(中核核電運行管理有限公司,浙江 嘉興 314300)
凝結(jié)水系統(tǒng)在核電廠中是非常重要的一個系統(tǒng),它接收汽輪機低壓汽缸和給水泵汽輪機的排汽,并將其冷凝成水,之后將凝結(jié)水輸送到低壓加熱器系統(tǒng),為相關(guān)系統(tǒng)提供所需的冷卻水。最重要的是,在汽輪機甩負荷和機組緊急跳閘時,接收旁路系統(tǒng)排放的大部分蒸汽,使SG仍能帶出反應(yīng)堆堆熱量,保證反應(yīng)堆的安全[1],其系統(tǒng)流程圖如圖1所示。
在機組啟動或者低負荷運行階段,凝結(jié)水流量小于額定值,凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)水流量,保證始終大于允許最小流量值的凝結(jié)水量通過凝結(jié)水泵和軸封加熱器,以帶走凝結(jié)水泵運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量,避免凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕,并保證汽輪機軸封漏氣在軸封加熱器內(nèi)正常凝結(jié)[2]。機組正常運行期間,凝結(jié)水系統(tǒng)通過凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥與旁路調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水流量不低于最小流量。機組正常運行時,尤其是再滿功率運行時,若因某些原因?qū)е履Y(jié)水主調(diào)節(jié)閥故障關(guān)小,必然會造成凝結(jié)水流量減少、除氧器水位下降、功率波動等異常情況,威脅機組安全穩(wěn)定運行[3]。
2017年7月29日23:15方家山核電站1號主控巡盤發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水流量降低,凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥(1CEX025VL)故障關(guān)小,當(dāng)班操作員通過KIC無法手動調(diào)整閥門開度,判斷凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥控制失效,遂立即降功率至700 MW,同時手動開啟凝結(jié)水副調(diào)節(jié)閥(1CEX026VL),維持除氧器液位?,F(xiàn)場破壞凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥中性點,維持凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥在24%開度,通過凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥維持除氧器液位。7月30日夜班,經(jīng)過維修儀控檢查確認,凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥故障的原因為閥門保位器卡件故障,通過TCA 旁通該卡件,目前凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥無閥門保位功能,凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥故障處理完畢,與電網(wǎng)溝通后,以3 MW/分的速率重新提升汽機功率至1030 MW。7月30日早班,監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥閥門持續(xù)關(guān)小(實際開度最低到36%,閥門需求開度100%),除氧器液位下降,緊急以5%速率降負荷至990 MW。在此期間,凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥閥門開度在36%~63%范圍內(nèi)大幅波動,主控將閥門投“手動”狀態(tài),但是無法控制閥門。令現(xiàn)場將閥門破壞中性點,將閥門鎖死在49%開度,通過凝結(jié)水副調(diào)節(jié)閥控制除氧器液位。狀態(tài)穩(wěn)定后,升功率至1030 MW匹配凝結(jié)水流量[4]。凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥閥位趨勢圖如圖2所示。
圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)流程圖Fig.1 Condensed water system flow chart
圖2 凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥閥位趨勢圖Fig.2 Condensate main regulating valve position trend chart
方家山核電站1號機組的凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥為失氣和失信號保位設(shè)計,來自DCS的控制信號首先送到信號比較器,通過信號比較器之后再送到定位器。信號比較器將控制信號與設(shè)定值比較,如果低于設(shè)定值則切斷電磁閥的供電。電磁閥安裝在保位閥的上游,如果電磁閥失電則保位閥失去氣源,保位動作。凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥控制回路如圖3所示。
圖3 凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥控制回路Fig.3 Condensate main regulating valve control loop
檢查第一次降功率事件過程的曲線,可以看到23:03左右,主調(diào)節(jié)閥控制指令已經(jīng)發(fā)出,但是主調(diào)節(jié)閥的實際閥位保持不變,此時應(yīng)該已經(jīng)觸發(fā)保位閥動作。由于氣缸存在微小外漏,閥門逐漸關(guān)小導(dǎo)致除氧器水位下降。后續(xù)事件過程中也可以看到閥位有時上升有時下降,應(yīng)該是保位閥時而動作,時而恢復(fù)。維修儀控檢查時發(fā)現(xiàn)信號比較器電路板接線插件松動,該接線即為向電磁閥供電的端子,拔動端子時電磁閥時而得電,時而失電,與故障現(xiàn)象吻合。在經(jīng)過處理之后,測試閥門動作正常,運行開始恢復(fù)功率操作。信號比較器接線插件焊點脫焊如圖4所示。
圖4 信號比較器接線焊點脫焊Fig.4 Welding point desoldering of signal comparator
