倪世鋒，?？『悖瑒⑼?/p>

(中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)

機(jī)組大修工期是影響核電廠機(jī)組的可用率和綜合成本的重要因素，目前國內(nèi)壓水堆的大修經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)十分豐富，國內(nèi)電廠在大修工期優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)化方面也取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但同世界核電行業(yè)和美國Exelon等公司對(duì)標(biāo)，在大修工期上仍有差距。

基于優(yōu)化大修工期的重要性，中國核電在《關(guān)于印發(fā)大修績(jī)效提升規(guī)劃的通知》(中國核電安質(zhì)發(fā)(2020)178號(hào))中提出了大修績(jī)效提升目標(biāo)。2025年：在確保安全質(zhì)量的前提下，機(jī)組年度大修平均工期控制在27天以內(nèi)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平；2030年：在確保安全質(zhì)量的前提下，機(jī)組年度大修平均工期控制在24天以內(nèi)，達(dá)到世界先進(jìn)水平；2035年：機(jī)組年度大修平均工期控制在21天以內(nèi)，大修績(jī)效達(dá)到世界卓越水平，成為業(yè)內(nèi)標(biāo)桿。這對(duì)中國核電各機(jī)組的大修準(zhǔn)備及實(shí)施工作提出了更高的要求，大修工期優(yōu)化勢(shì)在必行。

“華龍一號(hào)”作為我國自主研發(fā)的第三代核電品牌，機(jī)組的先進(jìn)性也應(yīng)在大修工期上體現(xiàn)。但截至本優(yōu)化研究工作開始時(shí)，“華龍一號(hào)”示范工程——福清核電5、6號(hào)機(jī)組首次大修尚未開展，還沒有成熟的大修經(jīng)驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)。因此，漳州能源在生產(chǎn)準(zhǔn)備期間即組織開展對(duì)大修進(jìn)行深入研究，從技術(shù)規(guī)范應(yīng)用、系統(tǒng)改進(jìn)、新技術(shù)的采用以及先進(jìn)大修管理方法等多個(gè)方面對(duì)大修項(xiàng)目與大修工期進(jìn)行優(yōu)化，旨在創(chuàng)造漳州“華龍一號(hào)”機(jī)組首次大修的良好業(yè)績(jī)，有助于“華龍一號(hào)”機(jī)組在國際上的推廣。

1 技術(shù)路線及方案

大修優(yōu)化專項(xiàng)組運(yùn)用霍爾三維結(jié)構(gòu)的方法論，如圖1所示采取“調(diào)研分析”“吸收轉(zhuǎn)化”“落地應(yīng)用”三個(gè)時(shí)間維步驟，通過“同行電廠經(jīng)驗(yàn)借鑒”及“漳州系統(tǒng)設(shè)備特性挖掘”兩個(gè)研究方向，集合運(yùn)行控制、維修優(yōu)化、試驗(yàn)優(yōu)化、計(jì)劃與管理等不同專業(yè)維度，對(duì)大修各方面工作進(jìn)行多步驟、多方向、多領(lǐng)域的優(yōu)化研究。

圖1 大修優(yōu)化工作的“霍爾”三維結(jié)構(gòu)Fig.1 Hall 3D model of overhaul optimization

綜合上述思路，主要制定以下技術(shù)路線及方案。

(1)調(diào)研國內(nèi)各電廠大修項(xiàng)目最新技術(shù)應(yīng)用及良好實(shí)踐

目前國內(nèi)壓水堆機(jī)組大修項(xiàng)目設(shè)置愈加科學(xué)，工期也越來越短，其中新技術(shù)的應(yīng)用是大修工期縮短的一個(gè)重要原因。因此通過對(duì)各電廠大修開展調(diào)研，收集同行大修良好實(shí)踐及新技術(shù)，并對(duì)新技術(shù)及良好實(shí)踐進(jìn)行適用性分析，能夠恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用到漳州能源“華龍一號(hào)” 機(jī)組大修中。

(2)調(diào)研同行電廠歷次大修主線延誤原因并制定針對(duì)性的優(yōu)化提升措施

國內(nèi)各同行電廠在歷次大修中積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，在大修主線延誤偏差控制方面尤其值得借鑒。對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行細(xì)致分析并制定針對(duì)性的優(yōu)化提升措施，可以有效提高大修準(zhǔn)備質(zhì)量。

