嚴(yán)穎第,王小信

(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

1 汽水分離再熱系統(tǒng) (GSS)簡介

該核電站選用的是東方電氣集團(tuán)ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的ArabelleTM1000 MW級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，機(jī)組配備有兩個(gè)完全對(duì)稱的一級(jí)分離、二級(jí)再熱的汽水分離再熱器 (MSR)，每臺(tái)汽水分離再熱器配有一個(gè)殼體疏水箱 (GSS103BA或GSS203BA)收集來自再熱器殼體及高壓排汽管疏水，兩個(gè)再熱器疏水箱 (一級(jí)再熱疏水箱GSS101BA或GSS201BA、二級(jí)再熱疏水箱GSS102BA或GSS202BA)收集再熱蒸汽凝結(jié)水。每一個(gè)疏水罐都有兩路疏水管線，分別是排向除氧器或高壓加熱器的正常疏水管線和排向凝汽器的應(yīng)急疏水管線;疏水調(diào)閥由疏水箱上的三個(gè)導(dǎo)波雷達(dá)式液位變送器測量信號(hào)控制 (見圖1)。

2 事件描述

2014年9月6日凌晨機(jī)組沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)過程中，將1級(jí)再熱器投運(yùn)后，現(xiàn)場巡檢人員發(fā)現(xiàn)汽水分離再熱器系統(tǒng)GSS101/201BA至6A/6B高加疏水管線振動(dòng)比較大，此時(shí)101/201BA疏水箱內(nèi)液位為0，正常疏水閥GSS161/261VL和應(yīng)急疏水閥GSS165/265VL都處于關(guān)閉狀態(tài)。主控人員切除1級(jí)再熱器后管道劇烈振動(dòng)現(xiàn)象消失，再次投運(yùn)1級(jí)再熱器后疏水管線劇烈振動(dòng)又再次出現(xiàn)，運(yùn)行一段時(shí)間后恢復(fù)正常。

圖1 汽水分離再熱系統(tǒng)簡圖Fig.1 Schematic of GSS

9月7日下午再次沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)投運(yùn)1級(jí)再熱器后發(fā)現(xiàn)正常疏水閥GSS161VL在疏水罐GSS101BA液位達(dá)到該閥門開啟液位時(shí)閥門無法開啟，經(jīng)現(xiàn)場巡檢人員檢查發(fā)現(xiàn)GSS161VL氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥軛斷裂 (見圖2)，且其電動(dòng)隔離閥GSS162VL電動(dòng)頭與蝸桿之間的法蘭震裂;整條正常疏水管線已經(jīng)無法完成疏水罐GSS101BA正常疏水功能。

圖2 GSS161VL損壞情況Fig.2 Damage of GSS161VL

3 原因分析

3.1 疏水閥動(dòng)作原理簡介

疏水罐GSS101BA收集MSR一級(jí)再熱器(見圖3)加熱蒸汽冷凝水 (汽輪機(jī)高壓缸抽汽進(jìn)入汽水分離再熱器1級(jí)再熱段加熱高壓缸的排氣凝結(jié)水)，當(dāng)疏水罐內(nèi)液位高于500 mm時(shí)，GSS161VL通過PI調(diào)節(jié)開啟，疏水進(jìn)入6號(hào)高壓加熱器;當(dāng)疏水罐液位高于600 mm時(shí)，緊急疏水閥GSS165VL調(diào)節(jié)開啟，疏水直接排向凝汽器。

3.2 原因分析

一級(jí)再熱器于9月3日左右正式投運(yùn)，之后機(jī)組分別經(jīng)歷了甩廠用電、打閘跳機(jī)等試驗(yàn)的特殊工況;9月6日一級(jí)再熱器再次投運(yùn)時(shí)，GSS161VL所在的正常疏水管線振動(dòng)比較劇烈，后續(xù)又經(jīng)過反復(fù)停運(yùn)和投運(yùn)驗(yàn)證，最后導(dǎo)致了閥門振動(dòng)損壞。根據(jù)調(diào)取的疏水罐GSS101BA液位歷史曲線發(fā)現(xiàn)，從9月4日汽機(jī)停機(jī)至9月5日，GSS101BA液位持續(xù)下降;9月5日下午液位到達(dá)0 m，此時(shí)距發(fā)生GSS161VL所在的正常疏水管線劇烈振動(dòng)還有約7 h的時(shí)間。可以推斷，隨著疏水罐內(nèi)及疏水管道內(nèi)水量的繼續(xù)減少，GSS161VL所在的正常疏水管線內(nèi)必定處于非滿水狀態(tài)。

