AP1000 工程凝結(jié)水系統(tǒng)簡(jiǎn)述

任占泉，鄧 琳，耿 韜

(國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095)

0 引言

在AP1000工程中，凝結(jié)水系統(tǒng)(英文縮寫CDS)要實(shí)現(xiàn)將凝汽器中的冷凝水輸送至除氧器作為給水的來源，對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱，維持整個(gè)電廠二回路水存貯量，維持凝結(jié)水質(zhì)量等功能。本文介紹凝結(jié)水系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)及設(shè)備配置，分析凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并對(duì)系統(tǒng)的對(duì)外接口進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

1 系統(tǒng)功能

蒸汽凝結(jié)和收集。凝結(jié)水系統(tǒng)(CDS)的凝汽器對(duì)來自汽輪機(jī)低壓缸和汽輪機(jī)旁路的蒸汽進(jìn)行凝結(jié)，并在凝汽器熱阱中收集凝結(jié)水。CDS還收集來自二回路的泄放、排氣和疏水的凝結(jié)水。

凝結(jié)水的存貯。CDS維持二回路凝結(jié)水和給水的存貯量，并適應(yīng)在設(shè)備瞬態(tài)過程中由于損失造成的存水量變化。

凝結(jié)水的品質(zhì)。CDS具有凝結(jié)水凈化能力，通過除氧、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)(CPS)和常規(guī)島化學(xué)藥劑供給系統(tǒng)(CFS)的接口來維持凝結(jié)水品質(zhì)。

凝結(jié)水的供給。CDS為主給水和啟動(dòng)給水系統(tǒng)(FWS)提供高質(zhì)量的凝結(jié)水，并滿足其流量要求。

給水加熱。CDS通過低壓加熱器將凝結(jié)水加熱，CDS還對(duì)汽封加熱器和蒸汽發(fā)生器排污換熱器進(jìn)行冷卻。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)述

2.1 蒸汽凝結(jié)和收集

凝汽器起到換熱器的作用，用來凝結(jié)汽輪機(jī)排放的蒸汽、汽輪機(jī)旁路蒸汽、低壓抽汽和飽和液態(tài)疏水閃蒸產(chǎn)生的蒸汽。凝結(jié)水通過凝汽器進(jìn)行收集。

CDS的加熱器也應(yīng)起到冷凝抽汽和收集疏水的作用。

2.2 凝結(jié)水存貯

CDS與除鹽水傳送存貯系統(tǒng)(DWS)的凝結(jié)水儲(chǔ)水箱(CST)相互連接，以維持所要求的電廠二回路流量。CDS要適應(yīng)由于凝結(jié)水、給水和加熱器疏水的溫度變化造成的流體水量的膨脹和收縮，同時(shí)補(bǔ)償由于排污等原因引起的二回路水損失。凝結(jié)水的補(bǔ)給和排放通過補(bǔ)水閥和溢流閥的組合來實(shí)現(xiàn)。本工程設(shè)有正常補(bǔ)水閥、危急補(bǔ)水閥、正常溢流閥和危急溢流閥。凝汽器熱阱的水位變送器，為熱阱補(bǔ)水和溢流閥提供高可靠性的控制信號(hào)。

2.3 凝結(jié)水的品質(zhì)

凝結(jié)水系統(tǒng)在凝汽器和除氧器中對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除氧。

在凝結(jié)水泵出口管的下游設(shè)置凝結(jié)水精處理裝置，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)(CPS)的前置陽床加混床精處理單元對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行處理。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的容量為100%，在機(jī)組啟動(dòng)、凝氣器管束發(fā)生泄漏或者二回路水質(zhì)惡化時(shí)，可以進(jìn)行全流量處理。

在CDS系統(tǒng)管道的若干位置上有凝結(jié)水取樣點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)凝結(jié)水的質(zhì)量并診斷故障。 這些位置包括凝汽器、凝結(jié)水泵的出口、除氧器入口、凝結(jié)水精處理單元出口的主凝結(jié)水管道以及除氧器出口的給水管道。

凝結(jié)水系統(tǒng)中設(shè)置了凝汽器的熱阱再循環(huán)管路，在對(duì)蒸汽發(fā)生器供水以前，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清潔和調(diào)節(jié)水質(zhì)。

另外凝結(jié)水的品質(zhì)一部分是通過防止發(fā)生空氣或循環(huán)水的內(nèi)部泄露來維持的。

2.4 凝結(jié)水的供應(yīng)

凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)3臺(tái)50%容量的凝結(jié)水泵。在正常負(fù)荷運(yùn)行下，兩臺(tái)泵工作，第三臺(tái)泵處于備用或檢修狀態(tài)。通過低壓加熱器前的兩個(gè)并聯(lián)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)去除氧器的主凝結(jié)水流量。在啟動(dòng)和低負(fù)荷工作過程中，低負(fù)荷閥用于調(diào)節(jié)控制流量，而較大的主調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉。 在正常的滿負(fù)荷工作時(shí)，兩個(gè)調(diào)閥同時(shí)開啟，約80%的流量流過主調(diào)閥。