(3)研究“華龍一號(hào)”機(jī)組大修主線及大修項(xiàng)目

漳州“華龍一號(hào)”機(jī)組采用融合華龍方案，目前仍處在土建及安裝階段，還沒有自己的大修計(jì)劃及大修標(biāo)準(zhǔn)工期?！叭A龍一號(hào)”作為我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電工程，其與M310存在很大差異，而系統(tǒng)設(shè)備的不同將大大影響大修工作的開展。因此，充分了解“華龍一號(hào)”系統(tǒng)設(shè)計(jì)差異性，合理設(shè)置“華龍一號(hào)”機(jī)組的特有檢修項(xiàng)目與邏輯關(guān)系尤為關(guān)鍵。在研究過程中，專項(xiàng)組將對(duì)系統(tǒng)不同點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析，編寫漳州核電1、2號(hào)機(jī)組的大修規(guī)程及大修邏輯。

(4)通過研究華龍技術(shù)規(guī)范對(duì)大修邏輯進(jìn)行優(yōu)化

漳州1、2號(hào)機(jī)組的技術(shù)規(guī)格書與M310在體系及使用邏輯上有較大不同，技術(shù)規(guī)格書的差異將對(duì)大修項(xiàng)目及大修邏輯產(chǎn)生重要影響。因此，很有必要對(duì)相關(guān)影響進(jìn)行專項(xiàng)研究，把這些不同點(diǎn)轉(zhuǎn)化為優(yōu)化大修的突破點(diǎn)是研究的重點(diǎn)。其中大修技術(shù)規(guī)格書與風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)器的配合使用是大修研究的一個(gè)難點(diǎn)，因此需加強(qiáng)與設(shè)計(jì)院的溝通與交流，保證大修項(xiàng)目合理可靠。

(5)制定“華龍一號(hào)”機(jī)組大修標(biāo)準(zhǔn)

充分吸收參考電廠經(jīng)驗(yàn)反饋，進(jìn)行大修調(diào)研，將相關(guān)成果整合到漳州核電1、2號(hào)機(jī)組大修方案與大修計(jì)劃中，確定漳州核電1、2號(hào)機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)化大修工期。

(6)結(jié)合漳州核電1、2號(hào)機(jī)組調(diào)試工作對(duì)部分成果進(jìn)行驗(yàn)證

機(jī)組的調(diào)試過程可對(duì)部分大修項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，通過對(duì)漳州1、2號(hào)機(jī)組調(diào)試過程的全程參與，對(duì)大修優(yōu)化項(xiàng)目與前期成果進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化。

2 創(chuàng)新成果與應(yīng)用

第一階段大修優(yōu)化專項(xiàng)組重點(diǎn)從“同行電廠經(jīng)驗(yàn)借鑒”的角度開展大修工期優(yōu)化的工作，通過收集各同行電廠大修總結(jié)及大修優(yōu)化等相關(guān)資料，根據(jù)漳州1、2號(hào)機(jī)組的自身特點(diǎn)進(jìn)行專項(xiàng)研究，部分成果如下。

2.1 一回路抽真空裝置的應(yīng)用

(1)項(xiàng)目背景

機(jī)組大修啟動(dòng)期間，需要對(duì)一回路進(jìn)行排氣，其目的是排出一回路空氣以保證主泵的正常運(yùn)行，目前參考電廠主要采用靜態(tài)排氣與動(dòng)態(tài)排氣的方式。

“華龍一號(hào)”機(jī)組三臺(tái)蒸汽發(fā)生器倒“U”形管+水室體積約為99 m3，其內(nèi)氣體在靜態(tài)排氣時(shí)不能完全排去，常規(guī)排氣通過靜排氣-動(dòng)排氣-聯(lián)合排氣的方式驅(qū)趕主系統(tǒng)的空氣。其中動(dòng)排氣和聯(lián)合排氣在含氣量高的情況下點(diǎn)動(dòng)主泵，一回路壓力下降幅度較大，且多次點(diǎn)動(dòng)三臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵才能使一回路含氣量合格。根據(jù)參考電廠大修經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)排氣首次啟動(dòng)5RCS002PO，在手動(dòng)提高上充流量的情況下，一回路壓力仍由2.837 MPa降至2.527 MPa，降幅0.31 MPa；停泵后，在手動(dòng)減少上充流量的情況下,由2.527 MPa升至2.862 MPa，增幅0.335 MPa。

