凝汽器真空下降的原因及預(yù)防措施

盧 昀 魏佳琪

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314000）

1 背景介紹

秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組采用的是哈爾濱凝汽式汽輪機(jī)組。其冷凝性能直接影響3、4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)組功率運(yùn)行時(shí)的安全、穩(wěn)定和效益。因此，在3、4號(hào)機(jī)組功率運(yùn)行期間需要保持冷凝器的良好運(yùn)行條件，以確保冷凝器最有利的真空運(yùn)行條件。通過(guò)分析秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組冷凝器真空下降因素及應(yīng)對(duì)思路，使秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組保持真空系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 影響機(jī)組真空因素

2.1 循環(huán)水?dāng)嗨虿蛔?/h3>

事件：2011年6月，上游新安江水庫(kù)9孔泄洪帶來(lái)雜草，大量水草聚集在3、4號(hào)機(jī)組循環(huán)水取水口，造成CRF循環(huán)水吸水口濾網(wǎng)及攔污柵堵塞，3號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵吸入水位過(guò)低，從而使循環(huán)水泵進(jìn)氣。被循環(huán)水泵吸入的空氣沿著循環(huán)水管進(jìn)入冷凝器的鈦管，并聚集在冷凝器頂部的鈦管中。從而導(dǎo)致冷凝器的熱交換面積減小，循環(huán)水流量不足，使得機(jī)組真空惡化下降，迫使3號(hào)機(jī)組緊急功率下降事件。

由上述斷水事件引起凝汽器真空急劇惡化的主要特征是真空儀表指示為接近零，CRF泵出口壓力顯示接近為零。斷水原因可能有以下幾種：

（1）由于循環(huán)水吸水口的濾網(wǎng)發(fā)生堵塞或杭州灣的海水潮位過(guò)低導(dǎo)致吸入水位過(guò)低；（2）CRF進(jìn)口或出口閥門(mén)誤關(guān)；（3）6KV電源、CRF泵或電機(jī)發(fā)生故障，造成CRF泵跳閘；（4）6個(gè)虹吸破壞閥誤開(kāi)。

秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組海水流量低時(shí)，真空的表現(xiàn)特征是逐步降低、循環(huán)水進(jìn)口和出口的溫度差也會(huì)有變大的趨勢(shì)。由于引起循環(huán)水流量低的因素不同，具體表現(xiàn)特性也不同。通過(guò)參閱資料，秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組可根據(jù)以下特征加以分析，作為真空變化的一個(gè)因素。

（1）通過(guò)KIT計(jì)算機(jī)查看循環(huán)水進(jìn)出口壓差有變大趨勢(shì)或CRF泵出口和凝汽器入口水壓有明顯增大趨勢(shì)，存在上述兩種情況一般懷疑是凝汽器內(nèi)管板堵塞；（2）通過(guò)KIT計(jì)算機(jī)查看CRF泵出口和凝汽器入口水壓有明顯減小趨勢(shì)，一般懷疑是凝汽器循環(huán)水出水管部分堵塞；（3）通過(guò)KIT計(jì)算機(jī)查看CRF泵流量有降低的趨勢(shì)，就地出口壓力表不?；蝿?dòng)，同時(shí)運(yùn)行的CRF泵發(fā)出異常噪音和沖擊聲等，這時(shí)主控操作員應(yīng)根據(jù)真空降低趨勢(shì)，執(zhí)行降負(fù)荷操作迅速排除故障，嚴(yán)重時(shí)需要執(zhí)行停機(jī)操作。

2.2 循環(huán)水溫度升高

秦山二廠擴(kuò)建3、4#機(jī)組循環(huán)水為杭州灣開(kāi)式海水，其海水溫度受季節(jié)影響很大。尤其是在夏季，海水溫度的升高會(huì)影響冷凝器的熱交換效果。當(dāng)海水的入口溫度升高時(shí)，單位體積的換熱率會(huì)降低，這將導(dǎo)致二次蒸汽冷凝溫度升高。根據(jù)KIT系統(tǒng)的測(cè)算，如果海水溫度提高5℃，冷凝器的真空度可降低1%左右?？梢?jiàn)，海水溫度對(duì)凝水器真空的影響很大。下圖1反映了上年夏季循環(huán)水溫度的變化對(duì)3#機(jī)組電功率、真空及SRI水溫變化趨勢(shì)。

