國(guó)內(nèi)某核電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)管道振動(dòng)原因分析及優(yōu)化措施

蒲 野

（中核核電運(yùn)行管理有限公司運(yùn)行四處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

在國(guó)內(nèi)某核電廠(chǎng)擴(kuò)建機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)單體調(diào)試期間，凝結(jié)水管道振動(dòng)現(xiàn)象未曾發(fā)現(xiàn)。 但隨著機(jī)組的整體啟動(dòng)和機(jī)組功率的提升，凝結(jié)水系統(tǒng)管道的振動(dòng)逐漸明顯并對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。 其中凝結(jié)水泵再循環(huán)管道、除氧器水位調(diào)節(jié)閥管道、除氧器進(jìn)水管道上逆止閥等部位的振動(dòng)現(xiàn)象明顯，并伴有強(qiáng)烈的流體噪聲，甚至出現(xiàn)過(guò)由此引起的閥門(mén)法蘭漏水和緊急停堆事件。

1 凝結(jié)水再循環(huán)管道振動(dòng)原因分析及優(yōu)化措施

1.1 原因分析

如圖1 所示的凝結(jié)水系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖，通過(guò)分析，凝結(jié)水再循環(huán)管道振動(dòng)主要包括以下幾種可能的原因：

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

再循環(huán)調(diào)節(jié)閥出口處發(fā)生閃蒸。 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于凝結(jié)水泵在低流量工作時(shí)的出口壓力較高， 而凝汽器工作處于負(fù)壓狀態(tài)， 凝結(jié)水經(jīng)過(guò)再循環(huán)調(diào)節(jié)閥從高壓到負(fù)壓，容易出現(xiàn)汽化閃蒸現(xiàn)象，管道內(nèi)部流體產(chǎn)生汽水兩相流使流動(dòng)失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，從而會(huì)引起管道振動(dòng)。 擴(kuò)建機(jī)組凝結(jié)水溫度在40℃左右，其汽化壓力在7.375 kPa，而凝汽器運(yùn)行時(shí)的最低壓力僅為5 kPa，當(dāng)凝汽器壓力低于凝結(jié)水的汽化壓力時(shí)，有發(fā)生汽化閃蒸的可能。

再循環(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能不好。 根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，分析認(rèn)為凝結(jié)水再循環(huán)管道振動(dòng)大的主要原因?yàn)樵傺h(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能不好，即在自動(dòng)控制時(shí)，當(dāng)凝結(jié)水流量偏差大時(shí)，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度無(wú)法穩(wěn)定，使得流量波動(dòng)大，從而產(chǎn)生了較大的振動(dòng)。

擴(kuò)建機(jī)組增加了“功率低于10%信號(hào)+停機(jī)信號(hào)+凝汽器故障信號(hào)”三者相與產(chǎn)生的停堆信號(hào)。 在機(jī)組商運(yùn)前的啟動(dòng)試驗(yàn)期間，就曾因?yàn)槟Y(jié)水再循環(huán)閥調(diào)節(jié)性能不好，超馳打開(kāi)后沒(méi)有及時(shí)關(guān)小，導(dǎo)致旁路排放系統(tǒng)減溫水壓力低，并產(chǎn)生凝汽器故障信號(hào)觸發(fā)停堆。 此次停堆事件與凝結(jié)水再循環(huán)閥的設(shè)計(jì)有直接的關(guān)系。

每臺(tái)凝結(jié)水泵的額定運(yùn)行流量為1 300 t/h 左右，凝結(jié)水泵廠(chǎng)家要求的小流量為365 t/h。而再循環(huán)閥實(shí)際流量過(guò)大，全開(kāi)時(shí)達(dá)到2 000 t/h，接近兩臺(tái)凝結(jié)水泵滿(mǎn)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的流量之和，如此高的旁路流量非常容易導(dǎo)致旁路排放系統(tǒng)減溫水壓力低，從而產(chǎn)生凝汽器故障信號(hào)。

另外，泵的小流量一般要求是固定的、不變的，也不要求非常精確地控制， 因此小流量閥一般設(shè)計(jì)為兩位閥，其特點(diǎn)是動(dòng)作快，流量穩(wěn)定。而旁路流量閥設(shè)計(jì)為調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作慢，流量波動(dòng)大，控制方式不合理。

