淺析某核電廠(chǎng)汽輪機(jī)進(jìn)水的原因及應(yīng)對(duì)措施

房 雷

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

某核電廠(chǎng)2 臺(tái)HN642-6.41 型汽輪機(jī)， 是哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)與美國(guó)西屋公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的。 汽輪機(jī)是靠高溫高壓的蒸汽推動(dòng)做功的，如果高溫的汽輪機(jī)進(jìn)入冷汽冷水，將導(dǎo)致巨大的熱應(yīng)力，造成嚴(yán)重后果。 特別是我廠(chǎng)屬壓水堆，二回路蒸汽品質(zhì)較低，極易發(fā)生汽輪機(jī)水沖擊。

當(dāng)前由于風(fēng)電/光伏發(fā)電裝機(jī)量上漲以及電網(wǎng)改革等原因，電網(wǎng)頻繁要求核電廠(chǎng)進(jìn)行啟停調(diào)峰，給一回路、三廢系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，汽輪機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的頻繁改變， 造成汽輪機(jī)進(jìn)水事故的概率大大增加，再加上我廠(chǎng)汽輪機(jī)葉片存在某些共模缺陷，耐水蝕性差，易斷裂。 這就要求我們電廠(chǎng)運(yùn)行人員加強(qiáng)參數(shù)監(jiān)測(cè)，防止發(fā)生汽輪機(jī)進(jìn)冷汽冷水，如果確認(rèn)汽輪機(jī)進(jìn)水后，必須迅速采取應(yīng)急措施，將事故后果控制在可控狀態(tài)。

1 汽輪機(jī)進(jìn)冷汽、冷水事故的危害

汽輪機(jī)進(jìn)水后的危害主要有以下幾點(diǎn)：

（1）動(dòng)靜部分摩擦；

（2）葉片的損傷及斷裂；

（3）推力瓦燒毀；

（4）閥門(mén)或汽缸接合面漏氣；

（5）金屬裂紋。

2 汽機(jī)進(jìn)水的原因分析

對(duì)于汽輪機(jī)任何與汽缸的接口都有可能造成汽輪機(jī)進(jìn)水，從而引發(fā)重要設(shè)備損壞。 結(jié)合本廠(chǎng)的情況，汽機(jī)進(jìn)冷汽冷水的來(lái)源主要有下面幾個(gè)方面：

（1）來(lái)自蒸汽發(fā)生器和主蒸汽VVP 系統(tǒng)：如果因?yàn)樵O(shè)備故障或誤操作， 導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器水位過(guò)高，水順著主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)。 主蒸汽母管疏水不暢，或者蒸汽發(fā)生器內(nèi)汽水分離部分工作不正常，導(dǎo)致水（或濕蒸汽）進(jìn)入汽機(jī)。

（2）來(lái)自二回路抽汽再熱系統(tǒng)：如果再熱加熱器U 形管泄露或疏水系統(tǒng)故障，導(dǎo)致加熱器滿(mǎn)水，水就可能從抽汽管道倒流至汽輪機(jī)。 包括低加ABP 系統(tǒng)，高加AHP 系統(tǒng)，汽水分離中間再熱GSS 系統(tǒng)。

（3）來(lái)自軸封CET 系統(tǒng)：投運(yùn)汽輪機(jī)軸封操作時(shí)，如果暖管疏水不充分，冷水就有可能被帶到汽機(jī)軸封內(nèi)。軸封兩路汽源中VVP 和SVA 的蒸汽參數(shù)有差距，主汽故障失去自動(dòng)切到輔汽時(shí)有可能會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力過(guò)大。

（4）來(lái)自CEX 凝汽器：凝汽器滿(mǎn)水，倒灌入汽輪機(jī)。

（5）來(lái)自ADG 除氧器，除氧器水位控制失靈，滿(mǎn)水導(dǎo)致汽機(jī)進(jìn)水。

（6）來(lái)自汽輪機(jī)本身：汽輪機(jī)本身會(huì)產(chǎn)生大量冷凝水，如果疏水不暢，可能會(huì)向汽缸返水。 一個(gè)聯(lián)箱內(nèi)不同壓力的疏水管道有可能導(dǎo)致串水。

