秦山三廠冷凍機常見故障及原因

程同政

【摘 要】秦山三期核電廠在調試和運行過程中，冷凍機的跳機比較頻繁，給調試和運行工作都帶來不小的挑戰(zhàn)。隨著系統(tǒng)的改進和經驗的積累，已基本消除了冷凍機跳機的故障，為核電廠安全穩(wěn)定運行帶來保障。

【關鍵詞】冷凍機;跳機

中圖分類號： TM623.4 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）06-0101-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.037

【Abstract】During the commissioning and operation of Qinshan Phase III Nuclear Power Plant，the water chiller trips frequently，which brings great challenges to the commissioning and operation.With the improvement of the system and the accumulation of experience，the failure of the water chiller jumping has been basically eliminated，which guarantees the safe and stable operation of the nuclear power plant.

【Key words】Water chiller;Trip

在調試和運行過程中，秦山三期核電廠冷凍機的跳機比較頻繁，既有設備的故障，也有規(guī)程不合理，包括很多是對設備的認識不足而導致的。關于這些方面的原因很多，以下從之前的運行經驗和關于冷凍機的相關資料中選取的幾個方面來分析，也是冷凍機的安全穩(wěn)定運行應該注意的幾點問題。

1 冷凍機控制手柄經過“OFF”位置引發(fā)停機

在汽機廠房通風盤臺73200-PL4010上的冷凍機操作手柄（67192-HS4011/HS4012/HS4013）有ON/OFF（RESET）/STANDBY三個位置。OFF位置在ON和STANDBY位置之間，即如果冷凍機在STANDBY位置自動啟動后要放到ON位置連續(xù)運行，先要經過OFF位置，這樣就會造成該冷凍機短時停運后再次啟動（如果啟動時間沒有30分鐘，則必須等30分鐘后才可以再次啟動）。為了讓運行人員在切換開關的過程中達到無擾動，不影響已自動啟動的備用冷凍機的運行。2003年已通過變更98-QY-71920-DMR-00085將通風盤臺73200-PL4010的冷凍機操作手柄打到“OFF”位置需要有兩秒的延時才觸發(fā)停機信號。

這樣在停運冷凍機過程中，將冷凍機操作手柄不管是從ON位置還是STANDBY位置置于OFF，都將需要有兩秒的延時才觸發(fā)停機信號。變更后雖然可以解決經過OFF位置停機的問題，冷凍機在STANDBY位置自動啟動后，要放到ON位置連續(xù)運行，在經過OFF位置時還是有可能造成冷凍機停運，導致機組失去冷凍水。這就要求運行人員在將STANDBY位置自動啟動的冷凍機放到ON位置的時候，通過OFF位置時不應停留。在停運冷凍機過程中，將冷凍機操作手柄從ON或STANDBY位置置于OFF，需要有兩秒的延時才觸發(fā)停機信號，此邏輯在冷凍機故障需要緊急手動停機時延誤了故障切除。所以發(fā)生需要緊急手動停機故障（如劇烈喘振）時，如果操縱員離冷凍機本體很近的話，應直接按下冷凍機就地控制屏上的停機三位開關停機，以減少走到73200-PL4010的時間和在73200-PL4010上手動停機帶來的2秒的延時。

2 冷凍機的TRIP信號引發(fā)停機

當運行冷凍機出現(xiàn)跳閘（TRIP）信號后，會產生一個備用冷凍機的啟動信號，因此備用冷凍機啟動;當運行冷凍機TRIP信號消失或者其操作手柄被置于OFF 位置時，備用冷凍機的啟動信號會消失，處于備用狀態(tài)下已經運行的冷凍機會停運。即備用冷凍機自動啟動后，如果先將跳閘冷凍機的操作手柄由ON打到OFF，將導致備用冷凍機失去啟動信號而自動停機，在運行人員進行故障處理的時候，往往會先停跳機的冷凍機，再把備用的放到ON位置，導致一下子兩臺冷凍機都失去，又因為冷凍機啟動有30分鐘的防止再次啟動，即必須等30分鐘以后才能重新啟動該冷凍機。此時唯一的辦法就是手動啟動手動備用的冷凍機。因此，在冷凍機跳閘時的正確響應是先將備用冷凍機的操作手柄由STANDBY由OFF打到ON，然后再將TRIP 冷凍機的操作手柄打到OFF。