2.5 凝結(jié)水加熱

CDS中的給水加熱是通過五級(jí)加熱器完成的。前四級(jí)加熱使用管殼式換熱器，其中凝結(jié)水流經(jīng)管側(cè)。 第五級(jí)使用直接接觸式的除氧器，除氧器位于凝結(jié)水系統(tǒng)中的高點(diǎn)，除氧器中的凝結(jié)水是由汽輪機(jī)高壓缸的排汽、高壓加熱器的閃蒸疏水和MSR殼側(cè)疏水加熱的。

3 主要設(shè)備配置

CDS設(shè)備主要包括1臺(tái)三殼體的凝汽器、3臺(tái)50%容量的凝結(jié)水泵、四級(jí)低壓加熱器、1臺(tái)除氧器、調(diào)節(jié)閥和相關(guān)的系統(tǒng)儀表。CDS管道和管件全部位于常規(guī)島汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)。1、2號(hào)低加為三列式，每列與1個(gè)凝汽器殼體相連。3、4號(hào)低加采用兩列式配置。

3.1 凝汽器

凝汽器為單流程、表面式熱交換器。 汽輪機(jī)低壓缸的排汽、旁路排放蒸汽和其它汽水流體，進(jìn)入凝汽器冷卻和除氧。 工程為濱海工程，熱量由循環(huán)水帶入海中，不凝結(jié)氣體由凝汽器抽真空系統(tǒng)抽出。冷卻管為鈦管。

凝汽器有3組，每組由頸部、殼體、熱阱和水室組成。允許凝汽器單組解列運(yùn)行。1、2號(hào)低壓加熱器裝置在凝汽器頸部。

凝汽器設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 凝汽器設(shè)備參數(shù)

3.2 除氧器

除氧器采用一體式除氧器，一體式除氧器集除氧和儲(chǔ)水為一體，采用熱力除氧。正常運(yùn)行時(shí)除氧能力滿足電站給水含氧量要求。

除氧器的加熱蒸汽有兩路：一路為正常運(yùn)行供汽管，接自汽輪機(jī)高壓缸排汽；一路為輔助蒸汽，供汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱和除氧。除氧器設(shè)有超壓保護(hù)措施。

除氧器設(shè)備數(shù)據(jù)如表2所示。

3.3 低壓加熱器

工程設(shè)四級(jí)低壓加熱器，由汽輪機(jī)低壓缸抽汽加熱。

低壓加熱器為臥式U形管型式、雙流程表面式加熱器，除3號(hào)低壓加熱器外，每臺(tái)加熱器內(nèi)均設(shè)有蒸汽凝結(jié)段和疏水冷卻段兩個(gè)傳熱區(qū)段，3號(hào)低壓加熱器僅設(shè)蒸汽凝結(jié)段。

表2 除氧器設(shè)備數(shù)據(jù)

1號(hào)和2號(hào)低壓加熱器為組合式加熱器，分別為3臺(tái)，布置在凝汽器的頸部，由汽輪發(fā)電機(jī)組供貨商提供。正常情況下每臺(tái)加熱器通過33.3%凝結(jié)水量，一列1號(hào)、2號(hào)加熱器切除后，其余兩列加熱器每臺(tái)均可通過50%最大凝結(jié)水量。

3號(hào)和4號(hào)低壓加熱器均為雙列布置，每列可單獨(dú)運(yùn)行。正常情況下每臺(tái)加熱器通過50%凝結(jié)水量，單列運(yùn)行時(shí)，低壓加熱器允許通過75%最大凝結(jié)水量。每臺(tái)3號(hào)和4號(hào)低壓加熱器均設(shè)有汽側(cè)安全閥；每列3號(hào)和4號(hào)低壓加熱器共用一個(gè)水側(cè)安全閥。

1、2號(hào)低加設(shè)備數(shù)據(jù)如表3所示。3、4號(hào)低加設(shè)備數(shù)據(jù)如表4所示。

3.4 凝結(jié)水泵

凝結(jié)水泵是筒袋型立式多級(jí)離心泵，泵設(shè)計(jì)為整體抽芯式，泵組在拆卸電機(jī)并斷開排水管線處的管道后，就可以將泵組件從筒袋中整體拆卸出來，使泵的拆卸及檢修非常方便。

表3 1、2號(hào)低加設(shè)備數(shù)據(jù)

表4 3、4號(hào)低加設(shè)備數(shù)據(jù)