（7）由于甩負(fù)荷或汽輪機(jī)跳閘時(shí)抽氣逆止閥漏氣或者失靈引起給水加熱器水和蒸汽的閃蒸。 由于閃蒸產(chǎn)生的蒸汽溫度比氣機(jī)金屬溫度要低，這些低溫的蒸汽通過(guò)工作不正常的抽氣逆止閥進(jìn)入汽機(jī)，使汽輪機(jī)上下缸溫差增加[1]。

（8）減溫水和噴淋水倒灌入汽輪機(jī)。

3 預(yù)防汽機(jī)進(jìn)水事故的設(shè)計(jì)和預(yù)防措施

（1）合適的循環(huán)倍率設(shè)計(jì)。 如果實(shí)際循環(huán)倍率超過(guò)制造廠(chǎng)的設(shè)計(jì)值，水含量超過(guò)汽水分離器分離能力時(shí)，過(guò)量水滴隨蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，危害汽輪機(jī)葉片的安全。

（2）蒸汽發(fā)生器水位控制，水位過(guò)高導(dǎo)致蒸汽含水量超標(biāo)， 加重葉片的沖蝕， 在機(jī)組負(fù)荷在20%～100%時(shí)，將蒸汽發(fā)生器水位控制在51.6%恒定。 蒸汽發(fā)生器到達(dá)高高水位定值（75%）&P7 跳堆保護(hù)，避免汽輪機(jī)進(jìn)水。

圖1 某核電廠(chǎng)蒸汽發(fā)生器水位整定值函數(shù)

（3）完善主蒸汽管道疏水，主蒸汽管道呈下坡?tīng)钸M(jìn)入汽輪機(jī)廠(chǎng)房。 主蒸汽母管設(shè)在常規(guī)島最低處（-7.2 m），并配有5 個(gè)疏水袋。

（4）ABP，AHP 殼側(cè)疏水管線(xiàn)設(shè)計(jì)有正常疏水閥和緊急疏水閥兩組閥門(mén)控制疏水段液位。 疏水液位高2 延時(shí)3 秒開(kāi)啟緊急疏水閥， 疏水液位高3 隔離加熱器， 水側(cè)走旁路。 ADG 液位高2 和高3 自動(dòng)隔離APG，STR 來(lái)水和高加正常疏水，開(kāi)啟排水管線(xiàn)，關(guān)閉抽汽管線(xiàn)等。 這些自動(dòng)動(dòng)作措施防止由于疏水故障或者加熱器傳熱管破裂而導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)水。

（5）在加熱器抽汽管線(xiàn)設(shè)計(jì)上，每條抽汽管線(xiàn)安裝有抽汽逆止閥和電動(dòng)隔離閥。 隔離閥安裝在靠近加熱器側(cè)，殼側(cè)水位三高時(shí)隔離關(guān)閉，防止疏水倒流入汽缸。 并且在各抽汽管道低點(diǎn)設(shè)置有疏水袋，疏水袋一般都配有氣動(dòng)控制閥和旁路電動(dòng)閥，分別由不同的SN 控制，在疏水量較大的地方還有疏水器連續(xù)疏水。

（6）二回路設(shè)計(jì)有GPV 系統(tǒng)，疏水系統(tǒng)包括：（a）自動(dòng)（低于20%負(fù)荷開(kāi)啟）或手動(dòng)控制疏水，為保證安全，氣動(dòng)疏水閥為失氣開(kāi)型；（b）節(jié)流孔連續(xù)疏水。這些疏水系統(tǒng)保證了汽輪機(jī)內(nèi)部減少水的聚集，防止因此導(dǎo)致的熱力沖擊。

（8）軸封系統(tǒng)，當(dāng)有必要切換到汽源時(shí)，必須嚴(yán)格按照規(guī)程操作，暖管疏水操作要徹底，軸封壓力調(diào)節(jié)閥上游的管道不得有積水。

（9）另外汽輪機(jī)上下缸體設(shè)有溫度探頭，用于發(fā)現(xiàn)上下缸溫度的不正常變化， 如果汽輪機(jī)缸體進(jìn)水則下缸溫度會(huì)快速下降從而導(dǎo)致上下缸溫差超限。 當(dāng)溫差達(dá)到42℃即認(rèn)為汽輪機(jī)汽缸進(jìn)水，GPV 疏水閥自動(dòng)開(kāi)啟，防止事故惡化。 達(dá)到56℃必須立即手動(dòng)打閘。