常規(guī)一回路排氣方式存在如下缺點(diǎn)：

1)在含氣量高的情況下頻繁啟動(dòng)主泵排氣，增大了軸瓦磨損的可能；

2)啟動(dòng)主泵時(shí)一回路為水實(shí)體，控制裕量小，壓力超一回路P-T圖的風(fēng)險(xiǎn)高；

3)整個(gè)常規(guī)排氣過程預(yù)計(jì)用時(shí)10～24 h，工序時(shí)間長(zhǎng)。

為此，通過 “一回路抽真空”的引入，即在啟動(dòng)主泵前(靜排氣)保證一回路排氣合格，以解決上述問題。

(2)項(xiàng)目方案

通過借鑒同行電廠經(jīng)驗(yàn)，大修優(yōu)化專項(xiàng)組制定方案，首次將 “一回路抽真空裝置”應(yīng)用于“華龍一號(hào)”機(jī)組，通過一回路充水前進(jìn)行抽真空，可將排氣過程壓縮至8～12 h，同時(shí)避免高含氣量下多次點(diǎn)動(dòng)主泵對(duì)主泵的不良影響。

一回路抽真空排氣在裝料前進(jìn)行，主要步驟為：

1)在假大蓋和穩(wěn)壓器人孔關(guān)閉后將一回路水位降至MLO水位；

2)利用抽真空裝置將一回路抽至17～20 kPa.a；

3)一回路充水至法蘭面水位，保持水位不變，破壞真空至大氣壓；

4)一回路充水至換料水位，開始裝料；

5)壓力容器扣蓋，穩(wěn)壓器人孔關(guān)閉，一回路充水后靜排氣。

各步驟示意如圖2所示。

(3)方案評(píng)價(jià)及影響

漳州核電選用ZH-65型蒸汽發(fā)生器，一次側(cè)倒“U”形管與水室體積之和約為99 m3。根據(jù)玻義耳馬略特定律：

P0V0=P1V1

式中，P0——采用抽真空方法后蒸汽發(fā)生器倒U形管的壓力；

P1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大氣壓，取值為0.1 MPa；

V0——蒸汽發(fā)生器一次側(cè)倒“U”形管以及水室內(nèi)空氣體積為99 m3；

V1——抽真空后剩余空氣體積。

在一回路溫度不變的情況下，得到V1=P0V0/P1，抽真空目標(biāo)不同，剩余氣體體積V1也不同。若將一回路抽真空至17 kPa.a，根據(jù)計(jì)算一回路剩余氣體體積為16.83 m3，理論計(jì)算通過一回路抽真空排氣滿足系統(tǒng)含氣量要求(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下剩余氣體體積<23.255 m3)。

綜上，通過一回路抽真空排氣的方法，可在啟動(dòng)主泵前保證一回路排氣充分，實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：

1)有效保證主泵啟動(dòng)時(shí)的安全運(yùn)行；

2)降低主泵啟動(dòng)時(shí)一回路壓力超出P-T圖的風(fēng)險(xiǎn)(注：方家山核電抽真空后啟動(dòng)主泵一回路壓力微降約0.05 MPa)；

3)減少動(dòng)排氣、聯(lián)合排氣及相關(guān)步驟，節(jié)約關(guān)鍵路徑時(shí)間(注：方家山核電抽真空操作耗時(shí)約5 h，靜排氣2 h，總計(jì)7 h)。

2.2 一回路運(yùn)行P-T圖限值優(yōu)化—RHR運(yùn)行壓力上限提升

(1)P-T圖簡(jiǎn)介

一回路運(yùn)行P-T圖坐標(biāo)為一回路溫度及壓力，根據(jù)不同設(shè)計(jì)限值繪制不同曲線，由這些曲線組成允許運(yùn)行范圍，即一回路的溫度和壓力根據(jù)機(jī)組狀態(tài)的不同，都應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。由于該圖形似大刀，故也稱之為“大刀圖”，當(dāng)前漳州能源1、2號(hào)機(jī)組P-T圖見圖3。

