秦山第二核電廠給水除氧器系統(tǒng)運(yùn)行與控制

方亮

【摘 要】給水除氧器系統(tǒng)是我廠二回路熱力循環(huán)中的重要組成部分，同時(shí)也是二回路水質(zhì)控制的關(guān)鍵設(shè)備。該系統(tǒng)的正常運(yùn)行對電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重大意義。本文對秦山第二核電廠給水除氧器的工作原理作了簡要介紹；并闡述了在機(jī)組運(yùn)行期間除氧器水位和壓力的控制。

【關(guān)鍵詞】給水除氧器；水位控制；壓力控制

【Abstract】Feedwater deaerator system is an important part of our factory second loop hermodynamic cycle， and it is also the key equipment of the second loop water quality control . The normal operation of the system is of great significance to the safe and economic operation of the power plant. In this paper， the working principle of Qinshan Second Nuclear Power Plant feedwater deaerator were briefly introduced； and expounds the deaerator water level and pressure control in the operation of the unit.

【Key words】Feedwater deaerator； Control of water level； Pressure control

0 引言

秦山第二核電廠給水除氧器系統(tǒng)是二回路主要熱力循環(huán)中的一個(gè)重要組成部分。該系統(tǒng)接收低壓加熱器系統(tǒng)供給的初步升溫的給水，經(jīng)本系統(tǒng)加熱除氧后，送往主給水系統(tǒng)，再經(jīng)高壓加熱器系統(tǒng)加熱達(dá)到要求溫度后，送往核島蒸汽發(fā)生器。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，本系統(tǒng)所需的加熱蒸汽，由汽輪機(jī) LP1 和LP2 低壓缸第 2 級后抽汽供給。我廠采用的是基于熱力方法分離活性氣體的臥式噴霧淋水盤式熱力除氧器。電廠實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，越是高參數(shù)、大容量機(jī)組， 除氧設(shè)備及除氧效果要求越高。

1 給水除氧器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

我廠的除氧器采用了噴霧除氧段和淋水盤式深度除氧兩段除氧結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。當(dāng)凝結(jié)水進(jìn)入除氧器后，進(jìn)水分兩路均勻地進(jìn)入除氧器上部的兩個(gè)獨(dú)立水室，在兩進(jìn)水室的長度方向各均勻布置了125只16T/h的恒速噴嘴。因凝結(jié)水的壓力高于除氧器的汽側(cè)壓力，水汽兩側(cè)的壓差△P作用在噴嘴上，使凝結(jié)水在噴嘴中噴出，呈現(xiàn)一個(gè)圓錐形水膜進(jìn)入噴霧除氧段空間，在這個(gè)空間中逆向流動的過熱蒸汽與圓錐形水膜充分接觸，迅速把凝結(jié)水加熱到除氧器壓力下的飽和溫度，絕大部分的非冷凝氣體均在噴霧除氧段中被除去。穿過噴霧除氧空間的凝結(jié)水噴灑在淋水盤箱上的布水槽鋼中，布水槽鋼均勻地將水分配給淋水盤箱。淋水盤箱由多層一排排的小槽鋼上下交錯(cuò)布置而成，凝結(jié)水從上層的槽鋼兩側(cè)分別流入下層的槽鋼中一層層地交錯(cuò)流下去，使凝結(jié)水在淋水盤中有足夠停留時(shí)間且與蒸汽接觸使熱交換面積達(dá)到最大值。流經(jīng)淋水盤箱的凝結(jié)水不斷再沸騰，凝結(jié)水中剩余的非冷凝氣體在淋水盤箱中被進(jìn)一步去除，使凝結(jié)水中含氧量達(dá)到要求，故該段稱為深度除氧段。在噴霧除氧段和深度除氧段中被除去的非冷凝氣體均通過除氧器上部設(shè)置的8根排氣管排向凝汽器或大氣。溶解氧含量達(dá)到要求的除氧水也即給水從除氧器出口管流入除氧器水箱（貯存段），以滿足蒸汽發(fā)生器隨時(shí)對給水的需要。

2 除氧器水位控制

除氧器水箱要求保持定水位運(yùn)行，在汽機(jī)負(fù)荷在0～100%Pn范圍內(nèi)，除氧器水位始終維持在約水箱中心線以上550mm。水位控制的目的就是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水流量來維持除氧器水位。

除氧器的水位控制是通過除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥（CEX042/026VL）進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)的，水位控制有單沖量和三沖量兩種方式，除氧器水位調(diào)節(jié)模擬圖見圖3，該系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器，分別是水位調(diào)節(jié)器和流量調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)單沖量和三沖量調(diào)節(jié)。當(dāng)給水流量低于額定流量的40%時(shí)，水位由單沖量調(diào)節(jié)回路控制，當(dāng)給水流量達(dá)到額定流量的40%時(shí)，調(diào)節(jié)回路自動切換到三沖量調(diào)節(jié)，選為40%作為切換點(diǎn)綜合考慮了盡量擴(kuò)大三沖量調(diào)節(jié)的負(fù)荷范圍和克服儀表測量不準(zhǔn)確以及疏水的影響。在單沖量與三沖量方式切換中，各回路的調(diào)節(jié)器功能由MCS 系統(tǒng)中切換邏輯實(shí)現(xiàn)無擾切換。