4 汽輪機(jī)進(jìn)水的監(jiān)測(cè)手段

二期的汽機(jī)進(jìn)水檢測(cè)熱電偶安裝在汽缸上。 在主控GME 基本參數(shù)中，GME001/002KT 分別顯示的是HP 外缸上、 下進(jìn)汽口金屬溫度，GME003/4KT 分別顯示的是汽缸上/下半一端金屬溫度，GME005/6KT 分別顯示汽缸上/下半二端金屬溫度。

這6 個(gè)溫度探頭用以監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)汽缸的上、下部溫差。 允許最大溫差為56℃。 當(dāng)溫差達(dá)到42℃時(shí)（且下缸溫度低于上缸）報(bào)警，超過(guò)56℃時(shí)應(yīng)立即停機(jī)，主控分別GME010IA/011IA 指示上、下缸溫差高和高高的報(bào)警。

圖2 某核電廠(chǎng)汽輪機(jī)水擊監(jiān)視畫(huà)面

如果監(jiān)測(cè)到溫差突然增大， 說(shuō)明汽缸底部積水。要迅速打開(kāi)所有相關(guān)疏水閥，并盡快檢查上述可能的冷水來(lái)源，如蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)以及主蒸汽管道及抽汽管道上的疏水管道等。 同時(shí)密切監(jiān)視汽機(jī)各儀表讀數(shù)，特別是汽缸金屬溫度、偏心度、振動(dòng)和差脹等參數(shù)要能滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行的要求[2]。

除了檢測(cè)汽缸本體的3 對(duì)熱電偶作為判斷汽缸是否進(jìn)水的直接依據(jù)外，主控操縱員還應(yīng)該對(duì)可能進(jìn)水的其他系統(tǒng)和信號(hào)進(jìn)行關(guān)注。 比如，在軸封蒸汽管線(xiàn)上均裝有熱電偶， 在其他如抽汽管線(xiàn)、GSS 再熱管線(xiàn)等有可能對(duì)汽缸進(jìn)水的地方，相應(yīng)管線(xiàn)的溫度檢測(cè)要關(guān)注，如果KIT 指示的溫度比正常溫度過(guò)低或突然下降，則說(shuō)明有這些管線(xiàn)上可能有積水；還有，汽機(jī)正常運(yùn)行期間，高、低加熱器的疏水工作不正?；蛩划惓＃紤]到加熱器進(jìn)水是造成汽缸進(jìn)水的最主要的原因，所以操縱員應(yīng)對(duì)此有高度重視，及時(shí)處理或者切除該加熱器并適當(dāng)減少負(fù)荷。

5 汽輪機(jī)進(jìn)水的現(xiàn)象和處理

我廠(chǎng)汽輪機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行說(shuō)明書(shū)上明確指出，汽缸熱電偶溫度指示對(duì)于主要在濕蒸汽區(qū)工作的核電汽輪機(jī)的進(jìn)水事故來(lái)說(shuō)價(jià)值是有限的。 即使有熱電偶溫差信號(hào)， 也不能明確地提出像火電機(jī)組一樣的進(jìn)水指示，如果有以前不存在的振動(dòng)或管道搖擺且沒(méi)有可以接受的原因，則也被認(rèn)為是一次進(jìn)水事故過(guò)程。

5.1 汽輪機(jī)進(jìn)水的現(xiàn)象

大體來(lái)說(shuō)，汽機(jī)進(jìn)冷汽、冷水有以下現(xiàn)象[3]：

綜上所述，糖尿病并發(fā)肺結(jié)核診斷實(shí)行CT檢查的效果顯著，能充分發(fā)揮CT檢查多樣性的作用，大大提高干酪樣病變及空洞形成的診斷檢出率，值得在臨床領(lǐng)域中使用及推廣。

（1）DEH 中指示汽缸上下溫差過(guò)大；

（2）有蒸汽從汽機(jī)入口閥、汽缸接合面等處冒出；

（3）管道內(nèi)存在較大的水錘聲；

（4）加熱器疏水箱滿(mǎn)水；

（5）軸向位移增大、軸承溫度增加；

（6）汽機(jī)軸振、瓦振指示迅速上升。

5.2 汽輪機(jī)進(jìn)水后的處理措施

根據(jù)我廠(chǎng)常規(guī)島事故處理大綱，汽機(jī)進(jìn)水時(shí)應(yīng)迅速采取以下措施：

（1）隔離冷汽、冷水源，全開(kāi)有關(guān)疏水閥，緊急疏水，嚴(yán)密監(jiān)視汽輪機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，如脹差，軸位移，軸承振動(dòng)，軸瓦振動(dòng)，徑向軸承及推力軸承溫度的變化[4]。

