凝汽器抽真空系統(tǒng)研究

劉高+李斯亮+駱真榮

摘要：本文介紹了某核電機組凝汽器抽真空系統(tǒng)的組成和功能；根據(jù)機組啟動工況中的若干現(xiàn)象，分析了啟動工況中凝汽器背壓與抽真空系統(tǒng)運行方式的轉(zhuǎn)換需求；同時，結合真空形成原理，對啟動工況中抽真空系統(tǒng)運行方式進行優(yōu)化；最后針對一些異常工況，提供解決問題的思路。

關鍵詞：抽真空；設備布置；啟動工況；冷凝

0 引言

在啟動工況中，凝汽器真空達到額定真空的時間與真空泵抽真空能力和密封水溫度、循環(huán)水流量和溫度、凝汽器體積和冷卻面積等因素相關。凝汽器真空泵組的出力大小是凝汽器真空形成的主要因素，但是，若不能充分利用真空形成機制，將造成極大的人力和物力浪費。

1 系統(tǒng)描述

1.1 系統(tǒng)簡介

凝汽器真空系統(tǒng)的作用是抽出凝汽器中隨蒸汽帶入的不凝結氣體和由大氣漏入的空氣，建立和持凝汽器的真空，提高汽輪機組的經(jīng)濟性。核電站的凝汽器真空系統(tǒng)與常規(guī)火電廠的凝汽器真空系統(tǒng)功能相同，滿足汽輪機在各種運行工況下抽真空的要求，并有效地將凝汽器內(nèi)的不凝結氣體排出[1]。

1.2 系統(tǒng)組成

該核電機組的汽輪機是一臺單軸、三缸四排汽、單背壓凝汽式汽輪機。凝汽器真空系統(tǒng)由三套并聯(lián)的抽氣系統(tǒng)和一個真空破壞系統(tǒng)組成。在每套抽氣系統(tǒng)中，有一臺兩級液環(huán)式電動真空泵、一臺密封水熱交換器、一個氣水分離器、一臺密封水泵及真空測量系統(tǒng)等。

每臺凝汽器有兩個殼體，底部熱井相連，每個殼體包含兩個冷卻鈦管管束，每個鈦管管束汽側有一根抽氣管。相間的管束組成A、B兩列冷卻回路，兩列抽氣管道經(jīng)電動隔離閥后匯合于抽氣母管，從抽氣母管分別送至三臺真空泵入口。自凝汽器汽側抽出的不凝結氣體和少量蒸汽混合物，分別被送往三套抽氣裝置中的一套、兩套或三套，具體套數(shù)根據(jù)運行工況確定。由真空泵排出的不凝結氣體，進入氣水分離器，在分離器中進行氣水分離。水經(jīng)過冷卻后回到真空泵，不凝結氣體由分離器頂部排入大氣或氣體排放系統(tǒng)。

1.3 系統(tǒng)特點

凝汽器抽真空系統(tǒng)動力裝置為水環(huán)式真空泵。該真空泵配備密封水泵，用來提供真空泵運行時所需工作液及軸承密封裝置冷卻。密封水泵將密封水打入冷卻器，然后分兩路進入真空泵：a.直接進入泵體；b.在泵吸入口噴淋入口的空氣。由于冷卻器由海水冷卻，與凝汽器冷卻水源相同，理論上，真空泵極限真空與凝汽器極限真空一樣。

在凝汽器汽側部分，凝汽器抽真空系統(tǒng)抽氣管伸入至鈦管管束中部的空冷區(qū)；正常情況下，鈦管管束下端不與凝結水接觸。由于存在以上布置特點，將導致在凝汽器接收蒸汽之前，凝結水與凝汽器冷卻水之間無法進行有效的熱量交換，當凝結水泵運行時，凝結水溫度將持續(xù)上升。

2 系統(tǒng)運行

2.1 系統(tǒng)運行條件

凝汽器抽真空系統(tǒng)的投運將給汽輪機引入冷源，抽吸效果會導致漏氣部位溫度降低?？紤]到汽輪機軸承漏氣，在凝汽器抽真空過程中會吸入較多臟空氣，軸承齒可能磨損，因此，需將汽輪機盤車及軸封系統(tǒng)投入，保證汽輪機軸系受熱均勻和密封。該機組在設計中，汽輪機軸封系統(tǒng)冷卻器由凝結水系統(tǒng)冷卻，因此，在汽輪機軸封系統(tǒng)投運前，必須啟動凝結水泵。在凝結水系統(tǒng)運行期間，凝結水溫度會不斷上升，通過動態(tài)換水的方式，凝結水泵能夠長期運行，凝結水溫度約高出室溫20℃。