在單沖量控制方式下，控制系統(tǒng)獲取除氧器液位進(jìn)行校驗(yàn)后取平均值作為水位實(shí)測信號，然后與水位設(shè)定值相比較得出偏差，再送至水位調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分，得到驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動作信號送入CEX042RC去控制調(diào)節(jié)閥CEX026VL與CEX042VL。凝結(jié)水流量較小時(shí)，由小閥CEX042VL來調(diào)節(jié)，當(dāng)凝結(jié)水流量較大時(shí)，由CEX026VL調(diào)節(jié)，此時(shí)CEX042VL保持全開狀態(tài)。CEX042RC的輸出是通過圖4的一個(gè)函數(shù)來確定CEX042VL/CEX026VL兩個(gè)閥門開度。這種大小閥控制的方式在機(jī)組起動和低負(fù)荷階段，可以通過旁路管道的小閥）控制除氧器水位，大閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在機(jī)組帶較大負(fù)荷時(shí)，小閥全開，通過主管道的大閥控制除氧器水位。避免了大閥在小開度下較長時(shí)間運(yùn)行，減小了大閥的磨損和節(jié)流損失，提高了機(jī)組效率，同時(shí)提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免大閥在小的開度下調(diào)節(jié)造成調(diào)節(jié)性能不好，從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定。

當(dāng)給水流量總和超過40%額定流量后，水位控制系統(tǒng)自動切換至三沖量調(diào)節(jié)。隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，在瞬態(tài)工況下，除氧器水位的變化也是極其緩慢的，液位具有很強(qiáng)的滯后性。這時(shí)如果仍然采用單沖量調(diào)節(jié)不能滿足水位控制快速響應(yīng)的要求，同時(shí)由于液位調(diào)節(jié)滯后會導(dǎo)致凝結(jié)水流量的快速增加/減少引起除氧器壓力下降/上升，從而影響到除氧效果。三沖量調(diào)節(jié)器由兩級PI調(diào)節(jié)器串聯(lián)組成。其中一個(gè)是水位調(diào)節(jié)器，對水位偏差信號進(jìn)行調(diào)節(jié)；另一個(gè)是流量調(diào)節(jié)器，對給水流量和凝結(jié)水流量的變化可以做出快速響應(yīng)。引入給水流量和凝結(jié)水流量信號的作用是當(dāng)給水流量與凝結(jié)水流量之一發(fā)生變化時(shí)，流量調(diào)節(jié)器迅速響應(yīng)，作為前饋環(huán)節(jié)調(diào)節(jié) CEX026VL和CEX042VL動作，以使給水流量與凝結(jié)水流量保持平衡，克服單沖量水位調(diào)節(jié)上的響應(yīng)滯后。

3 除氧器壓力控制

除氧器壓力控制可以分為定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行兩種控制除氧器內(nèi)的壓力，一方面是保證除氧器正常工作，另一方面保證主給水泵入口有一定的吸入壓頭，以防主給水泵汽蝕。下面分幾種工況來討論除氧器壓力控制。

3.1 定壓運(yùn)行控制

在汽機(jī)未啟動或一、二號低壓缸二級葉片后抽汽壓力未達(dá)到除氧器供汽壓力要求時(shí)，除氧器通過輔助汽源（SVA）或主蒸汽（VVP）來維持壓力。壓力測量值由ADG006MP與ADG009MP 測出，取平均值后，與整定值 0.147MPa.abs比較，二者的偏差送 PI 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出控制除氧器輔助蒸汽入口調(diào)節(jié)閥 ADG031VV 開度使加熱蒸汽進(jìn)入除氧器，保持除氧器壓力為 0.147MPa.abs，同時(shí)加熱除氧器中給水到對應(yīng)壓力下的飽和溫度，達(dá)到除氧的目的。

3.2 滑壓運(yùn)行控制

隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，來自汽輪機(jī)1/2號低壓缸二級后的抽汽壓力也逐漸升高，當(dāng)除氧器的壓力大于設(shè)定值0.147Mpa.a時(shí)，ADG031VV會經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)自動關(guān)閉。此后，除氧器壓力便進(jìn)入滑壓運(yùn)行模式，依據(jù)機(jī)組負(fù)荷在0.147—0.45MPa之間變化，此時(shí)的除氧器壓力不需要控制。當(dāng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，來自汽輪機(jī)低壓缸的抽汽流量會下降很多，除氧器內(nèi)壓力從較高值下降至低值時(shí)會使除氧器內(nèi)水產(chǎn)生汽化，有可能導(dǎo)致主給水泵前置泵入口產(chǎn)生汽蝕，在除氧氣壓力低于0.147Mpa.a，ADG031VV會自動開啟，利用除氧器的輔助汽源來維持除氧器壓力最低在0.147Mpa.a，以保證除氧效果和保證主給水泵凈正吸入壓頭。