9月6日凌晨汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后投運(yùn)1級(jí)再熱器，高壓缸的抽汽通過1級(jí)再熱器及101BA進(jìn)入疏水管線，整個(gè)疏水管線內(nèi)為汽液兩相的狀態(tài)。當(dāng)1級(jí)再熱器內(nèi)的疏水流入疏水管線后，由于疏水管線的管道布置為整體水平布置，且部分位置存在向上的傾角，在存在傾角的位置會(huì)產(chǎn)生水的聚集，聚集的水填滿管道，形成水團(tuán)時(shí)，會(huì)隔離上下游的蒸汽。水團(tuán)上游與高壓缸抽汽相通，相對(duì)參數(shù)較高，會(huì)推動(dòng)水團(tuán)向下游管道流動(dòng)，下游蒸汽受到水團(tuán)的擠壓，壓力不斷升高，當(dāng)下游蒸汽壓力被壓縮到大于上游壓力時(shí)，水團(tuán)破裂，下游蒸汽突破水團(tuán)進(jìn)入水團(tuán)上游，水團(tuán)快速進(jìn)入下游原來蒸汽占據(jù)的空間，遇到管道彎頭或關(guān)閉的閥門時(shí)發(fā)生劇烈撞擊，引起管道劇烈震動(dòng)，即水錘現(xiàn)象。反復(fù)周期性管道內(nèi)調(diào)閥處撞擊和疏水管線的劇烈振動(dòng)最終導(dǎo)致了閥門的損壞。

圖3 汽水分離再熱器一級(jí)再熱簡圖Fig.3 Schematic of MSR

根據(jù)以上現(xiàn)象及分析可知，1級(jí)疏水罐GSS101BA液位持續(xù)下降到0位以下，致使類似“V”型布置的正常疏水管線內(nèi)存在汽水兩相流體，兩相流體上游為高壓蒸汽，下游為封閉空間，反復(fù)作用產(chǎn)生水錘，最終導(dǎo)致正常疏水管線疏水調(diào)閥GSS161VL和電動(dòng)隔離閥GSS162VL損壞。1級(jí)疏水罐GSS101BA液位持續(xù)下降的可能原因如下:

(1)初始液位偏低

汽水分離再熱器系統(tǒng)1級(jí)再熱投運(yùn)前疏水罐GSS101BA液位偏低或罐內(nèi)沒有水，在1級(jí)再熱器投運(yùn)時(shí)高溫高壓蒸汽進(jìn)入疏水罐，疏水罐內(nèi)少量液體受熱閃蒸，然后疏水管道內(nèi)液體受熱變成蒸汽蒸發(fā)。

(2)閥門內(nèi)漏

正常情況下疏水隔離閥GSS162VL是打開的，如果疏水調(diào)閥GSS161VL內(nèi)漏，疏水罐GSS101BA及疏水管道內(nèi)液體會(huì)隨時(shí)間的推移逐漸流失，最終導(dǎo)致疏水罐空罐和疏水管道處于不滿水狀態(tài)。

(3)閃蒸

閃蒸主要是發(fā)生在疏水罐內(nèi)壓力迅速降低或者疏水罐內(nèi)壓力降為負(fù)壓時(shí)，疏水罐內(nèi)液體低壓汽化，并通過排汽管路排至凝汽器，導(dǎo)致液位突然下降或者連續(xù)性降低。

在機(jī)組停運(yùn)期間，1級(jí)再熱被長期隔離，GSS152VV、GSS252VV 關(guān) 閉，GSS103VL 開啟。此時(shí)，疏水罐GSS101BA、GSS201BA通過1級(jí)再熱器疏水管道、1級(jí)再熱供汽管道、1級(jí)再熱供汽管道疏水管路 (GSS103VL所在管線)與凝汽器聯(lián)通，疏水罐被抽成了負(fù)壓，疏水罐內(nèi)溫水閃蒸并排至凝汽器。該閃蒸過程比1級(jí)再熱器被突然隔離時(shí)要緩慢，但是會(huì)導(dǎo)致疏水罐內(nèi)液位緩慢下降，甚至下降至空罐狀態(tài)。