2.2 典型凝汽器抽真空過程

按照HEI標準，在啟動工況下30分鐘內(nèi)將凝汽器的真空提高到33.86kPa.a；在正常運行時用一臺泵保持凝汽器真空在5.1kPa.a。

在啟動工況下，開啟抽氣管線A、B兩列電動隔離閥，連續(xù)啟動三臺真空泵，凝汽器真空在兩個小時內(nèi)迅速降低。在凝汽器真空達到8kPa.a后，停運兩臺真空泵，保留一臺真空泵運行。凝汽器真空根據(jù)當時循環(huán)水溫度，緩慢降低，最后維持在5-7kPa.a運行。

3 異常工況分析

在凝汽器抽真空過程中，當凝汽器壓力達到凝結水飽和蒸汽壓時，凝結水溫度會逐漸降低，最終溫度約比循環(huán)冷卻水溫度高10℃。起初分析認為這是由于真空泵抽吸作用，凝結水不斷汽化，起到降溫的作用。抽出的凝結水蒸汽在真空泵內(nèi)凝結，并隨真空泵工作液流至真空泵分離罐；該部分凝結水補充真空泵密封冷卻水，同時，使分離罐液位保持高位運行（正常液位為180-250mm，實際穩(wěn)定在溢流液位——300mm，保護高液位為330mm）。由于真空泵密封水提供泵軸承冷卻，密封水存在損耗，真空泵分離罐液位的變化說明被汽化的凝結水量較大。

在機組熱態(tài)功能試驗過程中，凝汽器真空系統(tǒng)處于兩臺真空泵、A列循環(huán)冷卻水泵運行狀態(tài)，并保持凝汽器在4.9kPa.a壓力下運行；根據(jù)試驗安排，啟動B列循環(huán)冷卻水泵后，凝汽器真空迅速降低至3.1kPa.a，主控室立即停運一臺真空泵，最終凝汽器壓力穩(wěn)定在5.3kPa.a。

在機組正常啟動期間，A列循環(huán)冷卻水泵運行，凝汽器抽真空后，將抽氣管線電動隔離閥置于自動控制。按照自動邏輯，B列抽氣管線電動隔離閥關閉。在隨后的一個小時，凝結水溫度由41℃降至38℃，凝汽器真空由7kPa.a降至5.5kPa.a；同時，分離罐水位降低，并開始進行間斷補水，說明真空泵抽出的蒸汽變少。結合凝汽器抽真空系統(tǒng)設備布置來看，B列抽氣管線電動隔離閥關閉后，蒸汽在流向A列抽氣管線電動隔離閥時，在A列循環(huán)冷卻水的鈦管區(qū)域被冷卻。蒸汽被冷卻的量加大，冷卻效果變好。

凝汽器抽真空的原理是利用真空泵抽出凝汽器內(nèi)的不凝氣體，使凝結水在飽和蒸汽壓下，保持良好的真空度。當凝汽器壓力下降到一定范圍內(nèi)后，由于凝結水汽化，水蒸氣占用真空泵抽氣能力，導致真空無法下降。當汽化后的水蒸汽大量凝結后，真空泵入口吸入氣體中空氣份額增加，使真空不斷降低，直至達到真空泵極限能力；同時，凝結后的水蒸氣區(qū)域，能夠形成與冷卻水鈦管溫度相當?shù)恼婵眨⒛茉谔峁├鋮s水時，長期保持。

4 結語

結合以上實例，可以得出結論——由于凝結水并未與循環(huán)冷卻水鈦管接觸，冷卻只能通過蒸汽與鈦管的接觸；凝結水汽化后，冷卻回流，熱量被冷卻水帶走。因此，對于凝汽器抽真空提出幾點建議：1.凝汽器降壓初期，應保證抽氣管道通暢，開啟所有抽氣管線隔離閥，使不凝氣體能夠及時排除；2.凝汽器壓力接近額定壓力時，應控制凝結水蒸汽走向，使其經(jīng)過冷卻區(qū)域，冷凝回流，降低凝結水溫度；3.盡可能多的投入循環(huán)冷卻水，以增加冷卻面積。

參考文獻：

[1]陳濟東.大亞灣核電站系統(tǒng)及運行[M].北京原子能出版社，1998.

作者簡介：

劉高（1989—），男，湖北，助理工程師，大學本科，水利水電工程，主要從事核電廠常規(guī)島及BOP系統(tǒng)調(diào)試工作。

李斯亮（1990—），男，重慶，助理工程師，大學本科，核工程與核技術，主要從事核電廠常規(guī)島及BOP系統(tǒng)調(diào)試工作。

駱真榮（1989—），男，廣西，助理工程師，大學本科，熱能與動力工程，主要從事核電廠生產(chǎn)準備及運行工作。