反應(yīng)堆用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組冷卻水系統(tǒng)故障原因分析及處理 Cause Analysis and Treatment of Failure of Cooling Water System of Emergency Diesel Generator Set for Reactor

高儉 GAO Jian 雷超 LEI Chao 魏大明 WEI Da-ming 曹宇 CAO Yu 杜坤 DU Kun 胡啟帥 HU Qi-shuai 楊松 YANG Song 李淼 LI Miao

摘要： 柴油發(fā)電機(jī)組作為反應(yīng)堆安全系統(tǒng)，柴油機(jī)作為備用電源在發(fā)生失電事故時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行為反應(yīng)堆設(shè)備提供可靠的控制、動(dòng)力電源保證反應(yīng)堆安全停堆。冷卻水系統(tǒng)作為柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)重要組成部分，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)為系統(tǒng)提供冷源，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，在機(jī)組備用期間起到預(yù)熱作用，保障機(jī)組處于隨時(shí)可用狀態(tài)。冷卻水系統(tǒng)故障會(huì)造成機(jī)組啟動(dòng)困難、運(yùn)行不穩(wěn)定，影響反應(yīng)堆的安全。本文通過對冷卻水系統(tǒng)原理及設(shè)備功能進(jìn)行分析，給出相應(yīng)問題處理方案并實(shí)施，消除了冷卻水系統(tǒng)故障，恢復(fù)了機(jī)組功能，為反應(yīng)堆安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

Abstract： The diesel generator set is used as the reactor safety system and the diesel engine is used as the standby power supply. In case of power loss accident， the system starts and operates to provide reliable control and power supply for the reactor equipment and ensure the safe shutdown of the reactor. As an important part of the diesel generator system， the cooling water system provides a cold source for the system during system operation， ensures the safe and stable operation of the unit， plays a preheating role during the standby period of the unit， and ensures that the unit is available at any time. The failure of cooling water system will lead to difficult startup and unstable operation of the unit， and affect the safety of the reactor. This paper analyzes the principle and equipment function of the cooling water system， gives the corresponding problem treatment scheme and implements it， eliminates the failure of the cooling water system， restores the unit function， and provides a strong guarantee for the safe and stable operation of the reactor.

關(guān)鍵詞： 反應(yīng)堆;高溫冷卻水;柴油發(fā)電機(jī)組;熱備

Key words： reactor;high temperature cooling water;diesel generator set;hot standby

中圖分類號(hào)：TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0153-02

0? 引言

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是反應(yīng)堆的重要組成部分，其作為應(yīng)急電源，承擔(dān)著在出現(xiàn)全廠區(qū)正常電源喪失情況下接到啟動(dòng)信號(hào)后立即啟動(dòng)且能完成重要安全設(shè)備帶載，具有保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的安全功能。冷卻水系統(tǒng)主要功能是用于控制柴油機(jī)的工作溫度和驅(qū)散多余的熱能[1]。機(jī)組的冷取水系統(tǒng)主要由高溫水循環(huán)系統(tǒng)、低溫水循環(huán)系統(tǒng)和膨脹水箱/補(bǔ)充回路組成。高、低溫水循環(huán)系統(tǒng)通過各自系統(tǒng)的輸送泵保障流體介質(zhì)在柴油機(jī)和熱交換器重循環(huán)流動(dòng)帶載多余的熱量，而膨脹水箱、補(bǔ)水系統(tǒng)主要是對循環(huán)冷卻水的水質(zhì)進(jìn)行化學(xué)處理，以避免由于水質(zhì)引起的柴油機(jī)零部件的結(jié)垢和腐蝕情況發(fā)現(xiàn)，同時(shí)補(bǔ)充由于蒸發(fā)而減少的水量。在機(jī)組熱備工況下發(fā)現(xiàn)機(jī)組高溫冷卻水水箱液位異常上升溢流、冷卻水預(yù)熱溫度不滿足系統(tǒng)啟動(dòng)要求影響機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行。柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)性能與環(huán)境溫度有關(guān)，尤其對核電機(jī)組，要求機(jī)組在任何時(shí)候都能正常啟動(dòng)，并在最短時(shí)間內(nèi)逐級(jí)加載到全負(fù)荷[2]，定期試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)機(jī)組高溫冷卻水進(jìn)機(jī)壓力異常，無法有效導(dǎo)出機(jī)組熱量導(dǎo)致機(jī)組異常停機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文通過對冷卻水系統(tǒng)原理及設(shè)備功能進(jìn)行分析，給出相應(yīng)問題處理方案并實(shí)施，有效解決機(jī)組冷卻水系統(tǒng)問題。

