操纵员EPR转换课程 TB03 SG.doc

TNPJVC

课程编码：
TS-OP/CTC-401-TB03

TNPJVC培训教材

蒸汽发生器

编 写：陈广安
审 查：徐高威
批 准：XXX

台山核电合营有限公司生产部
此文件属台山核电合营有限公司所有，未经许可，不得以任何方式外传。

目录

第1章 蒸汽发生器结构 3
1.1 主要参数 3
1.2 轴向节能器 3
1.3 运行方案 3
第2章 SG水位控制的作用 4
2.1 水位控制的目的 4
2.2 水位测量仪表 5
2.3 给水流程 5
第3章 蒸汽发生器水位调节 6
3.1 SG水位调节的结构 6
3.2 PD和GD调节回路的描述 6
3.2.1 SG水位整定值 7
3.2.2 SG水位控制前馈信号 7
3.2.3 控制伺服回路 8
3.3 TPD控制回路描述 10
第4章 操纵员辅助功能（OAF）的描述 12
4.1 SG高1液位OAF 12
4.2 SG高2液位OAF 12
4.3 SG低液位OAF 12
4.4 SG极小流量OAF 13
第5章 SG水位相关保护 14
第6章 SG压力相关保护 15

第1章 蒸汽发生器结构
蒸汽发生器是一回路冷却剂将核蒸汽供应系统的热量传给二回路给水，使之产生具有一定压力、一定温度和一定干度的蒸汽的热交换设备。
蒸汽发生器同压力容器和一回路管道共同构成防止放射性泄露的第二道屏障。在压水堆核电厂正常运行时，二回路应不受到一回路水的污染，是不具有放射性的。
1.1 主要参数
蒸汽发生器一次侧进口温度329.9 ℃，出口295℃，单环路体积流量27180m3/h，压力155bar。经过蒸汽发生器的倒U型管后压降约为2.74bar。100%Pn，蒸汽压力为77.2bar.a。每列QVAP = 650.4 kg/s。
1.2 轴向节能器
SG二次侧水流动是基于自然循环原理。在EPR的蒸汽发生器设计了轴向节能器，其机构如图1-1所示。轴向节能器增加了预热效果，相比同样换热面积的沸腾蒸汽发生器，其饱和压力提高约3bar，从而提高了效率。

图 11 轴向节能器

SG的230°C给水仅从右侧注入，它从蓝色部分向下流，然后到传热管根部。ARE给水和已经部分冷却后的一回路侧水开始热交换。给水在上升的过程中逐渐汽化；形成汽水混合物向SG上部流动。在SG上部进行汽水分离（蒸汽湿度小于0.25%）旋叶式汽水分离器和干燥器分离出来的90%的水进入热管段侧，再在热管段侧向上流，其余的10%从冷管段侧进入SG。一回路侧水（热）进入SG向上流先与二回路侧较热侧进行热交换，然后在倒U型管向下流时与二回路侧较冷的水进行热交换。
1.3 运行方案
EPR采用平均温度和蒸汽温度的折中方案，随着负荷的上升，蒸汽压力下降。如图1-2,1-3所示。
Tm–Tv折中方案：
0-25%Pn：保持SG压力在低负荷时恒定，允许功率自动控制。
25-35%Pn：保持Tm恒定。
35-60%Pn：保持SG压力恒定，一回路冷管段温度恒定利于二回路侧运行。
60-100%Pn：保持Tm恒定，在跟随功率变化时减少体积变化和一回路热应力。

