核电厂除氧器系统配置方案对核岛控制系统的影响分析

黄奇1,2平朝春3王殳1陈柯1

（1.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都610041；2.国家能源海洋核动力平台技术研发（实验）中心，四川成都610041；3.中海油研究总院，中国北京100027）

【摘要】在核电厂反应堆控制系统中，引入了大量常规岛的信号用于反应堆、蒸汽发生器等核岛对象的控制和保护。根据除氧器系统配置方案的不同，核岛控制系统的设计需要有针对性的进行调整和修改。对比了目前几种主要的控制方案，对核岛与常规岛之间的接口分析和研究，并给出了适应性的修改方案。

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关键词 核电厂；除氧器系统；核岛控制系统

0引言

在核电站系统中，除氧器和冷凝器是常规岛的两个重要设备，在核岛所需的蒸汽发生器给水和蒸汽旁排中扮演着非常重要的角色。除氧器是除去水中溶解氧的一种设备，除氧器系统（ADG系统）通过从蒸汽母管取新蒸汽维持自身的压力来保证给水泵压头的正压力。在岭澳二期核电厂（LAII期）系统设计中，除氧器还承担了部分蒸汽旁排的容量（12.4%额定流量）。冷凝器是将低压缸排出的蒸汽以及热力循环中其他各种来源的蒸汽进行冷凝的一种设备，在LAII期的设计中，冷凝器承担72.6%额定流量的旁排容量。主给水流量控制系统（ARE系统）设计中，需要考虑除氧器取新蒸汽的流量；汽机旁路系统（GCTc系统）需要考虑排放阀门的设置、分组以及闭锁。

1岭澳二期核电厂的设计

核岛部分的控制，主要是对分布在冷凝器和除氧器上的阀门的布置和控制。对于GCTc系统来说，是对阀门进行控制，是输出信号；对于ARE系统来说，是引入阀门的位置信号和调节信号，是输入信号。

1.1GCTc系统的设计

GCTc系统主要是对冷凝器上编号为GCT的12个阀门和除氧器上编号为ADG的3个阀门进行控制。这15个阀门共分为4组，如表1所示。

前三组排向冷凝器的蒸汽流量为72.6%额定流量，第4组排向除氧器的蒸汽流量为12.4%额定流量，总排放容量为名义蒸汽流量的85%。

对于布置在除氧器的上的三个阀门，其中ADG003VV和007VV具有双重控制功能：在低功率工况下，它们引入新蒸汽用来维持除氧器的压力；当收到旁路排放系统的排放信号时，它们快速开启，使新蒸汽排向除氧器。并且旁路排放信号优先于除氧器压力控制信号。ADG005VV只受核岛控制，用于蒸汽旁排功能，不受常规岛控制，它的阀门容量也比较小，大约只有5kg/s左右。另外，P12信号（Tavg<284℃）或P4信号（反应堆紧急停堆）产生50s后需发出对第四组阀门闭锁的信号，防止堆芯过冷。控制逻辑如图1所示。

1.2ARE系统的设计

蒸汽发生器的水位控制是通过调节并联安装在蒸汽发生器入口处给水管路上的两个调节阀的开度实现的。这两个调节阀，一为“低流量”调节阀，又称“旁阀”，它用于启动和低负荷工况，高负荷时保持全开的位置。另一为“高流量”调节阀，或称“主阀”，用于大约15%以上功率的工况。每台蒸汽发生器配置一套水位控制装置。

除氧器取新蒸汽维持自身压力的蒸汽流量是二次侧的负荷的组成部分之一。图2所示为LAII期ADG系统与ARE系统的接口详图。首先，将ADG的阀位信号引入做一个逻辑判断，即：隔离阀ADG004VV全开且调节阀ADG003VV非全关时，或者隔离阀ADG008VV全开且调节阀ADG007VV非全关时，说明有蒸汽通过这两组阀门进入除氧器，应当计入总的用汽负荷，此时将ADG系统的调节信号（ADGmodulatingsignal）引入，作为总蒸汽流量的一部分。反之，如果隔离阀ADG004VV和调节阀ADG003VV任一全关，并且隔离阀ADG008VV和调节阀ADG007VV任一全关时，说明此时没有蒸汽通过这两组阀门进入除氧器，因此就引入“0”信号，表示ADG系统没有用汽负荷。