1? 冷卻水系統(tǒng)簡介

機(jī)組冷取水系統(tǒng)主要由高溫水循環(huán)系統(tǒng)、低溫水循環(huán)系統(tǒng)和膨脹水箱/補(bǔ)充回路組成。本文主要討論高溫冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷卻水成分為90%的去離子水加上10%的乙二醇、50±15mg/L的鉬酸鈉、250±20mg/L的磷酸鈉，高溫冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由：機(jī)帶高溫水泵、電加熱器、高溫水預(yù)熱泵、風(fēng)冷器散熱器、高溫水膨脹水箱、加藥泵、機(jī)組高溫水恒溫閥、高溫水管路、控制系統(tǒng)等組成。機(jī)組高溫水循環(huán)水路在機(jī)組運(yùn)行和熱備過程中分為兩條不同的路線。熱備期間機(jī)組冷卻水由電加熱器加熱經(jīng)高溫水預(yù)熱泵進(jìn)入機(jī)組對機(jī)組進(jìn)行預(yù)熱。在機(jī)組運(yùn)行期間加熱器、高溫水預(yù)熱泵停止工作，機(jī)組高溫冷卻水經(jīng)過機(jī)帶高溫水泵冷卻機(jī)組后進(jìn)入風(fēng)冷散熱器冷卻水后從新進(jìn)入機(jī)組工作。機(jī)組熱備與運(yùn)行冷卻回路通過機(jī)組恒溫閥實(shí)現(xiàn)切換工作。

機(jī)組熱備期間高溫冷卻水加熱溫度設(shè)定為水溫低于55℃加熱，冷卻水水溫高于65℃停止加熱，熱備期間機(jī)組高溫水進(jìn)機(jī)壓力范圍為0.5bar-1.0bar。恒溫閥工作溫度為75℃-83℃，工作壓力范圍為2.5bar-3.5bar。

2? 高溫冷卻水循環(huán)系統(tǒng)故障

運(yùn)行人員在機(jī)組熱備期間巡視發(fā)現(xiàn)：①在環(huán)境溫度0℃-20℃時(shí)機(jī)組高溫冷卻水水溫維持于40℃-45℃之間不滿足機(jī)組熱備設(shè)定溫度55℃-65℃，在環(huán)境溫度25℃-30℃時(shí)，機(jī)組水溫滿足設(shè)定溫度;②熱備過程中高溫膨脹水箱液位上升，嚴(yán)重時(shí)溢流至加藥水箱;③機(jī)組定期檢查運(yùn)行期間出現(xiàn)高溫水超溫停機(jī)事件（機(jī)組高溫冷卻水水溫>95℃），同時(shí)伴隨高溫膨脹水箱液位上升。

3? 高溫冷卻水循環(huán)系統(tǒng)故障分析

高溫冷卻水系統(tǒng)存在三項(xiàng)問題：①機(jī)組熱備期間高溫冷卻水膨脹水箱液位異常問題;②機(jī)組運(yùn)行期間高溫冷卻水超溫事件;③預(yù)熱溫度不滿足設(shè)定要求。

3.1 機(jī)組熱備過程中問題分析

在機(jī)組熱備過程中，高溫水經(jīng)過高溫水電加熱器加熱后通過換熱器加熱潤滑油，加熱后的高溫水與潤滑油一起進(jìn)入機(jī)組，對機(jī)組起到預(yù)熱作用，使機(jī)組始終處于熱備狀態(tài)。核查機(jī)組電加熱器運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組電加熱器功率為24kW，通過查證設(shè)計(jì)文件電加熱器功率滿足機(jī)組熱備要求，現(xiàn)場投用機(jī)組熱備，檢查加加熱器運(yùn)行電流電壓均正常，冷卻水出口壓力正常，檢查各設(shè)備狀態(tài)發(fā)現(xiàn)高溫膨脹水箱、風(fēng)冷散熱器冷卻水溫度在熱備期間出現(xiàn)上升，溫度穩(wěn)定于40℃-45℃，圖1為機(jī)組內(nèi)部高溫冷卻水圖。

結(jié)合圖1分析熱備過程，在機(jī)組熱備期間冷卻水由G3口進(jìn)入加熱汽缸套、空冷器過機(jī)帶高溫水泵后回至G1口最終回到G3口形成一個(gè)閉合循環(huán)回路。在該循環(huán)回路中高溫冷卻水膨脹水箱起到補(bǔ)水穩(wěn)壓角色，不直接參與加熱循環(huán)，風(fēng)冷散熱器不進(jìn)入循環(huán)路線中，恒溫閥B、C口均處于關(guān)閉狀態(tài)。

因高溫膨脹水箱、風(fēng)冷散熱器冷卻水溫度在熱備期間均出現(xiàn)上升情況，說明部冷卻水進(jìn)入到了高溫膨脹水箱、風(fēng)冷散熱器中通過分析圖1若恒溫閥C出口開啟熱備時(shí)冷卻水經(jīng)G2口進(jìn)入到風(fēng)冷散熱器中使風(fēng)冷散熱器溫度上升，且增加了熱備期間加熱冷卻水的水量，按正常熱備冷卻水路線可得，電加熱器只對機(jī)組內(nèi)冷卻水進(jìn)行加熱，若恒溫閥故障，電加熱器加熱范圍擴(kuò)大為機(jī)組內(nèi)部冷卻水，風(fēng)冷散熱器內(nèi)部冷卻水，如此會(huì)導(dǎo)致熱備期間冷卻水溫度低于設(shè)定溫度。