图1-2

图1-3
第2章 SG水位控制的作用
2.1 水位控制的目的
通过给水流量和蒸汽流量的匹配，将蒸汽发生器水位维持在其整定值。保证足够的压差来确保二次侧自然循环的进行。同时水位要足够高，保证一回路向二回路的排热；水位要足够低，防止蒸汽发生器出口蒸汽湿度太大。
2.2 水位测量仪表
蒸汽发生器有窄量程和宽量程两种水位计。窄量程(ARE i831/32/33/34MN）水位计参与调节和保护，宽量程(ARE i835/36/37/38MN)不仅参与调节和保护，同时也反映出二回路的水装量。还有一个宽量程水位计ARE i739MN，用于监视SG充水。
宽量程满足无负荷时水位测量的多样性，测量值不代表真实水位。宽量程的液位变化不是很重要，但它准确反应出SG内水装量的变化。在事故运行时，监视宽量程水位计，目的是控制和保证二回路侧SG内的水装量。窄量程测量用于调节SG水位，它反应灵敏，能精确反映液体的收缩和膨胀。
2.3 给水流程
给水流程简图见图2-1。
每个调节阀有3个阀位传感器。压力和流量测量各有3个MP和3个MD。
通过下列阀门隔离给水：
主隔离阀®ARE i430VL
逆止阀®ARE i440VL
隔离阀®ARE i510VL+ARE i520VL
隔离阀®ARE i410VL+ARE i420VL

图2-1
机组在不同功率下，调节阀和给水泵的配合如表2-1所示：
核功率
TPD调节阀开度
PD调节阀开度
GD调节阀开度
给水泵
0～4%
0～100%
0
0
AAD
4～20%
0
0～100%
0
APA×1
20～100%
0
100%
0～100%
APA×1→3
表2-1
当通过PD和/或GD供水时，TPD完全关闭。EPR液位调节有2列独立的调节回路：
——1个TPD液位调节回路
——1个PD和GD液位调节回路
从TPD调节通道到PD调节通道是通过手动进行切换的。从AAD泵到APA泵通道切换是半自动的。当机组启动时，从AAD到APA通道是在0-3%之间切换。到4%Pn，操纵员将TPD切换至PD。当机组停运时，在功率接近4%Pn时将PD切换至TPD。从APA到AAD的切换在0-3%之间。
流量值：
QTPD，max＝30kg/s
QPD（100%Pn）＝124kg/s
QGD（100%Pn）＝534kg/s
Q总,ARE(100%Pn)=658kg/s

第3章 蒸汽发生器水位调节
3.1 SG水位调节的结构
SG水位调节分为两部分：
——4台蒸汽发生器的一个公用部分
——每台蒸汽发生器自身的调节部分
每一个蒸汽发生器有：
——1个和PD与GD阀门相关的调节回路
——1个和TPD阀门相关的调节回路
这里提到的调节器的公用部分是指负荷映像的计算和AAR时水位整定值的变化。
3.2 PD和GD调节回路的描述
PD和GD调节简图3-1
窄量程水位测量值
PID调节器
Régulateur
+
–
给水流量整定值QARE
Consigne de QARE
给水流量测量值
+
–
调节器
Régulateur
水位整定值 NGV
蒸汽流量压力测量值
开启PD和GD调节阀
控制主回路
控制伺服回路
前馈信号
Signal d’anticipation

图3-1
3.2.1 SG水位整定值
蒸汽发生器的水位整定值在正常运行时保持恒定，为15.7m（49％GE）。但在以下两种情况下水位整定值会发生变化（如下图所示）：

1） 反应堆热功率大于10%Pn时发生反应堆自动停堆AAR，则水位整定值减少为14.7m（34%GE），延时后以0.1m/min（1.7%/min）的速率恢复到正常的水位整定值，此信号作用于4台GV的水位整定值。
2） 在三环路运行时重新启动第四环路主泵时手动减少此环路上SG的液位整定值。因为主泵的启动增加了SG传导的功率，SG内的冷水受热膨胀，水位有达到停堆阈值MAX1p而引发自动停堆的风险。所以在启动主泵前，操纵员通过RPC（ARE i002RG此时不是强制在外部）减少此SG的液位整定值，整定值的减少量在0-1m之间。SG的实际液位随之降低。在GMPP重新启动之后，液位整定值重新恢复到49%（GMPP的在运行信号会使ARE i002RG强制外部）。