圖2 一回路抽真空流程示意Fig.2 Schematic diagram of primary circuit vacuum pumping process

圖3 漳州一回路P-T圖Fig.3 Primary circuit P-T diagram of Zhangzhou

圖3中紅圈區(qū)域?yàn)榇蟮秷D“刀背”。其下限線為主泵運(yùn)行最低壓力，由主泵設(shè)計(jì)特性決定，漳州1、2號(hào)機(jī)組為2.1 MPa。上限線為RHR系統(tǒng)最大壓力，目前漳州1、2號(hào)機(jī)組與福清核電M310及華龍機(jī)組均為3.0 MPa。

(2)項(xiàng)目可行性分析

漳州1、2號(hào)機(jī)組、福清5、6號(hào)機(jī)組、福清M310機(jī)組余排運(yùn)行壓力上限均為3.0 MPa，該限值主要受系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力限制，三者相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 RHR相關(guān)限值對(duì)照

對(duì)比可知：漳州核電機(jī)組余排設(shè)計(jì)壓力比福清M310機(jī)組高1.36 MPa，同時(shí)漳州余排安全閥定值低于M310機(jī)組，漳州余排有更高的安全裕度，但大刀圖中的限值確保持一致，因此具備提高余排運(yùn)行壓力的可行性。

除RHR系統(tǒng)本身外，還需要考慮提高余排運(yùn)行壓力對(duì)一回路的影響。參考溫度-壓力限值報(bào)告，在升溫速率為28 ℃/h，壽期為60年條件下，不同溫度下的許用應(yīng)力如圖4中的紅線，對(duì)比P-T圖，最窄處為(20 ℃，3.83 MPa)，仍存在提升裕量。

圖4 漳州一回路許用應(yīng)力與P-T圖對(duì)照Fig.4 Comparison between Zhangzhou primary circuit allowable stress and P-T diagram

(3)項(xiàng)目成效

首先，機(jī)組上行時(shí)汽腔的生成及下行時(shí)汽腔的湮滅均在170～180 ℃的范圍內(nèi)，所以，在大刀圖的最窄區(qū)域一回路為水實(shí)體，壓力不易控制。由圖4可知，模式4、5的高溫段為P-T圖的最窄處，同時(shí)在該區(qū)域內(nèi)，機(jī)組通常處于持續(xù)的升溫或降溫過程中，溫度變化增加了該階段壓力控制的難度。水實(shí)體下啟停主泵壓力波動(dòng)大，增大了超出P-T圖的風(fēng)險(xiǎn)。

方家山、陽江、紅沿河、嶺澳等電廠均出現(xiàn)在NS/RRA模式(模式4)水實(shí)體階段升降溫過程中超出過 P-T圖的情況；2016年9月28日，某核電在停運(yùn)2號(hào)主泵過程中，一回路壓力波動(dòng)至30.3 bar.a而超出P-T圖。

其次，提升限值可縮短機(jī)組下行時(shí)余排連接的工期，執(zhí)行LCO后撤要求時(shí)，機(jī)組不必后撤過深。機(jī)組下行時(shí)，須降溫降壓到余排可接入的條件下再進(jìn)行余排的預(yù)熱。由于余排運(yùn)行壓力區(qū)間小，為防止超出P-T圖，在接近壓力下限時(shí)，必須降低降壓速率，增加耗時(shí)。

根據(jù)參考電廠經(jīng)驗(yàn)，在完成安注逆止閥試驗(yàn)后，共花費(fèi)約100 min降壓到余排可連接的壓力平臺(tái)，若將余排連接壓力上限提升3.5 MPa，預(yù)計(jì)可節(jié)省主線時(shí)間40 min。

2.3 增設(shè)ZBR中儲(chǔ)槽至內(nèi)置換料水箱補(bǔ)水管線

機(jī)組換料大修期間，為保證在硼水覆蓋防護(hù)下進(jìn)行燃料操作，需要將運(yùn)行時(shí)排空的反應(yīng)堆換料水池(745 m3)、堆內(nèi)構(gòu)件貯存池(1143 m3)及燃料轉(zhuǎn)運(yùn)倉(343 m3)充滿，三個(gè)水池總計(jì)2231 m3，這部分水主要由內(nèi)置換料水箱提供(IRWST，有效容積2267 m3)。但是，考慮內(nèi)置換料水箱水位過低可能導(dǎo)致下游泵氣蝕，水箱中的硼水不能全部排出，因此僅利用內(nèi)置換料的水難以滿足上述水池充滿的需求，需要考慮其他的硼水來源。