1.2 優(yōu)化措施

針對(duì)此次停堆事件，機(jī)組進(jìn)行了小修，對(duì)凝結(jié)水再循環(huán)閥控制邏輯和氣路實(shí)施了改造，改造后再循環(huán)管道振動(dòng)明顯減小，凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行也趨于穩(wěn)定。 具體改造內(nèi)容如下：

（1）閥門(mén)失電失氣開(kāi)啟，以保證泵的安全。 同時(shí)，修改了再循環(huán)閥的氣回路， 增加儲(chǔ)氣罐和壓空管，在儲(chǔ)氣罐與止回閥出口四通之間采用金屬軟管連接。 正常運(yùn)行期間，儲(chǔ)氣罐與壓空管線(xiàn)相連接，保持充氣狀態(tài)。 當(dāng)壓空母管失氣時(shí)，儲(chǔ)氣罐向閥門(mén)供氣，可供閥門(mén)正常運(yùn)行一段時(shí)間。

（2）再循環(huán)閥由原來(lái)的調(diào)節(jié)閥改為兩位閥，并通過(guò)上部的手輪限制機(jī)械位置，使其全開(kāi)時(shí)流量控制在700 t/h 左右，減少閥門(mén)通流能力。

（3）閥門(mén)控制邏輯更改。 根據(jù)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和通過(guò)低加送至除氧器的凝結(jié)水流量來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，既保證泵的小流量運(yùn)行流量，又保證了凝結(jié)水系統(tǒng)供水的流量和壓力。

2 除氧器水位調(diào)節(jié)閥管道振動(dòng)原因分析及優(yōu)化措施

2.1 原因分析

除氧器水位調(diào)節(jié)閥根據(jù)除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，調(diào)節(jié)閥分為小閥、大閥。 滿(mǎn)功率運(yùn)行時(shí)小閥全開(kāi)、大閥調(diào)節(jié)水位。 在擴(kuò)建3 號(hào)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行初期， 除氧器水位調(diào)節(jié)閥處管線(xiàn)振動(dòng)和噪音比較明顯。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，小閥全開(kāi)時(shí)，大閥只有不到3%的開(kāi)度。與3 號(hào)機(jī)組相比， 一期工程1、2 號(hào)機(jī)組滿(mǎn)功率運(yùn)行時(shí)，小閥全開(kāi)，大閥有20%左右的開(kāi)度，現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)和噪音情況在可接受范圍內(nèi)。

通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，3 號(hào)機(jī)組小閥的通流能力明顯偏大，致使大閥的開(kāi)度很小。 小閥通流能力過(guò)強(qiáng)，使得在低負(fù)荷時(shí)流量波動(dòng)范圍大；高負(fù)荷時(shí)，大閥的小開(kāi)度導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)節(jié)流噪聲特別大。 另外，除氧器水位的小幅波動(dòng)就會(huì)引起小閥和大閥比較大的相對(duì)變化，使得流量波動(dòng)大。 由于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能不好，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度波動(dòng)引起管道內(nèi)流體振蕩運(yùn)動(dòng)，該振蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)產(chǎn)生影響，使得供水管路產(chǎn)生振動(dòng)。

2.2 優(yōu)化措施

根據(jù)分析結(jié)果，消除除氧器水位調(diào)節(jié)閥處管道劇烈振動(dòng)的根本措施是防止凝結(jié)水管道內(nèi)流體瞬變引起的振蕩運(yùn)動(dòng)，即需要對(duì)小閥和大閥開(kāi)度進(jìn)行重新標(biāo)定，以降低小閥的通流能力。

在滿(mǎn)功率情況下， 為了保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，制定了以下調(diào)整方案：通過(guò)在DCS 內(nèi)手動(dòng)強(qiáng)制小閥開(kāi)度指令，逐漸關(guān)閉小閥，使得大閥保持自動(dòng)逐步開(kāi)啟狀態(tài)。 調(diào)整期間，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)凝結(jié)水流量、凝結(jié)水母管壓力、閥門(mén)開(kāi)度等重要參數(shù)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)觀察小閥和大閥所在管線(xiàn)振動(dòng)情況。大、小閥開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 大、小閥開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合閥門(mén)最佳調(diào)節(jié)范圍，最終確定滿(mǎn)功率運(yùn)行額定流量下大閥的最佳開(kāi)度為24%左右，此時(shí)小閥開(kāi)度在40%，現(xiàn)場(chǎng)管線(xiàn)振動(dòng)與噪聲大幅下降，明顯轉(zhuǎn)好，且除氧器水位調(diào)節(jié)品質(zhì)得到很大提升。 故對(duì)小閥的開(kāi)度重新標(biāo)定，將原總行程的40%確定為全開(kāi)，并設(shè)定機(jī)械全開(kāi)限定點(diǎn)，同時(shí)對(duì)閥門(mén)定位器及閥位反饋進(jìn)行重新設(shè)置標(biāo)定。 標(biāo)定完成后，重新投用小閥和大閥，恢復(fù)至正常調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)小閥全開(kāi)，大閥開(kāi)度穩(wěn)定保持在24%左右。 這樣，小閥的通流能力得到了有效地控制，也防止了大閥長(zhǎng)時(shí)間在小開(kāi)度下節(jié)流對(duì)閥門(mén)本體的影響。