3.2.2 SG水位控制前馈信号
前馈信号的生成见图3-2
1
2
3
次大值
蒸汽母管压力
1
2
3
次大值
蒸汽流量
GCT流量
ADG流量
1
汽机高压缸进汽压力
负荷映像
（窄量程）
低功率

高功率

前馈信号
1
2
3
选择器
蒸汽母管压力

图3-2
高负荷时，前馈信号取自蒸汽流量。用蒸汽母管压力测量值对实测的蒸汽流量值进行修正。
低负荷时前馈信号取自负荷映像。蒸汽流量测量（测量VVP管线的ΔP ）没有意义；于是在调节回路上增加一个《负荷映像》：
- GCT流量（所用测量信号为：GCT开度信号，由蒸汽母管压力进行加权修正）
- ADG流量（所用测量信号为：ADG流量）
- 汽机流量（所用测量信号为：汽机第一级流道窄量程压力）
以上三个信号相加即为窄量程负荷映像。
3.2.3 控制伺服回路
ARE总流量(1311/12/13MD)
Débit total ARE
PD管线流量（1211/12/13MD）
­ Débit ligne PD
控制伺服回路的逻辑简图见图3-3，3-4：
1
2
3
次大值
2nd MAX
1
2
3
1
2
3
ARE给水温度
Température ARE
MIN
MAX
S11
切换阈值

+
+
ARE流量测量值
–
+
0
S11
切换阈值

次大值
2nd MAX
次大值
2nd MAX

图 3-3
流量测量值信号选择原理（根据功率水平的不同）：
- 低功率（4%-20%Pn） ® Qcorrigé 的值小于限值S1；通过《MIN》的数值是经过PD管线传感器的Qcorrigé ，而通过《MAX》的数值是0（ Qcorrigé –S1<0），再经过加法器后，输出信号为来自PD管线的流量传感器1211/12/13MD所测得的流量。即低负荷时，用PD管线的流量传感器1211/12/13MD来参与控制。
- 高功率（>20%Pn） ® Qcorrigé 的值大于限值S1；通过《MIN》的数值为S1，而通过《MAX》的为Qcorrigé –S1，再经过加法器后：Qcorrigé –S1+S1= Qcorrigé。这样，高功率时参与控制的信号变为来自测量ARE单列总流量的传感器1311/12/13MD。
图中：参考温度T0= 230°C，系数a=0.001259°C-1。

ARE流量整定值
­ Consigne de QARE
ARE流量测量值
–
+
I
K
+
+

x1
x9
y1
y9

x1
x9
y1
y9
f2
f1
ARE1320VL阀位
ARE1220VL阀位

x
y
x/y
Qnom

图 3-4
流量整定值与实测流量相比较后得到流量偏差，偏差信号再送到流量调节器，流量调节器是PI调节器，其中比例式增益K能在不破坏稳定性的前提下提高调节速度。
调节器的输出信号除以代表阀门两端压差（ΔP）的一个信号，这个信号计算了蒸汽母管和给水母管的压力偏差，并用宽量程负荷映像来对此偏差进行了修正。目的是在压力变化时调节阀门开度以保持流量恒定。流量调节器输出的信号通过乘以(ΔPnom/ΔP)的平方根来进行修正，其中ΔP阀门=ΔP汽水–静压头-k（宽量程负载映像）。
f1和f2两个函数确定PD和GD两个阀门的开度。如下图所示：
0
100
100
100
0
0
76,5
100
0
20
40
60
80
100
120
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
调节信号
开度 [%]
1ARE1220VL
1ARE1320VL

图 3-5

调节器输出信号达到0.2时，PD阀门全开，即ARE流量达到其名义流量的20%时，GD阀门开始开启。也就是说GD阀门在反应堆功率达到20%Pn时开始开启。
3.3 TPD控制回路描述
极小流量调节阀的控制逻辑见图3-5
SG水位整定值
1
2
3
4
次大值
2nd MAX
窄量程水位计