圖1 循環(huán)水溫度變化對(duì)真空度及電功率影響

2.3 軸封系統(tǒng)的影響

秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組的軸封供汽量降低時(shí)，位于大軸真空部位的附近的外部氣體通過(guò)大軸間隙進(jìn)入凝汽器中?？諝庹紦?jù)換熱空間影響傳熱效果，導(dǎo)致秦山二期核電廠機(jī)組凝汽器真空迅速下降。從間隙附近持續(xù)的漏空氣使高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子發(fā)生嚴(yán)重的收縮變化，脹差負(fù)方向偏移。主控操作員發(fā)現(xiàn)情況后要檢查是否有軸封供汽調(diào)閥存在失靈或就地手動(dòng)操器故障引發(fā)，若存在上述情況應(yīng)通過(guò)EN增大調(diào)門(mén)開(kāi)度，使軸封汽壓力恢復(fù)電廠運(yùn)行的正常值。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)部分軸封壓力偏低時(shí)，操作員需要重新分配各個(gè)軸封的進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度。此時(shí)主控操作員應(yīng)檢查軸封供汽母管壓力值是否在正常運(yùn)行要求范圍以?xún)?nèi)，若壓力偏低應(yīng)檢查供汽汽源是否正常。

2.4 凝汽器水位異常

凝汽器汽側(cè)水位異常導(dǎo)致凝汽器真空下降的原因有：（1）蒸汽側(cè)水位上升后，下部鈦管部分被上升的水位淹沒(méi)，迫使有效的冷卻面積減小，造成真空惡化；（2）一旦發(fā)生凝結(jié)水水位持續(xù)上升，或者水位到抽氣口的高度時(shí)，冷凝器真空度惡化加劇，最終導(dǎo)致凝汽器滿(mǎn)水事件發(fā)生。

凝結(jié)水持續(xù)上升到抽氣口的過(guò)程，從計(jì)算機(jī)KIT數(shù)據(jù)上能發(fā)現(xiàn)真空惡化的趨勢(shì)是由小到大的變化過(guò)程，具體特征是靠近凝汽器喉部的真空顯示下降趨勢(shì)，CVI泵出口的真空顯示上升趨勢(shì)。

造成秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組凝汽器水位升高或滿(mǎn)水的原因可能有：a.運(yùn)行的CEX泵出現(xiàn)故障后備用泵無(wú)法及時(shí)啟動(dòng)；b.凝汽器鈦管發(fā)生破裂后，導(dǎo)致二回路水質(zhì)發(fā)生惡化現(xiàn)象；c.處于備用狀態(tài)的CEX泵其進(jìn)出口閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)或逆止閥損壞，運(yùn)行泵出口部分水從備用CEX泵倒流回凝汽器內(nèi)部；d.凝結(jié)水再循環(huán)閥門(mén)發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象；e.疏水控制出現(xiàn)問(wèn)題。

2.5 凝汽器傳熱性能降低

當(dāng)凝汽器內(nèi)鈦管發(fā)生污垢附著時(shí)，凝汽器內(nèi)流體阻有增大趨勢(shì)，當(dāng)冷卻水流量出現(xiàn)減少趨勢(shì)時(shí)，冷卻水入口和出口溫度差也隨之增加，進(jìn)而造成凝汽器傳熱性能降低，造成機(jī)組真空下降。冷凝器鈦管內(nèi)壁上附著污垢會(huì)加劇鈦管管道的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)可能甚至發(fā)生穿孔。由于秦山二廠擴(kuò)建3、4#機(jī)組循環(huán)水來(lái)自杭州灣，其海水泥沙比較嚴(yán)重，使得設(shè)備運(yùn)行環(huán)境十分惡劣。因此監(jiān)測(cè)傳熱管道腐蝕對(duì)影響傳熱運(yùn)行要求更為嚴(yán)格。

2.6 凝汽器水側(cè)泄漏

通過(guò)資料發(fā)現(xiàn)鈦管缺陷造成電廠凝汽器的泄漏的原因之一。鈦管發(fā)生泄漏后將使杭州灣硬度很高的海水進(jìn)入凝汽器汽側(cè)，使水位升高，真空惡化下降，繼而引起二次側(cè)的水質(zhì)加劇惡化，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備輕者結(jié)垢影響通流能力，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生腐蝕穿孔。因此，目前秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組大修后全流量啟動(dòng)ATE系統(tǒng)對(duì)二次側(cè)進(jìn)行凈化處理，穩(wěn)定二次側(cè)的水質(zhì)。

