除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉瞬態(tài)對(duì)核島熱功率的影響分析

梅曉好， 宋放放， 賴強(qiáng)

（1.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司， 廣東 深圳， 518124； 2.東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000）

1 前言

核電廠給水系統(tǒng)除氧器主要有以下功能：

（1）向給水泵、 啟動(dòng)給水泵提供連續(xù)、 具有一定溫度、 流量的含氧量合格的給水；

（2）為給水泵提供足夠的有效凈吸入壓頭， 保證給水泵不發(fā)生汽蝕， 維持該泵正常運(yùn)行；

（3）為給水系統(tǒng)提供必要的給水儲(chǔ)備容量， 保證在蒸汽發(fā)生器給水需求量和供水能力短時(shí)間不協(xié)調(diào)時(shí)加以調(diào)節(jié)；

（4）接收循環(huán)中的工質(zhì)， 如高壓加熱器的放氣和疏水、 蒸汽發(fā)生器排污后的凝結(jié)水、 除氧器加熱源以及低壓給水器系統(tǒng)送來(lái)的凝結(jié)水等：

根據(jù)汽輪機(jī)不同的運(yùn)行工況， 除氧器采用不同的加熱蒸汽汽源對(duì)其內(nèi)部的水進(jìn)行加熱： 在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)， 利用輔助蒸汽分配系統(tǒng)對(duì)除氧器內(nèi)的水進(jìn)行加熱除氧， 由輔助蒸汽調(diào)節(jié)閥維持除氧器內(nèi)壓力； 在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)， 利用高壓缸抽汽（高壓抽排汽） 加熱除氧， 此時(shí)除氧器內(nèi)壓力取決于高壓缸的排汽壓力； 在汽機(jī)脫扣、 甩負(fù)荷、 低負(fù)荷等瞬態(tài)工況下使用主蒸汽維持除氧器壓力，以防止主給水泵發(fā)生汽蝕。

除氧器抽汽管道上設(shè)置有抽汽隔離閥、 抽汽止回閥。 抽汽管道閥門主要功能包括： 防止汽輪機(jī)進(jìn)水以及事故工況下隔離抽汽防止汽輪機(jī)超速。其可靠性會(huì)影響汽輪機(jī)設(shè)備的安全， 因此在機(jī)組運(yùn)行期間需要進(jìn)行閥門定期試驗(yàn)。

在閥門試驗(yàn)以及正常運(yùn)行期間， 現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)過(guò)抽汽隔離閥關(guān)閉后持續(xù)一段時(shí)間無(wú)法打開(kāi)， 閥門重啟后， 除氧器壓力降低導(dǎo)致抽汽量增加， 引起核島熱功率超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的現(xiàn)象。

基于上述現(xiàn)象， 有必要詳細(xì)分析除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉時(shí)對(duì)機(jī)組功率的影響， 找出最合理的降功率數(shù)值。 在進(jìn)行定期試驗(yàn)或出現(xiàn)關(guān)閉瞬態(tài)時(shí)， 根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行機(jī)組降功率操作， 以保證機(jī)組、 設(shè)備以及系統(tǒng)安全。

2 分析思路及計(jì)算方法介紹

2.1 分析思路

除氧器抽汽回路閥門在關(guān)閉一段時(shí)間后又重新打開(kāi)， 此時(shí)若機(jī)組電功率不變， 除氧器抽汽量迅速增加， 此種情況下核島熱功率也會(huì)迅速增加。為避免出現(xiàn)此處超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的問(wèn)題， 要對(duì)如下3種工況進(jìn)行分析：

（1）閥門關(guān)閉時(shí)， 機(jī)組額定電功率不變對(duì)核島熱功率的影響；

（2）閥門關(guān)閉時(shí)， 核島熱功率不變對(duì)機(jī)組電功率的影響；

（3）閥門關(guān)閉后重新打開(kāi)， 核島熱功率不變對(duì)機(jī)組電功率的影響。

2.2 計(jì)算方法

使用一種工程實(shí)用且精確度高的“核電廠汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)計(jì)算程序” 進(jìn)行系統(tǒng)熱平衡計(jì)算。其主要依據(jù)汽輪機(jī)變工況熱力性能特點(diǎn)， 通過(guò)建立核電站熱力數(shù)據(jù)庫(kù)， 采用汽輪機(jī)特征通流面積、汽輪機(jī)排汽焓值計(jì)算法和疏水平衡法等理論進(jìn)行分析計(jì)算。 建立的熱平衡圖模型如圖1 所示。

圖1 核電汽輪機(jī)熱平衡圖

3 除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉各工況計(jì)算分析

3.1 除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉后重新抽汽量計(jì)算

除氧器抽汽管道閥門意外關(guān)閉后重啟， 假設(shè)機(jī)組功率不變， 除氧器抽汽量增加。

3.1.1 計(jì)算說(shuō)明

將除氧器抽汽管道抽汽口至除氧器之間的閥門、 管道阻力簡(jiǎn)化為一孔板。 根據(jù)機(jī)組TMCR 工況參數(shù)， 按式（1）計(jì)算孔板孔徑。