+
–
PI
0
极小流量OAF
ARE1120VL阀位

x1
x9
y1
y9

x1
x9
y1
y9

Qin
Q
Cv
开度
Ouverture
GF1
GF2

图 3-6

极小流量调节的水位整定值与PD和GD调节回路的一样。TARE及极小流量调节阀的压差△P决定了阀门的Cv值，Cv值决定了阀门的开度（根据开度曲线f(Cv)），供货商提供开度曲线f(Cv)。GF1和GF2曲线分别如下图所示：
TPD调节阀最小流量定义
28
2,78
0
5
10
15
20
25
30
0
10
20
30
Qin (kg/s)
Q (kg/s)
GF1

图 3-7
GF2
TPD调节阀特性
0
20
40
60
80
100
120
0
20
40
60
80
Cv

图 3-8
只要ARE的流量大于一个最小限值Qmin = 10 t/h = 2,78 kg/s，调节器就起作用，对阀门进行开度调节。当达到最小流量限值时，阀门就不能再关小，只能关到最小流量所对应的最小开度，避免热力分层和水锤现象（非连续供水时）。
右边的信号除了用于计算阀门Cv值，还用于持续计算最小开度限值。这个信号乘上Qmin = 10 t/h = 2,78 kg/s，然后经过另一个函数，得到的开度值与阀门的实际开度比较。假如这两个值的偏差小于0，向操纵员发出报警《极小流量阀在最小开度位置》。
假如在最小开度时流量值还大于排出一次侧功率所必需的给水流量，液位会增加直到达到MAC1（16.3m=58%GE），将触发《极小流量》操纵员辅助功能（OAF）。这个OAF关闭阀门直到水位返回到58%-（回环值）。
第4章 操纵员辅助功能（OAF）的描述
SG共有4个操纵员辅助功能，其中PD-GD回路有3个，分别为：SG液位高2 OAF、SG液位高1 OAF、SG液位低OAF。TPD回路有一个：极小流量OAF。控制信号的优先级（越来越高）：AUTO信号® MANU信号® OAF。

图 4-1
4.1 SG高1液位OAF
假如SG液位超过16.3m (58%GE), 给GD调节阀发出一个关闭信号(0%开度)。在这种情况，向操纵员发出报警ARE i006KA《SGi 高1液位OAF触发》。
4.2 SG高2液位OAF
假如SG液位超过16.4m (60%GE), 给GD和PD调节阀发出一个关闭信号
假如GV液位达到16.3m(58%),且GD调节阀几乎全关时（开度小于5%），向PD和GD调节阀发出关闭信号。
上述两种情况下，都向操纵员发出报警ARE i008KA《SGi高2液位OAF触发》。
4.3 SG低液位OAF
假如实际水位低于整定水位（7.69%），一个开启信号送到PD调节阀。这个逻辑的整定值MINC1总是小于水位整定值7.69%（水位整定值在某些情况下变化）。
假如功率超过20%Pn，一个开启信号送到GD调节阀。同时发出报警。在机组停运时此OAF被闭锁。

图 4-2

4.4 SG极小流量OAF
假如SG液位大于16.3m（58%GE）一个关闭信号送到TPD调节阀。
1
2
3
4
2nd MAX
窄量程水位计
Capteurs de niveau GE
ARE 1120VL关闭
Fermeture ARE 1120VL
极小流量OAF
ARE1006CG
MAXC1= 16,3 m
SG水位定值
Consigne NGV
1
2
3
4
次大值
2nd MAX
窄量程水位计
Capteurs de niveau GE
+
–
PI
0
极小流量OAF
ARE1120VL阀位
Position de la ARE1120VL

x1
x9
y1
y9

x1
x9
y1
y9

Qin
Q
Cv
开度
Ouverture
GF1
GF2

图 4-3
第5章 SG水位相关保护
SG水位相关保护见表5-1
名称
水位（m）
参考水位
动作
NR（％）
WR（％）
MAX2p
18
85

1） +P13非：部分冷却
2） 部分冷却结束后+P13非+SG水位仍然>MAX2p：关闭相应列的主蒸汽隔离阀；增加相应列VDA的整定值（99bar.a,防对外排放）；关闭RCV上充管线（防一回路超压）
MAX1p
17
69