高溫冷卻水膨脹水箱液位異常上升說明有水進(jìn)入水箱中，高溫冷卻水膨脹水箱與整個(gè)冷卻水回路只有兩個(gè)接口：①補(bǔ)水接口;②蒸汽膨脹接口。預(yù)熱過程中冷卻水只能通過蒸汽膨脹接口、補(bǔ)水接口處進(jìn)入水箱，高溫冷卻水水箱溫度上升。

但熱備過程中水箱溫度上升的同時(shí)伴隨這冷卻水液位上升問題而機(jī)組熱備過程中冷卻水的循環(huán)動(dòng)力完全由高溫水預(yù)熱泵提供，當(dāng)熱備工況穩(wěn)定后高溫膨脹水箱液位應(yīng)保持不變，而水箱出現(xiàn)液位上升情況說明管路中出現(xiàn)堵塞情況，現(xiàn)場對系統(tǒng)管路進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)在熱備情況下當(dāng)水箱出現(xiàn)液位上升時(shí)，手動(dòng)擰松風(fēng)冷散熱器兩端與膨脹水箱蒸汽排氣管連接處后，管道會(huì)有大量氣體排出，在排氣過程中高溫水膨脹水箱液位開始下降。說明機(jī)組蒸汽排放管路出現(xiàn)堵塞，在熱備過程中產(chǎn)生的水汽無法正常及時(shí)排除，將設(shè)備內(nèi)冷卻水憋回水箱導(dǎo)致水箱液位上升，同時(shí)高溫冷卻水水箱溫度上升。

通過對問題分析可得出兩項(xiàng)結(jié)論：①機(jī)組恒溫閥出現(xiàn)故障;②機(jī)組蒸汽排放管路出現(xiàn)堵塞。

3.2 機(jī)組運(yùn)行中故障分析

在機(jī)組運(yùn)行期間出現(xiàn)高溫冷卻水超溫停車事件，在反復(fù)多次試驗(yàn)中同樣出現(xiàn)了超溫停車，在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行期間，高溫冷卻水壓力瞬間出現(xiàn)波動(dòng)，壓力急劇下降由3.1bar降至1.6bar，同時(shí)高溫冷卻水膨脹水箱液位出現(xiàn)上升。出現(xiàn)壓力下降則說明冷卻水流量減少，機(jī)組運(yùn)行過程中冷卻水動(dòng)力由機(jī)帶高溫水泵單泵提供，機(jī)帶高溫水泵運(yùn)行與機(jī)組主軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況相關(guān)，機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)機(jī)帶高溫水泵正常運(yùn)行，高溫冷卻水膨脹水箱液位出現(xiàn)上升說明進(jìn)入水箱水量大于流出水箱水量，冷卻水水量減少冷卻能力下降，導(dǎo)致機(jī)組超溫停機(jī)。

考慮到機(jī)組熱備期間水箱液位同樣出現(xiàn)液位上升情況，對機(jī)組進(jìn)行再次啟機(jī)驗(yàn)證，在機(jī)組運(yùn)行期間，運(yùn)行人員手動(dòng)擰松風(fēng)冷散熱器兩端與膨脹水箱蒸汽排氣管連接處，進(jìn)行手動(dòng)排氣，機(jī)組連續(xù)運(yùn)行2小時(shí)高溫膨脹水箱液位正常未出現(xiàn)波動(dòng)，高溫冷卻水壓力正常未出現(xiàn)波動(dòng)。因此得出結(jié)論：機(jī)組蒸汽排放管路出現(xiàn)堵塞。

4? 高溫冷卻水循環(huán)系統(tǒng)故障處理

通過現(xiàn)場分析及試驗(yàn)導(dǎo)致機(jī)組三項(xiàng)問題：①機(jī)組熱備期間高溫冷卻水膨脹水箱液位異常問題;②機(jī)組運(yùn)行期間高溫冷卻水超溫事件;③預(yù)熱溫度不滿足設(shè)定要求，的原因?yàn)椋孩贆C(jī)組恒溫閥故障;②機(jī)組蒸汽排放管路堵塞。對相應(yīng)問題進(jìn)行整改：①更換機(jī)組高溫冷卻水恒溫閥;②對機(jī)組蒸汽排放管路進(jìn)行排查。

通過對機(jī)組故障恒溫閥的更換限定了機(jī)組熱備期間冷卻水的加熱范圍，提高了機(jī)組熱備期間冷水水溫，通過對機(jī)組蒸汽管路的清理，保障了蒸汽管路的通常消除了機(jī)組熱備運(yùn)行期間高溫膨脹水箱液位異常上升的問題，消除了機(jī)組運(yùn)行期間冷卻水超溫停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，保障了機(jī)組運(yùn)行安全，恢復(fù)了機(jī)組功能。

5? 總結(jié)

本文主要介紹柴油發(fā)電機(jī)組在熱備運(yùn)行過程中高溫冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)的故障通過全面分析，找到此故障的根本原因，有效地解決了此次問題，為以后反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)類似問題能夠快速精準(zhǔn)找到根本原因，高效的保障反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，同時(shí)為反應(yīng)堆的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

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