反應(yīng)堆廠房其他具有儲(chǔ)水能力的水池有乏燃料貯存池和乏燃料容器裝載井。其中，乏燃料貯存池需保持滿水以保證輻照燃料次臨界和人員防護(hù)，無法提供水源。乏燃料容器裝載井在換料大修期間不必充滿水，可以提供有效水源，其容積為236 m3。

根據(jù)參考電廠經(jīng)驗(yàn)，在提前將乏燃料容器裝載井制滿水的情況下，由于內(nèi)置換料水箱中的硼水無法全部利用，且硼水會(huì)隨著大修試驗(yàn)的進(jìn)行而消耗，導(dǎo)致儲(chǔ)水量無法滿足反應(yīng)堆水池的充水需求，需要額外使用反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)RBM通過手動(dòng)補(bǔ)給制硼補(bǔ)給。這種方式制硼效率低，制硼量和制硼窗口有限，運(yùn)用方式非常不靈活，存在影響工期的風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要另辟蹊徑解決以上問題。

考慮到換料大修期間的用硼需求，為增強(qiáng)傳水靈活性，專項(xiàng)組調(diào)研同行電廠運(yùn)行及大修經(jīng)驗(yàn)，在硼回收系統(tǒng)ZBR原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，推動(dòng)中儲(chǔ)槽至IRWST的補(bǔ)水管線的增設(shè)。由于ZBR中儲(chǔ)槽有3個(gè)，每個(gè)硼水貯存量達(dá)到350 m3，傳硼流量最高可達(dá)100 m3/h，且儲(chǔ)槽不受技術(shù)規(guī)格書限制，能夠很大程度提高傳水靈活性，避免主線工期延誤。ZBR中儲(chǔ)槽至內(nèi)置換料水箱補(bǔ)水管線示意圖見圖5。

圖5 ZBR中儲(chǔ)槽至內(nèi)置換料水箱補(bǔ)水管線示意圖Fig.5 Schematic diagram of make-up water pipeline from ZBR middle storage tank to built-in refueling water tank

2.4 其他項(xiàng)目

大修優(yōu)化專項(xiàng)組通過經(jīng)驗(yàn)適應(yīng)性分析及華龍機(jī)組自主性研究，多個(gè)優(yōu)化項(xiàng)目正在推動(dòng)。截至2022年7月25日，包括以上詳細(xì)描述的三個(gè)項(xiàng)目，正在推動(dòng)的大修工期優(yōu)化項(xiàng)目見表2。

3 實(shí)施成效

(1)社會(huì)效益

該項(xiàng)目聚焦于縮短大修工期，同時(shí)著眼于優(yōu)化大修整體實(shí)施工藝及流程，串聯(lián)起整個(gè)機(jī)組各個(gè)系統(tǒng)之間的運(yùn)行配合。同時(shí)該項(xiàng)目還致力于提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，通過一些有力的措施可有效保證設(shè)備的良好運(yùn)行，為核安全提供強(qiáng)有力保護(hù)屏障。

同時(shí)該方案還可為國內(nèi)電廠在大修工期優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)化方面提供新思路，新開工電廠可在生產(chǎn)準(zhǔn)備期間即對(duì)大修工期進(jìn)行研究，提前介入機(jī)組大修的相關(guān)工作準(zhǔn)備，制定相應(yīng)的措施優(yōu)化大修工期，為后續(xù)大修計(jì)劃的安排和推進(jìn)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)經(jīng)濟(jì)效益

該方案在生產(chǎn)準(zhǔn)備期間即開展對(duì)大修工期進(jìn)行多步驟、多方向、多領(lǐng)域的優(yōu)化研究，通過主動(dòng)分析機(jī)組未來大修項(xiàng)目，并將成果落實(shí)于大修準(zhǔn)備及大修實(shí)施，預(yù)期可有效縮短漳州“華龍一號(hào)”機(jī)組大修工期，提高機(jī)組的可用率，降低核電廠總體的運(yùn)維成本，在經(jīng)濟(jì)方面直接帶來可觀的機(jī)組運(yùn)行效益。