气动调节阀在核电辅助给水系统的应用分析

吴英群 潘文剑

摘要：

调节阀是核电机组控制系统中重要的设备，气动调节阀有着高精度线性开度调节性能在核电稳压器、蒸发器等液位控制等系统中重要性尤为凸显。在核电厂机组控制中，控制系统加入DCS控制，甚至包含非安全、安全级控制手自动等多重控制信号，逻辑信号调试及阀门性能调试对系统安全有最直接的影响。本文主将针对气动调节阀在核电辅助给水系统的应用以及典型问题展开探讨。

关键词：调节阀；自动化DCS ；实践应用

1．工作原理

气动调节阀的工作原理就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的：流量、压力、温度等各种工艺参数。气动调节阀的特点就是控制简单，反应快速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施。

2．辅助给水系统的工艺设计

核电辅助给水系统是作为正常给水系统的备用，当主给水系统丧失时，向蒸汽发生器二次侧提供合格给水。当由于故障(失去压缩空气，失去控制电源)或误操作而使调节阀在二回路侧压力低于额定压力下时全开，就可能有发生辅助给水泵超流量运行的危险。

在电厂启动期间给蒸汽发生器充水时，或在蒸汽发生器的给水或主蒸汽泄漏的情况下，很容易使电动泵超流量运行。考虑电动泵所需净正吸入压头较低并有余量，可能达到164%额定流量的超流量，从水力学的观点来看通常是可接受的。但是，它可能导致驱动电机超功率运行，因而有必要检查电动机在这些情况下的负荷，使其不超过保护阈值，因为有过流可能导致辅助给水丧失。一旦超负荷，应减少调节阀012VD-017VD的开度，使各种参数回到其额定值。

由于电动泵和汽动泵分别由A、B列控制，汽动泵003PO和004PO的之间的运行不会相互影响，在发生蒸汽发生器的给水或主蒸汽管道断裂事故时，破损蒸汽发生器的压力为0.1MPa，而完好蒸汽发生器的压力为8.6MPa，如果汽动泵对应的调节阀事故性地全开（003PO对应A列调节阀012VD、014VD、016VD；004PO对应B列调节阀013VD、015VD、017VD）会使汽动泵在最大流量下运行，该流量达到153%额定流量。由于汽动泵的布置标高比辅助给水贮水池的布置标高低一楼层，提供了足够的NPSHa，从而避免了汽蚀的危险。

3．气动调节阀开度调节设计

电动泵和/或汽动泵的自动启动或手动启动会使相应的流量调节阀全开。当蒸汽发生器的液位到达高液位整定值时触发对应调节阀的复位命令，使得这些阀门处于通过蒸汽发生器液位进行闭环调节阀门开度的运行模式，以便调节注入蒸汽发生器的给水流量，保证蒸汽发生器不发生满溢。同时机组运行人员在启动电动泵的指示被执行以后，也可以将这些阀门复位到它们定位器的控制之下，以调整注入蒸汽发生器的流量，防止蒸汽发生器满溢。为了这个目的，需要设置相关复位命令。在电动泵和汽动泵都停运后，运行人员必须全开相应的调节阀，以备下一次启动。调节012VD至017VD依靠手动操作或蒸汽发生器液位闭环控制相应的调节阀012VD至017VD，控制注入各台蒸汽发生器的流量，这些阀门的开度根据蒸汽发生器的液位闭环调节，也可由控制室内的一个控制站或从应急停堆盘上进行调整。每只调节阀装有1个电磁先导阀，用于向阀门定位器提供气源。当TFA系统启动时，通过把电磁先导阀向大气开通，所有调节阀都自动到全开位置。可以通过蒸汽发生器的高液位整定值信号，或者通过运行人员在控制室内或在应急停堆盘上按动相关按钮(A系列或B系列)，使各调节阀由它们的定位器驱动。为了在启动时防止开启失效，建议在操作结束时，将所有调节阀手动定位到全开位置。

4. 气动调节阀DCS控制设计

阀门DCS调节功能分为NC级和1E级。NC级控制由IIC平台通过IPC机柜发布命令，1E级控制由BUP平台通过IPR/IPG机柜发布命令。

NC控制逻辑由网络实现，用于IIC的SET/RESET调节阀全开全关指令以及阀门在蒸汽发生器液位过低或者过高给出阀门自动阀位信号，逻辑如下：

1E级控制逻辑由继电器及硬接线组成，用于IIC网络故障不可用的备用控制，起到重要设备双重冗余的功能。

5. 现场实际调试过程中的良好实践

二层DCS输出（主控手动调节）与定位器输出不匹配问题。气动阀泵体电磁阀气管接错。电磁阀是三通阀，失电1-2通，得电2-3通； TFA012-017VD为气关阀，且要求电磁阀失电放气至全开；因此应该1端接大气，2端接气缸，3端接上游定位器。由于阀门是核电厂重要安全设备，需要在失电失气时将系统置于安全状态，故需要停电停气时阀门全开，所以接口接错直接导致阀门安全状态相反，令系统置于一个更加危险的情况。

6.结论

对于气动调节阀在辅助给水系统中的应用，应充分考虑到特殊的设备安全状态以及DCS控制的复杂逻辑联锁关系，在阀门机械设备本体的驱动机构、执行机构以及阀门中性点等调试好了的情况下，充分理解设计人员的设计初衷，了解设计对安全的构思，才能将设备的调试工作顺利的进行下去，才能保证机组稳定运行以及意外工况下的设备自动联锁应对。

参考文献：

[1] 吴国熙 调节阀使用与维修[M].化学工业出版社,1999.

[2] 刘洋 气动调节阀的建模与控制方法研究[D].杭州电子科技大学,2015年.

[3] 崔海亮 如何正确选用、安装自动控制回路中的气动调节阀[J].硅谷,2009年12期