華龍一號發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)差異分析及優(yōu)化建議

黃盼 李秋實(shí) 潘冠旭 嚴(yán)浩東 任旭東 龔貴輝

摘要：HPR1000華龍一號機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)作為核電廠汽輪發(fā)電機(jī)的重要輔助系統(tǒng)之一，其可靠穩(wěn)定運(yùn)行是保證發(fā)電機(jī)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵，由于華龍一號定子冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)上和M310機(jī)組存在較大差異，本文就福清核電發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)華龍一號機(jī)組和M310機(jī)組系統(tǒng)工藝流程、邏輯兩個(gè)方面進(jìn)行對比、分析和總結(jié)，并對系統(tǒng)調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的問題提出進(jìn)一步可優(yōu)化建議，從而充分理解系統(tǒng)差異性，提高后續(xù)系統(tǒng)對后續(xù)華龍一號機(jī)組定子冷卻水系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性都有一定的借鑒和參考意義。

關(guān)鍵詞：華龍一號;定子冷卻水系統(tǒng);差異分析;工藝流程;邏輯;優(yōu)化建議

福清核電5號機(jī)組發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行冷卻，該冷卻是通過低電導(dǎo)率的除鹽水不間斷地在定子線圈中循環(huán)，將線圈中產(chǎn)生的熱量帶走來實(shí)現(xiàn)的。定子冷卻水系統(tǒng)能夠監(jiān)測并控制進(jìn)入定子線圈的水電導(dǎo)率、溫度、壓力和流量等參數(shù)。確保發(fā)電機(jī)在額定氫壓下安全運(yùn)行，避免定子冷卻水泄露進(jìn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

1 系統(tǒng)工藝流程差異

1.1 總流量測量儀表位置差異

總流量儀表位置由發(fā)電機(jī)出水口改為發(fā)電機(jī)入水口，并由3個(gè)SD，1個(gè)MD改為3個(gè)MD。

分析：總流量測量由發(fā)電機(jī)出水口改為入水口，減少了系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電機(jī)和水箱引起的流量損失，使測量數(shù)值更加接近系統(tǒng)運(yùn)行總流量。

1.2 增加流量測量裝置

分析：TGC增加了測流裝置，介紹如下：

通過增加測流裝置，在進(jìn)行流量調(diào)整時(shí)，可以直接在壓差流量計(jì)上進(jìn)行讀數(shù)，省去了使用超聲波流量計(jì)的步驟，福清核電超聲波流量計(jì)安裝使用過程復(fù)雜，其安裝需要將兩塊測量傳感器固定在管道上，并需保持在一條直線上，而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，管道震動(dòng)將影響模塊固定，會(huì)導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)存在波動(dòng)，同時(shí)如使用不規(guī)范也很容易造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差，通過增加管道流量裝置大大優(yōu)化了測流流程和提高了測量的準(zhǔn)確性，減小了調(diào)試的工作量和提高了流量分配試驗(yàn)流量測量準(zhǔn)確性，同時(shí)方便后續(xù)流量巡檢工作，提高了后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

同時(shí)測流儀表關(guān)聯(lián)相應(yīng)的報(bào)警，當(dāng)流量低時(shí)會(huì)觸發(fā)主控報(bào)警，提高了系統(tǒng)的安全性。若不進(jìn)行流量調(diào)整，流量過低將導(dǎo)致相應(yīng)回路水溫上升。

1.3 系統(tǒng)進(jìn)水壓力流量調(diào)節(jié)差異

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)管線交叉復(fù)雜，每條管線都有設(shè)流量要求，M310機(jī)組發(fā)電機(jī)定子進(jìn)水壓力通過流量孔板對發(fā)電機(jī)進(jìn)水進(jìn)行減壓和流量調(diào)整，華龍機(jī)組改為了壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量壓力調(diào)整。

分析：發(fā)電機(jī)定子線圈進(jìn)水壓力流量調(diào)節(jié)由原先的節(jié)流孔板減壓改為安裝在發(fā)電機(jī)定子入水管上的壓力調(diào)節(jié)閥TGC002VD來設(shè)置。TGC002VD為手動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥，可通過改變被調(diào)介質(zhì)（如液體、氣體、蒸汽等）的流量，使被控工藝參數(shù)（溫度、流量、液位等）保持在給定值，通過壓力調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)進(jìn)水壓力流量由原先固定壓降變?yōu)榭烧{(diào)壓降，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)壓力不滿足時(shí)，可通過壓力調(diào)節(jié)閥對系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，而流量孔板只有在系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)才可拆卸進(jìn)行調(diào)整。

2 邏輯差異

2.1 保留保留密封油-氫氣差壓過低跳機(jī)信號

分析：密封油-氫氣差壓過低狀況出現(xiàn)時(shí)，提示發(fā)電機(jī)密封瓦處或密封油系統(tǒng)存在其內(nèi)部自保護(hù)過程無法修復(fù)的缺陷，此時(shí)發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)密封瓦處氫氣密封失效，造成氫氣從發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩端沿密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的間隙大量向外泄漏，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)處于極端不安全運(yùn)行狀態(tài)。因此，當(dāng)密封油-氫氣差壓過低時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)出跳機(jī)信號，提出緊急停機(jī)消缺的需求

