取得了高压平台下RBS/RCV泵切换的措施：

（1）165barg平台以上，隔离上充后。

（2）调节下泄RCV1314VP-获得11.7t/h的轴封注入流量，1RCV5230PO-升压至注入管线阀门全开，预期压力可以到达192bar。

（3）启动1RBS4220PO-，记下RBS/RCV切换时的一回路压力实际值P。

（4）1EHP0003置ON。

（5）停运1RCV5230PO-。

（6）缓慢升压，使1RBS4220PO-出口压力达215bar以上（比1RCV5130PO小流量运行压力高5bar以上）。

（7）启动1RCV5230PO-小流量运行，作为1RBS4220PO-备用泵。

（8）用1RBS4220PO-升压至233barg。

（9）一回路降压至P。

（10）EHP0003CC-置OFF。

（11）停运1RBS4220PO-切回RCV。

（12）1RCV5230PO控制一回路压力。

4 方案应用及效果

2016-1-24，按既定方案，用RBS完成一回路最高压力平台升压：（图6）。

（1）11：45，全开RCV73i1VP-后，利用RCV7112VP-和RCV1314VP-将一回路升压，至RCV7112VP-全开时，P=192.3barg时，此时注入流量为12.1t/h（RCV5292MD-），下泄RCV1314VP-开度为15.8%。

（2）11：48，启动1RBS4220PO-前，一回路压力193.6bar（EHP0001MP-），轴封流量为10.5t/h，下泄开度为15.5%，EHP0002MP-升压速率为0.146bar/min，RCV出口压力为205.6barg（1RCV5290MP-）。

（3）11：48，启动1RBS4220PO-，RBS泵出口压力为204.5barg（1RBS4235MP-），一回路压力为194bar，轴封注入流量为12.5t/h。3s后停运1RCV5230PO-，一回路压力为194.4bar（EHP0002MP-），一回路压力可控稳定。

（4）11：59，一回路压力206bar（1EHP0001MP），RBS泵出口压力218.3barg（1RBS4235MP-），流量11.73t/h（1RBS4245MD-），重新启动1RCV5230PO-，出口压力206.7barg（RCV5290MP-），小流量运行9.6t/h（RCV5292MD-），RBS泵出口压力，RBS流量即轴封注入流量，一回路压力稳定。

（5）调节RCV1314VP-，用RBS继续缓慢升压力。

（6）12：37，一回路压力达233bar平台，一回路压力最高压力为234.9barg，RBS出口压力为248.1bar。

（7）13：02，完成233barg平台工作，一回路开始降压。

（8）13：32，一回路压力191.2bar，停运RBS4220PO-， RCV5230PO-切换成小流量+轴封注入（RCV5292MD-：9.58t/h→18.19t/h），1RCV5293VP-如预期没有关闭小流量，而是小流量和注入管线同时通路，整个过程一回路压力稳定。

（9）调节RCV7112VP，RCV1314VP，用1RCV5230PO-降压至154barg平台。

（10）RBS4220PO-从启动到停运历时42min，按预定方案启动停运RBS和RCV泵，泵流量、出口压力，一回路压力如预期变化，整个过程一回路压力波动很小（2bar/min以下），避免了压力瞬态，实现了RBS/RCV无扰切换，一回路水压试验顺利完成。

5 结语

台山1CFT中RCV上充泵和RBS水压试验泵的成功切换，并最终完成一回路水压试验，成为EPR首堆的典范操作，可以作为母本方案，为后续EPR机组冷试，华龙1号等采用类似设计和设备的机组提供参考。

参考文献：

[1]台山核电合营有限公司.《台山核电厂1、2号机组运行技术规范》，2014-08.

[2]台山核电合营有限公司.《台山核电厂1、2号机组最终安全分析报告》，2012-12.

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