3 冷凍機的調節(jié)遲緩可能引發(fā)停機

冷凍機的負荷調節(jié)并不同于泵，其導葉的變化僅僅是一個起點，隨著導葉的開度減小通過壓縮機壓縮氣量的減少，冷凝器的壓力降低，冷凝器的制冷劑量減少，冷凝器液位下降，為了控制冷凝器液位，電動調節(jié)孔板關閉，導致由冷凝器到蒸發(fā)器的制冷劑數(shù)量減少，蒸發(fā)器液位下降，與冷凍水因氣化熱交換數(shù)量的制冷劑數(shù)量減少，從而達到控制冷凍水溫度的目的。此過程并不是檢測到水溫后馬上能夠達到調節(jié)水溫的目的。因此相應較慢，而且每次采樣冷凍水溫后，需要全面調節(jié)結束后，才進行下一次采樣。在以前的冷凍機運行過程中也多次由于調節(jié)的遲緩引發(fā)剛啟動的冷凍機停機。由于冷凍機啟動時間較長，啟動后不是立即開始加載，且電廠機組處于運行狀態(tài)，水溫能較快上升，有可能會馬上引起下一次低溫跳機。這樣，冷凍機本可以穩(wěn)定運行的變成間歇性的運行，而且溫度波動比較大。另外，在冷凍機切換的過程中，如果在冷凍水溫度波動最低點打開手動備用的冷凍機的出口電動閥，這是由于電動閥的對冷凍水的分流，流經運行的冷凍機的冷凍水降為一半，而冷凍機的負荷來不及變化，必然造成運行冷凍機出口水溫的繼續(xù)降低，也有可能引發(fā)停機。這也從另外一個側面說明冷凍機的出口水溫跳機值設置偏高，裕量不大。后來經過技術部門的變更，將冷凍水出口低溫的跳機值有5℃改為4.2℃，提高了冷凍水出口低溫停機的裕量。

4 冷凍機的喘振

喘振是在冷凍機運行的過程中，當冷凍機負荷小，而且用戶的運行也不是很穩(wěn)定時發(fā)生的冷凍機的運行聲音突然增大，振動突然增大的情況。在制冷量大幅度減少時最容易發(fā)生。因為制冷量太小，冷凝器和蒸發(fā)器壓差過小，氣流不能均勻地流入葉輪各個流道，因而葉輪不能正常排氣甚至制冷劑的反向流動，制冷劑從冷凝器經過壓縮機流入蒸發(fā)器。當制冷劑回流入蒸發(fā)器時，冷凝器的壓力降低，蒸發(fā)器的壓力升高。這樣壓頭減小壓縮機開始將制冷劑壓向正確的方向。但壓縮機再次開始壓送制冷劑時，冷凝器壓力上升，同時蒸發(fā)器壓力下降，機組又會發(fā)生喘振。喘振一般發(fā)生在機組負荷較低的情況下，一般單一的方法無法很好的控制喘振，三期冷凍機在調試和運行過程中也會較輕的喘振，一般不會影響機組的運行，但如果發(fā)生嚴重的喘振情況，應立即停運機組，防止機組振動劇烈而損壞。

5 冷凍水斷流可能引起冷凍機損壞

在冷凍機跳機信號中有一個重要的信號即“冷凍水流量開關斷開”，其目的是當發(fā)生冷凍水斷流事故時，防止冷凍水在冷凍機蒸發(fā)器傳熱管中結冰而發(fā)生爆管事故。但在BECHTEL的工藝回路設計沒有這個流量開關，而在YORK機組中，冷凍水的流動是啟動冷凍機的必要條件，否則將無法啟動冷凍機。通過查詢邏輯圖發(fā)現(xiàn)，實際的做法是將冷凍機出口電動閥位置開關全開觸點以及兩臺循環(huán)泵任何一臺的來自MCC開關的閉合信號作為冷凍機啟動的前提條件，從循環(huán)泵的運行加上冷凍機出口電動閥的全開來間接反映冷凍水的流動。在實際運行中，出口電動閥關閉和循環(huán)泵停止運行并不能完全反映冷凍水的斷流， 比如冷凍水入口手動閥誤關，冷凍水管道有破口等。這給冷凍機安全運行和停機帶來了較大的風險，比如在冷凍機滿負荷情況下，突然失去冷凍水流量，這樣沒有直接信號觸發(fā)冷凍機跳機，而從探測冷凍水出口溫度低到跳機有一定的延時時間，導葉的調整也比較緩慢，加上墮轉以及蒸發(fā)器內制冷劑繼續(xù)蒸發(fā)，實際停機后的水溫肯定會低于4.2℃。所以在實際運行中應該盡量避免這種情況的發(fā)生。

對于大型冷凍機來說，現(xiàn)在的技術還不能做到像家用空調冰箱那樣的簡單化運行，特別是系統(tǒng)化的冷凍水組合機組來說，運行和維修方面的技術和經驗也非常重要，隨著系統(tǒng)的改進和經驗的積累，冷凍水系統(tǒng)的運行也越來越穩(wěn)定，基本消除了跳機和被迫停機的情況，為核電機組的穩(wěn)定運行提供了保障。

【參考文獻】

[1]Chilled Water Supply System Flow Sheet，9801/9802-71920-1-1-OF-A1.

[2]Design Manual 98-71900-DM-400，Turbine Building Chilled Water System.

[3]Design Manual 98-71910-DM-001，Reactor Building Chilled Water System.

[4]Design Manual 98-71900-DM-701，Service Building Chilled Water System.

[5]Control Logic Diagram-Chilled Water，98-67192-4000-01-LM-B.