1） +P13非：自动停堆
2） 自动停堆后，隔离ARE满负荷管线FLL（四列）
3） +P13非：隔离相应列的满负荷管线FLL
MAX1p
17

89
+P13非：隔离相应列的ASG（每一列的宽量程水位计控制本列的ASG）
MAX0p
16.7
64

自动停堆（延时一定时间后）+P13非：隔离相应列的小流量管线LLL
MAXC2
16.4
60

SG高2水位OAF
MAXC1
16.3
58

SG高1水位OAF/极小流量OAF
MAXS1
15.9
NOM+3%

报警（运行限值条件LCO）
NOM
15.7（14.7）
49（34）

MINS1
15.5
NOM-3%

报警（运行限值条件LCO）
MINC1
整定值-0.5m
整定值-7.69%

SG低水位OAF
MIN1p
13.8
20

1） +P13非：自动停堆
2） ＋ATWS信号：主泵停运
MIN2p
7.8

40
1） +P13非：自动停堆
2） +P13非：启动相应列的ASG（每一列的宽量程水位计控制本列的ASG）
MIN4
3

14
+P13非：停运主泵（减少产生的热量）
表5-1
SG液位达到某个限值（MAXS1或MINS1）时，一个正常运行限值的报警送给操纵员。
液位MIN3不是SG的保护范围，MIN3用于SG排水。液位MIN1P（20%GE-13，8m）和MIN3（3.5%GL -1m）之间的水体积质量约45t，保证在失去ARE+ASG的情况下不干预期30min内不烧干SG。
1）NSG>MAX2p：
出现SGTR时的干预行动：
l 部分冷却（保证停堆时堆芯反应性控制），
l 部分冷却后，破管的SG压力升高到ISMP的压力，
l 停运RCV：RCV上充泵出口压力155bar；停运上充避免注入一回路压力超过VDA压力整定值。
2）NSG > MAX1p：
l 反应堆停堆。目的：
控制汽机湿度，保护汽机(MAX1p液位低于汽水分离器)，
保护堆芯，给水流量增加引起瞬态的NSG液位增加，造成对一次侧的过分冷却，
保护SG完整，在SGTR情况下避免SG溢流。
l ASG隔离(GL)。目的：
阻止SG溢流，
在SGTR下避免反射性排向大气 (确保放射性包容)。
3）NSG(GL) < MIN2p
l 启动ASG。目的：
排出余热。
4）NSG (GL) < MIN4
l 停运主泵(4 台SG液位都达到MIN4)
上述这些保护信号(MAX0p、MAX1p、MAX2p、MIN1p、MIN2p和MIN4)通过P13闭锁。
所有这些情况导致 AAR时，AAR继而导致ARE的GD管线1-4列都隔离。
5）允许信号P13
当RIS/RRA 连接时，P13允许操纵员排空或充水SG。
P13闭锁与SG水位相关的VDA，ARE和ASG保护功能。
P13的定值足够低保证RRA连接，足够高保证在停堆时的充排水操作(这些操作在低于80度时进行)，因此其整定值设在90-100°C之间。

第6章 SG压力相关保护
SG压力相关保护定值见表6-1, 6-2。
名称
压力（bar）
允许条件
动作
MAX1p
95.5
P12未触发
自动停堆
正常
78－90