3.3 除氧器滑壓運(yùn)行帶來的問題

汽輪機(jī)負(fù)荷在接近額定工況下運(yùn)行時(shí)進(jìn)入除氧器的水量、水溫符合設(shè)計(jì)工況，除氧氣器的定壓與滑壓工作效果是一樣的，均能保持給水處于沸騰狀態(tài)。但是，當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷在較大范圍內(nèi)變動時(shí)，除氧器滑壓運(yùn)行與定壓運(yùn)行比較將對除氧效果產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，除氧器內(nèi)的工作壓力將隨著抽汽壓力的升高而升高，與此同時(shí)除氧器內(nèi)和給水箱中的水在此瞬間來不及達(dá)到相應(yīng)壓力下的飽和溫度，此時(shí)給水中含氧量增加。這種情況一直要持續(xù)到除氧器內(nèi)水溫達(dá)到新的壓力下的飽和溫度，除氧效果才能恢復(fù)。當(dāng)汽輪機(jī)減負(fù)荷時(shí)，除氧器內(nèi)的工作壓力隨抽汽壓力的下降而降低。由于給水箱的熱容量較大 ，水溫瞬間還來不及下降，部分水必然會發(fā)生汽化，汽化蒸汽上升對凝結(jié)水進(jìn)行加熱除氧 ，除氧水在下降過程中由于壓力的下降自身要發(fā)生汽化 ，相當(dāng)于二次除氧 ，所以在汽輪機(jī)減負(fù)荷時(shí) ，除氧器滑壓運(yùn)行的除氧效果是十分良好的。

汽輪機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，除氧器滑壓運(yùn)行對給水泵入口汽化也會產(chǎn)生影響。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時(shí) ，除氧器內(nèi)工作蒸汽壓力升高，此時(shí)給水溫度低于新壓力下的飽和溫度，大大減小了給水泵入口發(fā)生汽化的可能性。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷突然減小時(shí) ，除氧器的工作蒸汽壓力隨之下降，當(dāng)這個(gè)壓力降低較大時(shí)，會在給水箱、給水泵進(jìn)口等處發(fā)生部分水的汽化 ，嚴(yán)重時(shí)會引起給水泵不能正常工作。

綜上所述 ，當(dāng)除氧器采用滑壓運(yùn)行時(shí)，除氧效果下降主要發(fā)生在機(jī)組負(fù)荷突然增大的情況下，而給水泵進(jìn)口水的汽化，威脅給水泵安全運(yùn)行 ，主要發(fā)生在機(jī)組負(fù)荷突然減少時(shí)。為了利用除氧器滑壓運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 ，采用相應(yīng)措施克服和防止除氧器滑壓運(yùn)行帶來的問題 ，對單元制大型機(jī)組的除氧器采用滑壓運(yùn)行將有廣闊的前景。

3.4 我廠除氧器滑壓運(yùn)行采取的措施

提高除氧器給水箱的布置標(biāo)高，增大給水泵入口靜壓這一措施的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)簡單，缺點(diǎn)是廠房建筑投資增大。我廠除氧器布置在13m平臺，主給水泵布置在-7.2m，為防止給水泵汽蝕提供了較大的靜壓頭。

給水泵前加裝前置泵增大有效汽蝕余量，此時(shí)可降低給水箱布置標(biāo)高 ，減小廠房荷重。我廠的主給水泵也采用了這種方式，主給水泵采用兩級，通過一個(gè)前置泵將給水壓力提升，再由壓力級泵將給水壓力提升至9MPa左右，降低了給水泵發(fā)生汽蝕的可能。

汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)采用備用汽源供給除氧器蒸汽 ，阻止除氧器壓力下降，備用汽源可用新汽經(jīng)減溫減壓或其它可以獲得的蒸汽。我廠采用了定壓和滑壓運(yùn)行相結(jié)合的方式，在低壓缸抽氣壓力大于0.147MPa的情況下，利用低壓缸抽氣進(jìn)行滑壓運(yùn)行，大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，在抽氣壓力低于0.147MPa的情況下，開啟ADG031VV，利用主蒸汽或者輔助蒸汽將除氧器壓力穩(wěn)定在0.147MPa，保證主給水泵有足夠的吸入壓頭，防止除氧器壓力的進(jìn)一步降低。這也是我廠采用兩種運(yùn)行方式相結(jié)合的原因，既提高了經(jīng)濟(jì)性同時(shí)也兼顧了安全性。

4 結(jié)論

熱力除氧器是核電機(jī)組中的重要熱力設(shè)備， 透切理解熱力除氧工作原理， 掌握除氧器水位和壓力控制機(jī)理并維持穩(wěn)定，對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高二回路熱力循環(huán)效率，保證二回路水質(zhì)，延長機(jī)組的壽命具有十分重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]核電廠中級運(yùn)行（中核核電運(yùn)行管理有限公司）[Z].

[4]核電廠高級運(yùn)行（中核核電運(yùn)行管理有限公司）[Z].

[責(zé)任編輯：楊玉潔]