百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組瞬態(tài)工況除氧器壓力和水位控制

俞海兵　帥海山

【摘 要】為保證核電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，嶺澳一期核電站為了提高運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組的掌控能力，針對(duì)核電站內(nèi)的所有儀表控制原理進(jìn)行了梳理，本文僅針對(duì)除氧器壓力和水位控制的原理展開描述，尤其是機(jī)組出現(xiàn)瞬態(tài)工況時(shí)的控制方式。

【關(guān)鍵詞】瞬態(tài)；除氧器；壓力；水位

0 引言

自福島事故發(fā)生以后，在全球范圍內(nèi)掀起了一股反思浪潮，作為擁有世界一流的百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組的大亞灣核電基地也進(jìn)行了一次深入的自查工作，其中就有一項(xiàng)是針對(duì)運(yùn)行人員的課題，圍繞“一次把事情做好”的核心，每人透徹研究一個(gè)小課題，采取自我升華、深入研討的方式，大范圍提升運(yùn)行人員的技能水平，從而加強(qiáng)對(duì)核電機(jī)組的掌控能力，保證核電機(jī)組的安全運(yùn)行。除了核反應(yīng)堆的反應(yīng)性控制、放射性流出物管理之外，對(duì)于核電站內(nèi)的所有儀表控制原理均重新進(jìn)行了梳理，本文僅針對(duì)除氧器壓力和水位控制的原理展開描述，其中所有涉及的參數(shù)均非原設(shè)計(jì)值，僅供參考。

1 除氧器水位和壓力的控制原理介紹

1.1 瞬態(tài)工況下，除氧器水位控制

正常工況下，除氧器水位處于“水位控制模式”，在汽機(jī)負(fù)荷0～100%FP范圍內(nèi)，除氧器水位整定值保持恒定，實(shí)測(cè)值由MN測(cè)得，兩者的偏差送調(diào)節(jié)器后經(jīng)手/自動(dòng)控制站RCM，將閥門025/026VL開啟到要求的位置，控制原理如圖1所示。

在汽機(jī)功率大于60%出現(xiàn)停機(jī)不停堆的瞬態(tài)時(shí)，控制除氧器水位的目的就是為了限制除氧器壓力的下降速率以便保證給水泵的凈正吸入壓頭，一個(gè)自動(dòng)信號(hào)會(huì)使除氧器水位控制模式發(fā)生改變，由“水位控制模式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲髁靠刂颇Ｊ健?，即“整定流量”投入運(yùn)行，其目的就是為了保證進(jìn)入除氧器的給水量，從而使得除氧器水位不至于下降太多。如圖1中的整定流量所示，在最初的250s內(nèi)，給水流量維持在500kg/s，在隨后的450s內(nèi)，給水流量線性增加到1500kg/s，在700s結(jié)束后，除氧器水位控制恢復(fù)到正常的“水位控制模式”。重點(diǎn)是穩(wěn)定除氧器的水位，以保證除氧器的水裝量，并且保證凝結(jié)水泵的出口壓力大于16bar，防止凝結(jié)水泵因出口壓力低而跳閘導(dǎo)致除氧器失去給水。

1.2 瞬態(tài)工況下，除氧器壓力控制

除氧器是利用道爾頓分壓定律以及亨利定律來(lái)進(jìn)行熱物理除氧的[2]，為確保除氧效果，在除氧器中給水的溫度必須加熱到與除氧器壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度。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，以防止主給水泵汽蝕。下面分幾種工況來(lái)討論除氧器壓力控制，原理見(jiàn)圖2所示。

1.2.1 無(wú)負(fù)荷下的除氧器壓力控制

機(jī)組處于啟動(dòng)初期，新蒸汽不可用，除氧器通過(guò)輔助蒸汽來(lái)維持壓力。壓力實(shí)測(cè)值由005MP測(cè)出，整定值為常數(shù)1.5bar.a，二者的偏差經(jīng)調(diào)節(jié)器控制009VV開度使輔助蒸汽進(jìn)入除氧器，保持除氧器壓力為1.5bar.a，同時(shí)加熱除氧器中的給水到對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度，達(dá)到預(yù)先除氧的目的。

1.2.2 低負(fù)荷下的除氧器壓力控制

在負(fù)荷低于30%FP時(shí)，除氧器壓力實(shí)測(cè)值由003MP測(cè)出，整定值為常數(shù)1.9bar.a，兩者偏差經(jīng)控制器002RG控制新蒸汽閥003VV，使新蒸汽進(jìn)入除氧器，維持除氧器壓力在1.9bar.a。這個(gè)控制器對(duì)新蒸汽閥003VV和007VV起作用。