2.7 抽真空系統(tǒng)的影響

事件：秦二廠3、4#機(jī)組常規(guī)島板式熱交換器由于出口管道布置問(wèn)題，導(dǎo)致流向CVI系統(tǒng)冷卻水來(lái)自板式熱交換器B列、C列中間。只有板式熱交換器A列、B列處于正洗狀態(tài)時(shí)，去CVI系統(tǒng)的冷卻水水溫才相對(duì)最低。由于SRI系統(tǒng)水溫對(duì)CVI系統(tǒng)抽真空效率有較大的影響。降低秦二廠3、4#機(jī)組常規(guī)島板式熱交換器水溫，能有效提高了CVI系統(tǒng)工作效率，從而提高了冷凝器真空度。而在板式熱交換器C列處于正洗時(shí)，板式熱交換器A列、B列其中一列在反洗的SRI水得不到充分冷卻，使得SRI系統(tǒng)水溫相對(duì)高，因此日常運(yùn)行要更加注意CVI系統(tǒng)冷卻水溫度變化。

圖2 板式熱交換器運(yùn)行狀態(tài)對(duì)CVI冷卻水溫度的影響

上述事件造成真空下變化是由于CVI泵運(yùn)行機(jī)理其工作介子隨溫度變化而引起自身效率的外在因素。為了防止CVI泵密封水汽化和葉片汽蝕降低CVI泵密封水溫度，對(duì)此夏季時(shí)盡量不安排板式熱交換器C正沖運(yùn)行或建議對(duì)管道位置時(shí)行調(diào)整：將去CVI冷卻水管線由原先的板式熱交換器B、C中間，調(diào)整到板式熱交換器C下游。這樣調(diào)整后的冷卻水，將不受板式熱交換器A、B、C之間的切換而造成冷卻水溫變化從而引起真空泵效率變化。

通過(guò)狀態(tài)報(bào)告檢索系統(tǒng)，查詢(xún)秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組近年來(lái)發(fā)生過(guò)的泄漏點(diǎn)如下：a.由熱應(yīng)力或腐蝕引起的汽輪機(jī)低壓缸與凝汽器的連接管段發(fā)生漏氣；b.汽缸法蘭連接部分有間隙導(dǎo)致外部空氣漏入；c.CET軸加U型管失去水封覆蓋或虹吸破壞閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)密；d.相關(guān)的液位計(jì)、壓力儀表在長(zhǎng)期功率運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生接頭松動(dòng)問(wèn)題，使得外部空氣漏入影響真空。檢索電廠狀態(tài)報(bào)告數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組發(fā)生過(guò)接在凝汽器上的真空壓力表引壓管斷裂導(dǎo)致真空惡化的事件；e.與真空相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)管道結(jié)合面、閥門(mén)盤(pán)根等不嚴(yán)密，特別是CVI真空系統(tǒng)管線上的閥門(mén)及法蘭連接處不嚴(yán)密等。檢索電廠狀態(tài)報(bào)告兩臺(tái)機(jī)組多次發(fā)生CVI入口閥漏氣事件。

3 真空降低的預(yù)防措施

3.1 真空降低的預(yù)防措施

CVI真空相關(guān)的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置分散且接口也十分復(fù)雜。這就導(dǎo)致某些異常因素的影響可能是慢慢地，不易發(fā)現(xiàn)的，需要準(zhǔn)備真空下降的干預(yù)規(guī)程。

（1）針對(duì)秦山二期核電廠3、4號(hào)機(jī)組循環(huán)水（海水）溫度升高引起的真空下降，應(yīng)提早做好夏季高溫天氣預(yù)案，如夏季高溫時(shí)可啟動(dòng)第二臺(tái)真空泵來(lái)維持真空度。目前兩臺(tái)機(jī)組都有迎峰度夏保電措施；（2）運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)凝汽器含氧量及電導(dǎo)參數(shù)，避免進(jìn)一步演化成不合格水質(zhì)，繼而危害機(jī)組正常運(yùn)行。目前外圍循環(huán)水取水口只添加殺菌的藥劑進(jìn)行除菌藻，可參考加裝鈦管除垢藥劑，防止有機(jī)微生物在鈦管內(nèi)壁滋生和無(wú)機(jī)垢的累積。同時(shí)在3、4號(hào)機(jī)組進(jìn)行大修時(shí)對(duì)凝汽器傳熱管板進(jìn)行全面清洗；（3）3、4號(hào)機(jī)組大修期間，編制對(duì)冷凝器進(jìn)行滿(mǎn)水查漏方案。消除CVI真空系統(tǒng)存在的漏點(diǎn)。在無(wú)法采用滿(mǎn)水查漏時(shí)，也可通過(guò)氦質(zhì)譜檢漏儀查漏。