2.2 保留定子冷卻水流量過低跳機(jī)信號

分析：定子冷卻水流量過低狀況出現(xiàn)時(shí)，提示發(fā)電機(jī)定子線圈空心線棒冷卻水流量嚴(yán)重不足，此時(shí)由于發(fā)電機(jī)定子線圈的熱損耗不能被冷卻水及時(shí)帶走，可能造成發(fā)電機(jī)定子線圈極度過熱，進(jìn)一步造成其外包絕緣層受損，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重故障。因此，當(dāng)定子冷卻水流量過低時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)出跳機(jī)信號，提出緊急停機(jī)消缺的需求。

3 優(yōu)化建議

3.1 增加一臺(tái)定子冷卻水泵

分析：目前5號機(jī)TGC定子冷卻水系統(tǒng)采用的是2臺(tái)定子冷卻水泵，一用一備，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況，如當(dāng)一臺(tái)定子冷卻水泵在故障檢修時(shí)，主用泵就失去了備用，將違法運(yùn)行技術(shù)規(guī)范，根據(jù)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范需將機(jī)組需降功率運(yùn)行，若此時(shí)運(yùn)行泵發(fā)生故障，將必定引起跳機(jī)，根據(jù)參考秦山方家山核電定子冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行模式，目前福清核電3號機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)在302大修期間通過技改已經(jīng)成功新增了一臺(tái)定子冷卻水泵，3GST101/201/301PO之間可實(shí)現(xiàn)互相連鎖，在后續(xù)大修計(jì)劃將對其余機(jī)組進(jìn)行整改。

通過增加一臺(tái)定子冷卻水泵，當(dāng)一臺(tái)泵在故障或檢修時(shí)，還有一臺(tái)泵可充當(dāng)備用，避免了系統(tǒng)降功率，也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和冗余度。

3.2 增加系統(tǒng)除氣裝置

可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行除氣優(yōu)化：

方法1：消除發(fā)電機(jī)水箱吸氣旋渦

發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱正常水位是處于中間位置，當(dāng)水箱進(jìn)水與排水造成渦流時(shí)就可能會(huì)將水箱內(nèi)部氣體卷入回水管道，從而引起系統(tǒng)流量的變化，根據(jù)華龍一號定子冷卻水箱設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為8m?/h左右，入口管道為DN50的管道，計(jì)算入口流速為：

v=q/s=（8/3600）/（3.14×0.025×0.025）=1.132 m/s

其雷諾數(shù)Re=ρvd/μ=1000×1.132×0.05/0.001003=56430>2500

通過計(jì)算可知，該速度的水流進(jìn)入水箱的水很可能為湍流狀態(tài)^[2]，形成吸氣旋渦，導(dǎo)致系統(tǒng)吸氣量增加，雖沒有直接證據(jù)證明驗(yàn)證，但為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，可以考慮對水箱內(nèi)部進(jìn)行改造，增加消渦板^[3]減小旋渦的形成，同時(shí)在進(jìn)水排氣初期可適當(dāng)調(diào)高水箱液位高度，減小入口管道沖擊引入的含氣量，但不能高于報(bào)警高度水箱液位80%，液位過高會(huì)引起氣體流量計(jì)TGC001QD、真空泵TGC003PO、減壓閥TGC002VZ、壓力控制閥TGC303VY? TGC304VY存在進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 水泵入口增加錐形過濾器

在5號機(jī)TGC系統(tǒng)調(diào)試程序《除定子線圈外的沖洗及初步調(diào)試中》，沖洗過程中系統(tǒng)只安裝了一個(gè)發(fā)電機(jī)旁路過濾器，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上發(fā)電機(jī)出口管道均未設(shè)置正式或臨時(shí)濾網(wǎng)，在管道安裝焊接的過程中可能會(huì)產(chǎn)生大量的可溶紙，在系統(tǒng)首次沖洗試車時(shí)會(huì)使旁路過濾器后的管道中異物直接沖洗進(jìn)定子冷卻水泵，導(dǎo)致泵葉輪卡死，只能對泵進(jìn)行拆卸檢修，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試工期，建議在系統(tǒng)泵入口垂直管道上安裝正式或臨時(shí)的錐形過濾網(wǎng)，錐形過濾網(wǎng)會(huì)使異物攔截在濾網(wǎng)底部，不會(huì)影響系統(tǒng)流量，安裝濾網(wǎng)后會(huì)大大優(yōu)化系統(tǒng)沖洗試車等工作。

4 結(jié)語：

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)對機(jī)組正常運(yùn)行至關(guān)重要，若差異性未充分了解將可能對系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生重大影響，根據(jù)分析可知在華龍一號定子冷卻水系統(tǒng)工藝流上在M310機(jī)組上進(jìn)行了更進(jìn)一步優(yōu)化，但還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間，邏輯方面保留了油氫差壓過低跳機(jī)信號、定子冷卻水流量過低跳機(jī)信號，該兩處跳機(jī)信號的設(shè)置充分考慮了發(fā)電機(jī)組安全、可靠運(yùn)行的需求。

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