1.2.3 正常運(yùn)行工況

在正常運(yùn)行時(shí)，除氧器的加熱蒸汽來(lái)自高壓缸排汽，這就決定了除氧器壓力隨負(fù)荷在1.9～9.5bar.a之間變化，是不受控制的，通常叫做“滑壓運(yùn)行”。這時(shí)，除氧器能允許負(fù)荷發(fā)生最大為15%FP的階躍下降而不需利用新蒸汽來(lái)保持除氧器的壓力。

1.2.4 汽機(jī)甩負(fù)荷時(shí)除氧器壓力控制

汽機(jī)在100%～30%FP范圍內(nèi)甩負(fù)荷時(shí)，從汽輪機(jī)高壓缸排汽量會(huì)突然下降。為了維持除氧器內(nèi)的壓力以滿足主給水泵凈正吸入壓頭的要求，需要由003VV和007VV補(bǔ)入新蒸汽來(lái)維持除氧器壓力。具體控制過(guò)程如下：

1）當(dāng)高壓缸排汽壓力由001MP檢測(cè)到下降速率大于15bar/s時(shí)，可確認(rèn)汽機(jī)在甩負(fù)荷，同時(shí)“凍結(jié)”除氧器壓力；

2）延時(shí)60s后，此壓力定值階躍增加5bar形成初始?jí)毫φㄖ怠?/p>

3）該初始?jí)毫φㄖ狄?bar/min的速率下降，而且該壓力整定值與003MP實(shí)測(cè)值的偏差送調(diào)節(jié)器001RG，控制閥門003VV和007VV，讓新蒸汽進(jìn)入除氧器，使得除氧器壓力下降速率能被主給水泵所接受。

4）壓力整定值持續(xù)下降，直到除氧器壓力比高壓缸排汽壓力低0.5bar為止（由差壓開關(guān)007SP檢測(cè)）。差壓開關(guān)發(fā)出“下降切除”信號(hào)，并使壓力整定值減到零，其效果是關(guān)閉003VV和007VV，以后除氧器靠高壓缸排汽保持在較低壓力。

汽機(jī)甩負(fù)荷的信號(hào)在大亞灣為0.25bar/s，而在嶺澳一期卻變?yōu)?5bar/s，這其中有什么說(shuō)法呢？查系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，這個(gè)信號(hào)對(duì)兩個(gè)電站來(lái)說(shuō)都屬于原始設(shè)計(jì)，是ALSTOM公司在設(shè)計(jì)階段的行為。最主要的原因是，在甩負(fù)荷過(guò)程中，嶺澳一期的主給水泵性能較大亞灣要好，主給水泵的凈正吸入壓頭裕量足夠，除氧器不需要使用這個(gè)瞬態(tài)的壓力控制環(huán)節(jié)，但由于仍使用與大亞灣一樣的控制器硬件和控制邏輯方案，為了防止瞬態(tài)工況時(shí)觸發(fā)甩負(fù)荷壓力控制器，就通過(guò)將001MP的定值設(shè)得足夠大（由0.25bar/s設(shè)置為15bar/s），使其不能啟動(dòng)。

2 結(jié)論

1）正常工況下，除氧器水位處于“水位控制模式”；瞬態(tài)工況下，為了保證進(jìn)入除氧器的給水量，除氧器水位處于“流量控制模式”。

2）除氧器壓力控制，不但有無(wú)負(fù)荷、低負(fù)荷、正常工況下的壓力控制方式，還有瞬態(tài)工況汽機(jī)甩負(fù)荷時(shí)的壓力控制方式。尤其是嶺澳一期核電站雖然使用與大亞灣一樣的控制器硬件和控制邏輯方案，但由于主給水泵性能較大亞灣要好，瞬態(tài)工況下主給水泵的凈正吸入壓頭裕量足夠，除氧器不需要使用這個(gè)瞬態(tài)的壓力控制環(huán)節(jié)，因而將汽機(jī)甩負(fù)荷的信號(hào)由0.25bar/s設(shè)置為15bar/s。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司培訓(xùn)中心編著.CPR1000核電廠控制與運(yùn)行[Z].2013（12）.

[2]沈維道，等.工程熱力學(xué)[J].8版.高等教育出版社，2005（12）.

[責(zé)任編輯：田吉捷]