3.2 真空降低的應(yīng)對(duì)措施

（1）對(duì)已知的漏點(diǎn)確定并能夠有效隔離，應(yīng)立即隔離故障部分設(shè)備；（2）對(duì)人員在線誤操作或操作不當(dāng)而造成真空下降，應(yīng)立即停止操作并恢復(fù)在線；（3）因一臺(tái)循環(huán)水泵跳閘引起的真空下降，應(yīng)立即降功率到50%并檢查跳閘循環(huán)水泵對(duì)應(yīng)抽氣管線上的電動(dòng)真空隔離閥關(guān)閉（CVI010VA），必要時(shí)關(guān)閉抽氣管線上的手動(dòng)隔離閥（CVI009VA），若兩臺(tái)循泵（CRF泵）跳閘立即停機(jī)；（4）軸封壓力不正常造成的真空下降，應(yīng)檢查主、輔助蒸汽供汽是否正常，必要時(shí)切換汽源；（5）若一臺(tái)運(yùn)行的CET風(fēng)機(jī)故障，需要啟動(dòng)另一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)，U型水封液位，若CET001ZV和CET002ZV都發(fā)生故障且短時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)時(shí)，主控操作員需要做好停機(jī)準(zhǔn)備；（6）如果CVI系統(tǒng)真空泵運(yùn)行不正常，當(dāng)CVI泵跳閘運(yùn)行后，確認(rèn)備用CVI泵能夠自動(dòng)啟動(dòng)，否則主控操作員需要立即手動(dòng)啟動(dòng)，避免真空惡化；（7）真空破壞閥CVI009VA和CVI010VA如果誤開(kāi)啟，應(yīng)立即關(guān)閉。正常期間真空破壞閥門(mén)應(yīng)保持行政隔離上鎖。

如果不能快速阻止真空下降或者真空下降原因不明，當(dāng)CVI泵入口壓力低于14KPa時(shí),確保備用CVI泵應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)，否則手動(dòng)啟泵。由于真空下降會(huì)導(dǎo)致循環(huán)效率降低，如果真空下降而發(fā)電機(jī)出力不變，消耗的熱能增多會(huì)導(dǎo)致核功率升高，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組超功率運(yùn)行。因此在真空有下降趨勢(shì)時(shí)，一方面對(duì)真空下降的原因進(jìn)行查找處理的同時(shí)，另一方面需要關(guān)注機(jī)組的核功率，如果機(jī)組核功率過(guò)高，應(yīng)降低發(fā)電機(jī)的出力，以維持機(jī)組正常功率及凝汽器真空。當(dāng)凝汽器真空低到22.5 KPa時(shí)，真空出現(xiàn)3低定值觸發(fā)報(bào)警時(shí),保護(hù)動(dòng)作跳機(jī),如果此時(shí)汽輪機(jī)未自動(dòng)停機(jī)，則應(yīng)手動(dòng)打閘。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)和電廠3、4#機(jī)組近年來(lái)發(fā)生的事件報(bào)告來(lái)分析了影響凝汽器真空下降的原因。針對(duì)性處理解決生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際遇到的問(wèn)題，如循環(huán)水溫度變化對(duì)凝汽器真空影響較為敏感，在日常運(yùn)行時(shí)要更加注意CVI系統(tǒng)冷卻水溫度變化防止真空變差。希望對(duì)核電廠運(yùn)行人員學(xué)習(xí)和操作有指導(dǎo)意義。文中在分析的真空下降過(guò)程中提及的真空異常特征有利于現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)出現(xiàn)真空異常后做出準(zhǔn)確判斷，根據(jù)提出的預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施，對(duì)日常維護(hù)真空系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和機(jī)組安全運(yùn)行有一定的幫助，保證真空系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和機(jī)組安全運(yùn)行。