MIN1p
50
P12未触发
P19未触发
自动停堆
关闭主蒸汽隔离阀
MIN2p
40
P12未触发
P19未触发
隔离ARE PD（逐列）
MIN3p
40
P12未触发
P19未触发
隔离VDA（逐列）
MIN4p
35
P12未触发
P19未触发
在有安注的情况下：
停止RCV上充
表6-1
名称
压力的下降
允许条件
动作
MAX1p

自动停堆
关闭主蒸汽隔离阀
MAX2p

P19未触发
隔离ARE小流量管线
表6-2
所有这些信号触发反应堆自动停堆时，反应堆自动停堆继而触发ARE GD管线1至4列隔离。
1）SG压力 > MAX1p
l 反应堆自动停堆(因为失去排出热量的方式)。目的：
保证燃料的完整性，
调节核功率在安全系统的保护能力下，
保证SG的完整性。
l 开启VDA。目的：
在失去二次侧排热能力的情况下, 运行利用VDA向大气排出热量，
控制压力，保护SG以免超压损坏。
2) SG压力< MIN1p
l 反应堆自动停堆。目的：
保证燃料的完整性和调节核功率在安全系统的保护能力范围内。
l 关闭主蒸汽隔离阀。目的：
避免完好SG排空，
防止因瞬时过冷而重返临界，
限制放射性排放，
限制向安全壳释放能量。
3）SG压力<MIN2p
l 给水或蒸汽管道破口®压力下降®隔离ARE。目的：
限制冷却，
限制向安全壳释放能量。
4）SG压力< MIN3p（考虑单一故障准则，1个VDA调节阀开启导致一次侧过冷）
l 隔离VDA(隔离阀, 逐列)。目的：
控制反应性。
5） SG压降> MAX1p
l 反应堆自动停堆。目的：
保证燃料的完整性和调节核功率在安全系统的保护能力范围内。
l 关闭主蒸汽隔离阀。目的：
避免完好SG排空，
防止因瞬时过冷而重返临界，
限制放射性排放，
限制向安全壳释放能量。
6）SG压降> MAX2p
l 隔离ARE的PD和GD管线。目的：
完全隔离故障SG以减少安全壳内排放，
限制一回路的冷却。
7）允许信号 P12
此信号表征从热停状态过渡到冷停状态。
信号P12允许闭锁一次侧压力低和主蒸汽压力低的SI保护(包括AAR，关闭主蒸汽隔离阀，隔离ARE和VDA)。
这个信号在通过GCT或VDA冷却到RIS/RRA可以连接的温度（正常运行120度，事故情况下180度）时是必要的，此时RIS/RRA压力为32bars，但不会有SI动作。
P12的阈值大约为137bars，这个值高于导致SI启动的稳压器压力阈值，但是小于导致反应堆自动停堆稳压器压力阈值。
8）允许信号 P19
此信号在反应堆停堆后生效，P19的生效允许闭锁ARE的PD和GD管线隔离，VDA隔离和RCV上充管线的停运。

复 习 题
1. 机组满功率运行时蒸汽发生器一、二次侧的主要参数？
2. EPR设计轴向节能器的作用，二回路给水在轴向节能器中的流向？
3. 正常运行时蒸汽发生器在水位整定值是多少？在哪些情况下会变化，怎么变化？
4. 蒸汽发生器的水位由哪些阀门控制，怎么切换？
5. 蒸汽发生器有哪些操纵员辅助功能OAF？分别在什么情况下产生，触发什么动作？
6. 蒸汽发生器有哪些水位相关保护，哪些压力相关保护，触发什么动作？

参考文献格式
1 SDM ARE、APG
2 CZAO SG
3 EPR 307次大值
2nd MAX
限值切换
seuil de commutation
S1
0
+
–
ARE流量测量值 QARE
Mesure de QARE
+
+
限值切换
seuil de commutation
S1
MAX
MIN

ARE给水温度
Température ARE
3
2
1
ARE总流量(1311/12/13MD)
Débit total ARE
3
2
1
PD管线流量（1211/12/13MD）
­ Débit ligne PD
次大值
2nd MAX
3
2
1