（2）發(fā)現(xiàn)有白色蒸汽從管道、汽缸接合面、閥門(mén)、法蘭等處大量冒出時(shí)，果斷打閘停機(jī)，并執(zhí)行I6 規(guī)程停機(jī)和破壞真空操作。

（3） 如果再熱器疏水箱滿(mǎn)水導(dǎo)致抽汽管道進(jìn)水，應(yīng)立即執(zhí)行報(bào)警卡，確認(rèn)抽汽電動(dòng)隔離閥關(guān)閉，緊急疏水閥全開(kāi)，加熱器水側(cè)旁路閥開(kāi)啟。 ADG 除氧器水位自動(dòng)控制失效應(yīng)立即將控制RC 切手動(dòng)調(diào)節(jié)， 必要時(shí)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)。

（4）汽缸上下溫差達(dá)42℃時(shí)可以維持機(jī)組功率不變，但需手動(dòng)開(kāi)啟汽缸本體疏水閥，并立即查找來(lái)源。

（5）汽缸上下溫差達(dá)56℃時(shí)，果斷打閘停機(jī)，并執(zhí)行I6 規(guī)程停機(jī)和破壞真空操作。

（6）汽機(jī)進(jìn)水打閘停機(jī)后，必須持續(xù)跟蹤汽機(jī)轉(zhuǎn)速變化，觀察汽機(jī)內(nèi)部有無(wú)異常聲響，嚴(yán)密監(jiān)視汽輪機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，如脹差，軸位移，軸承振動(dòng)，軸瓦振動(dòng)，徑向軸承及推力軸承溫度的變化。 如果發(fā)現(xiàn)惰轉(zhuǎn)時(shí)間很短， 或在惰轉(zhuǎn)中聽(tīng)到汽缸內(nèi)部有異常摩擦聲或停機(jī)前后振動(dòng)明顯異常增大， 則停機(jī)后必須開(kāi)缸進(jìn)行內(nèi)部檢查，確認(rèn)沒(méi)有葉片斷裂等缺陷，否則禁止再啟動(dòng)[5]。

（7）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到零后，投運(yùn)盤(pán)車(chē)時(shí)，需對(duì)比盤(pán)車(chē)電流是否異常增大，盤(pán)車(chē)不動(dòng)時(shí)，嚴(yán)禁強(qiáng)行盤(pán)車(chē)。

（8）汽機(jī)進(jìn)水打閘停機(jī)后，盤(pán)車(chē)至少持續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，汽機(jī)再啟動(dòng)時(shí)，必須確認(rèn)無(wú)異常第一故障報(bào)警，各相關(guān)參數(shù)正常， 特別是汽缸上下溫差必須小于42℃，轉(zhuǎn)子偏心度<0.076 mm[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽輪機(jī)進(jìn)水事故后果嚴(yán)重，但我廠(chǎng)汽輪機(jī)進(jìn)水事故僅通過(guò)汽缸上下金屬溫度差來(lái)監(jiān)測(cè)診斷，論據(jù)較單一。 還有利用溫差測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)進(jìn)水事故，還存在些問(wèn)題：從汽缸進(jìn)水到金屬溫度變化有一定的時(shí)間延遲，熱電偶探測(cè)器本身也需一定的響應(yīng)時(shí)間，汽輪機(jī)進(jìn)水事故無(wú)法得到及時(shí)反應(yīng)，中間環(huán)節(jié)較多，可靠性較差。 現(xiàn)在一些大型汽輪機(jī)一般都配有更為先進(jìn)的防進(jìn)水保護(hù)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，可以有效診斷出汽機(jī)進(jìn)水事故的發(fā)生。 相關(guān)處室可以調(diào)研學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)汽輪機(jī)進(jìn)水保護(hù)設(shè)計(jì)， 結(jié)合本廠(chǎng)實(shí)際情況，提出更為可靠的汽輪機(jī)進(jìn)水保護(hù)方案。