凝結(jié)水泵設(shè)備數(shù)據(jù)如表5所示。

4 系統(tǒng)運(yùn)行

CDS通常與冷態(tài)停機(jī)工況下的電廠同時(shí)啟動(dòng)。在FWS給水泵向SG(蒸汽發(fā)生器)供水前，進(jìn)行凝結(jié)水系統(tǒng)和給水系統(tǒng)的清洗和加熱。運(yùn)行CDS系統(tǒng)，還可以支持汽輪機(jī)旁路閥進(jìn)行蒸汽排放，二回路蒸汽管道暖管和汽輪機(jī)暖機(jī)。

表5 凝結(jié)水泵設(shè)備數(shù)據(jù)

在電廠停機(jī)過程中，汽輪機(jī)跳閘后，運(yùn)行凝汽器對(duì)汽輪機(jī)旁路蒸汽進(jìn)行凝結(jié)。通常繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)凝結(jié)水泵以滿足給水系統(tǒng)的需要。當(dāng)不再需要給水、汽輪機(jī)旁路和蒸汽發(fā)生器排污時(shí)，可以關(guān)閉CDS。當(dāng)凝汽器真空中止，GSS關(guān)閉后，可以停止凝結(jié)水泵的運(yùn)行。

在正常啟動(dòng)凝結(jié)水系統(tǒng)的過程中，首先進(jìn)行凝結(jié)水泵的啟動(dòng)。進(jìn)行系統(tǒng)的注水后，可利用熱阱再循環(huán)管路來運(yùn)行系統(tǒng)，以維持運(yùn)行凝結(jié)水泵和汽封加熱器的最低流量。在啟動(dòng)凝結(jié)水泵后，通過低壓加熱器，或通過相關(guān)的加熱器旁路管道提供到除氧器的流量，對(duì)除氧器進(jìn)行加注。然后在凝汽器建立真空的條件下，通過凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，并通過輔汽加熱除氧器，同時(shí)將凝結(jié)水系統(tǒng)和給水系統(tǒng)置于循環(huán)模式下。

升功率過程中，在低負(fù)荷條件下，通常是1臺(tái)凝結(jié)水泵處于工作狀態(tài)，凝結(jié)水系統(tǒng)處于再循環(huán)模式。電廠負(fù)荷升高時(shí)，給水的流量要求會(huì)相應(yīng)地升高，CDS會(huì)自動(dòng)地跟隨和提供除氧器增加的凝結(jié)水量。 隨著除氧器的流量增加，熱阱再循環(huán)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。汽輪機(jī)高壓缸排汽壓力會(huì)超過除氧器蒸汽壓力設(shè)置點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)開始向除氧器提供加熱蒸汽。第二臺(tái)凝結(jié)水泵通常在電廠負(fù)荷上升到一定程度時(shí)啟動(dòng)。

表6 與CDS存在接口的系統(tǒng)

降功率在很大程度上是功率上升的相反過程。應(yīng)在電廠負(fù)荷降低到一定程度時(shí)停止兩臺(tái)工作凝結(jié)水泵中的1臺(tái)。當(dāng)流向除氧器的凝結(jié)水流量下降到一定程度時(shí)，熱阱循環(huán)調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)打開。電廠低負(fù)荷時(shí)，除氧器加熱汽源自動(dòng)切換至輔助蒸汽，以維持除氧器的壓力。

在運(yùn)行過程中，凝結(jié)水系統(tǒng)還要對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)的換熱器進(jìn)行冷卻［1］。

5 系統(tǒng)接口

CDS系統(tǒng)與常規(guī)島和核島多個(gè)系統(tǒng)均有接口，主要接口系統(tǒng)有：化學(xué)精處理系統(tǒng)CPS、化學(xué)加藥系統(tǒng)CFS、二回路抽樣系統(tǒng)SSS、除鹽水儲(chǔ)存和分配系統(tǒng)DWS、蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)BDS和汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)GSS等；另外，凝結(jié)水系統(tǒng)還向加熱器疏水系統(tǒng)HDS、汽機(jī)房冷卻水系統(tǒng)TCS和循環(huán)水系統(tǒng)CWS提供水箱補(bǔ)水，并給低壓缸噴水和凝汽器水幕保護(hù)噴水提供水源。

與CDS存在接口的系統(tǒng)分為支持性系統(tǒng)(為CDS運(yùn)行提供支持的系統(tǒng))和附屬性系統(tǒng)(其運(yùn)行依賴于CDS的系統(tǒng))兩部分，如表6所示。

6 結(jié)語

凝結(jié)水系統(tǒng)作為AP1000核電廠二回路系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，在主要熱力系統(tǒng)中是最為基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)，不但向給水系統(tǒng)輸送合格水質(zhì)的給水，而且完成了對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱，維持整個(gè)電廠二回路水存貯量等過程。凝結(jié)水系統(tǒng)的合理配置，對(duì)整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性都有重要意義。