2红沿河/宁德核电项厂的变更

红沿河（HYH）和宁德（ND）核电厂采用的除氧器不同于LAII期，为新厂家的设备，承压能力低于LAII期。经过厂家计算，该两个项目所采用的除氧器在甩负荷工况下，会出现除氧器的瞬时超压。厂家认为，瞬时超压的原因是因为按LAII期的设计，ADG003/005/007VV均布置在除氧器的顶部，旁排蒸汽进入除氧器后，由于给水在除氧器底部，蒸汽不能马上冷却，造成瞬时超压。因此厂家要求对阀门的布置位置和控制进行变更，即：维持除氧器的压力需要一个阀门（ADG005VV）取新蒸汽，该阀门布置在除氧器的顶部，该阀门仅受常规岛控制；将其余两个阀门（ADG003/007VV）用于排放，布置在除氧器的底部，这样旁排蒸汽进入除氧器后首先接触温度较低的给水，避免了瞬时超压，同时为了保持排放总容量不变，该两个阀门的容量较LAII期有所增大。

2.1对ARE系统带来的影响

在LAII期中，需将ADG003/007VV及其对应的隔离阀ADG004/008VV的信号引入做逻辑处理，而在该两个项目中，由于取新蒸汽的阀门改为ADG005VV一个，则只需将ADG005VV及其对应的隔离阀ADG006VV的信号引进来做相关的处理即可，如图3所示。

2.2对GCTc系统带来的影响

在LAII期中，当需要第四组阀快开的时候，GCT将快开信号同时送给ADG003/005/007VV三个阀门，而在该两个项目中，由于仅有ADG003/007VV用于旁排，且总容量与LAII期一致，因此第四组阀快开的信号仅需要送给该两个阀门即可。另外，由于P12信号（Tavg<284℃）或P4信号（反应堆紧急停堆）产生50s后发出的闭锁信号是为了防止堆芯过冷，因此在该两个项目中，GCT系统除了要向第四组的两个阀门ADG003/007VV发出闭锁信号外，还需要向取新蒸汽的ADG005VV发出闭锁信号。控制逻辑如图4所示。

3阳江核电厂的变更

阳江（PY）核电厂经过评估认为，蒸汽旁排至除氧器存在风险，且LAII期设计时考虑排放至除氧器的主要原因是所采用的冷凝器容量不够，因此才将12.4%的名义流量排放至除氧器。而该项目所采用的冷凝器，经过厂家计算，满足甩负荷工况时85%名义流量的排放要求。因此，为降低除氧器的设备风险，业主要求将LAII期的设计改为仅向冷凝器排放的模式。常规岛按照此要求，在冷凝器上增设第四组旁排阀门两个，为GCT125/126VV，同时取消LAII期中除氧器上布置的ADG003/005/007VV三个阀门，另增设ADG003VV和其对应的隔离阀ADG004VV，作为常规岛取新蒸汽用阀门，核岛不对其进行控制。

3.1对ARE系统带来的影响

ARE系统仍只需判断是否有蒸汽进入除氧器，如有，流量是多大。与红沿河/宁德核电厂类似，将LAII期中需从ADG来的信号由ADG003/004/007/008VV改为ADG003/004VV即可，调节阀的调节信号与NI的接口保留，如图5所示。

3.2对GCTc系统带来的影响

因总容量较LAII期无变化，将之前送往ADG003/005/007VV的快开信号改为送往GCT125/126VV；同样的，为了防止堆芯过冷，将在LAII期中送往ADG003/005/007VV的闭锁信号改为送往GCT125/126VV，同时送往ADG003VV，如图6所示。

4ADG阀门配置对比与结论

岭澳二期核电厂、红沿河/宁德核电项目、阳江核电厂各自根据项目的实际和设备情况对ADG系统的阀门布置和控制采取了不同的控制方案，具体的变化如表2所示。

从表2中可以看出，相比较于LAII期，后续的三个项目将核岛控制和常规岛控制的阀门独立开来。对于核岛而言，旁排总流量无变化，同时保留ADG阀门的闭锁功能，这与LAII期在安全分析的要求上保持了一致，因而仅对仪控系统的配置有一定的影响。

［责任编辑：刘展］