(4)導(dǎo)波雷達(dá)式液位探測器誤判與疏水閥誤動(dòng)

調(diào)取歷史曲線發(fā)現(xiàn)，在打閘停機(jī)或者汽輪機(jī)跳閘后，疏水罐液位會(huì)有一個(gè)突然升高的尖峰;這是由于打閘或跳機(jī)后1級(jí)再熱器高溫高壓疏水突然消失，且疏水罐轉(zhuǎn)向與凝汽器聯(lián)通，導(dǎo)致疏水罐內(nèi)閃蒸出攜有大量水珠的水蒸汽，帶有水珠的水蒸汽干擾了導(dǎo)波雷達(dá)式液位探測器，誤判為高液位。高液位誤判信號(hào)出現(xiàn)會(huì)觸發(fā)疏水閥快速開啟，高液位信號(hào)消失后又快速關(guān)閉，致使液位瞬間下降 (見圖4)。

圖4 汽輪機(jī)打閘時(shí)疏水罐液位變化曲線Fig.4 The trends of the drain tank level after turbine trip

4 總結(jié)與建議

4.1 總結(jié)

根據(jù)后續(xù)對(duì)閥門GSS161VL、GSS162VL驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，閥門嚴(yán)密性良好，不存在內(nèi)漏情況。結(jié)合主控疏水罐GSS101BA液位、閥門GSS161VL動(dòng)作曲線和現(xiàn)場現(xiàn)象，分析認(rèn)為GSS161VL振動(dòng)損壞的原因總結(jié)如下:

因調(diào)試試驗(yàn)需要汽輪機(jī)打閘，機(jī)組打閘后導(dǎo)波雷達(dá)液位探測器誤判觸發(fā)了液位高信號(hào)，短暫的液位高信號(hào)觸發(fā)了疏水閥GSS161VL短暫誤開啟，致使疏水罐GSS101BA液位下降到正常液位以下;

機(jī)組停運(yùn)后，1級(jí)再熱被隔離，凝汽器真空未被破壞，疏水罐GSS101BA通過1級(jí)再熱供汽管道疏水管路與凝汽器聯(lián)通，疏水罐液位繼續(xù)緩慢閃蒸至0 mm液位下;

機(jī)組再次沖轉(zhuǎn)啟動(dòng)，1級(jí)再熱投運(yùn)后大量熱蒸汽進(jìn)入GSS101BA及GSS161VL所在正常疏水管線，由于1級(jí)再熱正常疏水管線的 “V”型布置導(dǎo)致水錘的出現(xiàn)，疏水管線劇烈振動(dòng)導(dǎo)致閥門損壞;

其他疏水罐同樣發(fā)生了以上液位下降過程，但是由于多種因素使得其他疏水罐液位未能下降至0 mm液位以下，因此未發(fā)生與GSS161VL所在疏水管線相同的水錘和振動(dòng)。

4.2 改進(jìn)建議

選用能夠抗帶有大量水珠的蒸汽干擾的導(dǎo)波雷達(dá)式液位探測器或者換用其他類型的用于探測高溫高壓水的液位探測器，避免液位高信號(hào)誤觸發(fā);

修改調(diào)試和運(yùn)行規(guī)程，要求在每次啟動(dòng)再熱器前檢查確認(rèn)各疏水罐液位在正常范圍內(nèi)，當(dāng)液位偏低時(shí)，通過手動(dòng)補(bǔ)水方式將疏水罐液位補(bǔ)水至正常液位。

5 結(jié)束語

該文針對(duì)電廠實(shí)際發(fā)生的因管路劇烈振蕩導(dǎo)致的閥門損壞事件，從導(dǎo)波雷達(dá)工作原理、工藝管線布置、系統(tǒng)工藝機(jī)理等多方面分析，最終理順了事件發(fā)生的全過程，找到了管路振蕩的根本原因。后經(jīng)驗(yàn)證實(shí)踐，該機(jī)組未再發(fā)生同類事件，該經(jīng)驗(yàn)反饋不但保證了本機(jī)組后續(xù)GSS系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行工作的順利，還為后續(xù)機(jī)組提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。