式中， 相關(guān)參數(shù)說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 孔板孔徑計(jì)算

當(dāng)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉冷卻一段時(shí)間后突然打開(kāi)時(shí)， 計(jì)算可通過(guò)的最大蒸汽流量。

3.1.2 最大抽汽量計(jì)算

根據(jù)機(jī)組TMCR 工況熱平衡圖以及給水除氧器系統(tǒng)流程圖計(jì)算孔板孔徑結(jié)果見(jiàn)表1。

3.1.3 計(jì)算孔板可通過(guò)最大蒸汽流量

假設(shè)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后， 突然打開(kāi)，在機(jī)組功率不變時(shí)， 除氧器抽汽管道可通過(guò)最大蒸汽流量見(jiàn)表2。

表2 抽汽流量計(jì)算

假設(shè)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后突然打開(kāi)，機(jī)組功率不變， 至除氧器的蒸汽流量增加， 除氧器抽汽管道可通過(guò)的最大蒸汽流量為125.85 kg/s。

3.2 熱平衡計(jì)算

針對(duì)不同工況采用熱平衡計(jì)算程序進(jìn)行熱平衡計(jì)算。

（1）工況1： 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉時(shí)， 維持機(jī)組額定電功率不變。

機(jī)組在額定電功率下運(yùn)行， 若除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 機(jī)組功率仍保持1 086.9 MWe運(yùn)行，由于系統(tǒng)缺陷運(yùn)行， 機(jī)組所需蒸汽流量增加， 核島熱功率為2 930 MWt， 超過(guò)額定熱功率。

（2）工況2： 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉時(shí)， 維持核島熱功率不變。

除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 若保持核島額定熱功率約2 904 不變， 由于至除氧器的加熱蒸汽量為零， 進(jìn)入6 號(hào)高加的主給水溫度將降低， 相應(yīng)高壓缸至6 號(hào)高壓給水加熱器的抽汽量增加，同時(shí)由于機(jī)組系統(tǒng)缺陷運(yùn)行， 機(jī)組功率將降低至約1 075 MWe。

（3）工況3： 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后重新打開(kāi)， 維持核島熱功率不變。

除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后穩(wěn)定在某一負(fù)荷運(yùn)行。 若該抽汽閥門重新打開(kāi)， 至除氧器的蒸汽流量增加， 根據(jù)3.1 節(jié)估算該條件下蒸汽流量約為125.85 kg/s。 如果機(jī)組電功率保持不變， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 進(jìn)入高壓缸的蒸汽流量也相應(yīng)增加， 調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大， 核島熱負(fù)荷也隨之增加。 抽汽閥門關(guān)閉后重新打開(kāi)， 若保持核島額定熱功率約2 903 MWt不變， 機(jī)組系統(tǒng)缺陷運(yùn)行，功率將降低至約967.9 MWe。

4 結(jié)論

在除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉及重新打開(kāi)時(shí)，從機(jī)組安全角度分析3 種假定工況下的高壓缸抽汽、 回?zé)嵯到y(tǒng)， 對(duì)比分析詳見(jiàn)表3。

表3 機(jī)組安全熱平衡工況計(jì)算結(jié)果對(duì)比

結(jié)合核電廠機(jī)組額定工況、 工況1、 工況2、工況3 熱平衡圖及表2 可知：

（1）工況1， 機(jī)組電功率仍保持1 086.9 MWe，由于除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 系統(tǒng)有缺陷運(yùn)行，該電功率下運(yùn)行需更多主蒸汽流量， 核島熱功率也增加至2 930 MWt， 核島已超過(guò)額定熱功率。

（2）工況2， 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 為防止核島超額運(yùn)行， 將熱功率降至核島額定熱功率，系統(tǒng)缺陷運(yùn)行， 機(jī)組電功率降低至1 075.78 MWe。雖然工況2 的核島熱功率沒(méi)有超限， 但6～7 號(hào)高壓給水加熱器的熱負(fù)荷分別為額定工況的1.83 倍、1.22 倍， 且6 段抽汽管道的蒸汽流速為37.0 m/s，超過(guò)了NB/T 20193（核電廠常規(guī)島汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范）推薦濕蒸汽管道流速（20～35 m/s）上限。

（3）工況3， 機(jī)組在除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉條件下運(yùn)行， 若該抽汽閥門重新打開(kāi)， 至除氧器的最大蒸汽流量約為125.85 kg/s（該流量為最大極限流量）。 如機(jī)組功率維持額定功率不變， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 進(jìn)入高壓缸的蒸汽流量也相應(yīng)增加， 調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大， 核島熱負(fù)荷也隨之增加。 若保持核島熱功率不變， 機(jī)組功率需降低至967.9 MWe。

因此， 從機(jī)組安全方面考慮， 當(dāng)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 建議將機(jī)組電功率降至967.9 MWe， 可避免除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后重新開(kāi)啟的瞬態(tài)下核島熱功率超過(guò)設(shè)計(jì)值的風(fēng)險(xiǎn)。