3 除氧器進(jìn)水管道逆止閥振動(dòng)原因分析及優(yōu)化措施

3.1 原因分析

在擴(kuò)建4 號(hào)機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行期間，低加至除氧器進(jìn)水管道逆止閥頻繁動(dòng)作，致使該處振動(dòng)相當(dāng)劇烈，造成逆止閥與管道連接法蘭墊片失效，給水由此處泄漏出來(lái)。

分析其可能原因，由于小閥調(diào)節(jié)性能不好，小開(kāi)度就對(duì)應(yīng)大流量。在閥門(mén)開(kāi)度變化過(guò)程中，位于-7.2 m的除氧器水位調(diào)節(jié)閥至位于+16 m 除氧器平臺(tái)的長(zhǎng)達(dá)二十幾米的凝結(jié)水管道內(nèi)水壓也來(lái)回波動(dòng)。 當(dāng)調(diào)閥開(kāi)度減小，給水流量下降，管道未充滿(mǎn)水時(shí)，管內(nèi)壓力下降。 當(dāng)壓力低于除氧器內(nèi)部壓力時(shí)，由于該逆止閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，造成除氧器內(nèi)蒸汽返至凝結(jié)水管道；當(dāng)凝結(jié)水流量增加，水推動(dòng)管內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，從而使得管道內(nèi)發(fā)生汽水撞擊而引起水錘，逆止閥頻繁的開(kāi)啟和關(guān)閉，導(dǎo)致該段管道的強(qiáng)烈振動(dòng)。 從現(xiàn)場(chǎng)布置來(lái)看，除氧器水位調(diào)節(jié)閥至給水管道逆止閥之間沒(méi)有高位排氣管線(xiàn)，積氣不能有效排出。

3.2 優(yōu)化措施

（1）啟動(dòng)除氧器循環(huán)泵，向該逆止閥后管道供水，保證管道處于滿(mǎn)水狀態(tài)，防止水錘的產(chǎn)生。

（2）在緊急情況下，直接關(guān)閉除氧器水位調(diào)節(jié)閥的閥前電動(dòng)隔離閥，使得管道內(nèi)的凝結(jié)水壓力得以保持或不致下降過(guò)多，除氧器的蒸汽無(wú)法返回凝結(jié)水管道內(nèi)，以減少水錘對(duì)管道的影響。 同時(shí)也防止除氧器水位調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏造成除氧器水位過(guò)高。 必要時(shí)通過(guò)間斷開(kāi)啟和關(guān)閉除氧器水位調(diào)節(jié)閥的閥前電動(dòng)隔離閥來(lái)調(diào)節(jié)除氧器水位。

（3）蒸汽發(fā)生器排污水的再生熱交換器冷卻水來(lái)自凝結(jié)水。 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，維持蒸發(fā)器排污系統(tǒng)運(yùn)行，通過(guò)凝結(jié)水經(jīng)過(guò)蒸汽發(fā)生器排污水再生熱交換器返回除氧器的方式來(lái)維持除氧器的水位，此時(shí)低流量的凝結(jié)水不經(jīng)過(guò)除氧器水位調(diào)節(jié)閥及其下游逆止閥所在管線(xiàn)，振動(dòng)也就消除了。

4 結(jié)語(yǔ)

凝結(jié)水系統(tǒng)管道若長(zhǎng)期受到振動(dòng)引起交變應(yīng)力的作用，即使設(shè)計(jì)滿(mǎn)足其強(qiáng)度要求，也可能會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響。 本文從運(yùn)行的角度對(duì)國(guó)內(nèi)某核電廠(chǎng)擴(kuò)建3、4 號(hào)機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)管道振動(dòng)原因進(jìn)行了分析，并采取了相應(yīng)的優(yōu)化措施，取得了良好的減振效果。