第二次降功率事件時,過程和閥位波動幅度都明顯小于第一次。使用ValveLink軟件在線診斷測試,診斷曲線顯示閥門50%開度位置有異常,定位器輸出氣壓不平衡,除了下氣缸微小漏氣,懷疑還存在上下氣缸內(nèi)漏現(xiàn)象,上、下缸之間漏氣引起閥門振動從而導(dǎo)致閥位控制失效。
方家山核電站1號機組凝結(jié)水系統(tǒng)的工藝管道振動過大,導(dǎo)致機組運行后閥門定位器多次發(fā)生接線端子松脫、氣源管松脫及閥門定位器反饋損壞等現(xiàn)象。信號比較器已經(jīng)在閥門上運行很長時間,造成了焊腳松動。同時,由于閥門閥桿一直頻繁上下竄動,氣缸的活塞O形密封圈及下氣缸密封圈磨損較快,比預(yù)期壽命縮短很多,由此造成閥門氣缸易損件壽命減少,而機械專業(yè)對閥門本體易損件的定期更換項目是在閥門解體檢修時同時進行,頻度不夠。儀控專業(yè)也缺少對處于長期通電狀態(tài)下電磁閥等附件的定期更換項目[5]。
閥門定位器作為調(diào)節(jié)閥的一個主要附件,它是通過人為設(shè)定控制信號和閥位反饋信號形成的閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng),主要用于控制調(diào)節(jié)閥的閥位。在一些惡劣現(xiàn)場工況環(huán)境中,如過高、過低的環(huán)境溫度,閥門或管道存在強烈的震動,閥門定位器安裝在閥門上會失準,調(diào)節(jié)精度與壽命也會大大降低。方家山核電站1號機組凝結(jié)水系統(tǒng)中的閥門定位器多次發(fā)生接線端子松脫、氣源管松脫及閥門定位器反饋損壞等現(xiàn)象。因此,在換料大修期間,通過變更將一體式定位器更換為分體式定位器,將閥位傳感器安裝在閥門上,智能定位器本身單獨安裝在距閥門一定距離的,工況環(huán)境較好、振動較小的位置。
密封圈在凝結(jié)水系統(tǒng)主調(diào)節(jié)閥中主要作為氣缸的密封元件,防止氣體泄漏和損失。在方家山核電站1號機組中,凝結(jié)水系統(tǒng)主調(diào)節(jié)閥由于閥門閥桿一直頻繁上下竄動,氣缸的活塞O形密封圈及下氣缸密封圈磨損較快,造成氣缸漏氣?,F(xiàn)場通過更換氣缸活塞和下氣缸密封O形密封圈,消除了閥門氣缸漏氣缺陷。
凝結(jié)水流量通過主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥與副凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥進行控制。當(dāng)汽輪機負荷低于20%額定功率時,除氧器水位由副凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥控制,當(dāng)汽輪機負荷大于等于20%額定功率時,除氧器水位由主凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥控制,如圖5所示。
圖5 主旁閥切換控制Fig.5 Main side valve switching control
機組采用原控制方法時,在滿功率運行期間凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥在60%開度時振動較大,同時副凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥開度超過40%時振動較大,在40%開度范圍內(nèi)振動較小。在進行修改后,副凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥在閥門開度40%時進行限幅,采用主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。采用修改后的控制方法,在滿功率運行期間可以分擔(dān)通過主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的水流量,減小振動。此外,一旦發(fā)生主凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥故障關(guān)小的工況,副凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥仍有40%開度,可以留給運行人員反應(yīng)時間。最后,采用此控制方法后閥門振動幅度降為原來的20%。具體控制方法如圖6所示。
圖6 修改后主旁閥切換控制Fig.6 Modified main-side valve switching control
方家山核電站兩臺百萬千瓦機組凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥與副調(diào)節(jié)閥的切換邏輯為,當(dāng)給水流量大于2300 t/h時,在一分鐘內(nèi)旁閥向主閥切換,當(dāng)給水流量小于2000 t/h時,在一分鐘內(nèi)完成主閥向旁閥的切換。在機組滿功率運行狀態(tài)下,當(dāng)系統(tǒng)流量較大時,副凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥(1CEX026VL)閥門及其管道振動較大,為降低閥門及管道振動,保留之前的控制方式和切換邏輯,切換點分別由原來的2300 t/h、2000 t/h整體減小到1500 t/h、1200 t/h。即給水流量大于1500 t/h時,關(guān)閉副凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥(1CEX026VL);給水流量小于1200 t/h時,關(guān)閉主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥(1CEX025VL),通過降低旁閥的流量達到降低振動的目的。
在機組運行期間,除氧器水位調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)閥位振動情況,引起凝結(jié)水流量及壓力變化,對凝結(jié)水管道沖擊較大,管道受力變化較大,凝結(jié)水管道發(fā)生振動。經(jīng)過現(xiàn)場觀察與分析,凝結(jié)水管道振動的振動源主要來自于凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流組件上,若振動源不消除,工質(zhì)對凝結(jié)水管道的沖擊將持續(xù)存在,長此以往將加劇凝結(jié)水管道的振動,形成較大的安全隱患。對于調(diào)節(jié)閥治理措施上文已經(jīng)闡述,針對管道振動通過布置減振點,即通過安裝支架來進行處理。在主閥對應(yīng)管道上游安裝導(dǎo)向支架,下游安裝滑動支架。在旁閥對應(yīng)管道上游安裝導(dǎo)向支架,閥體位置安裝阻尼器,下游安裝滑動支架。凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥減振點布置如圖7所示。
通過對方家山百萬千瓦機組凝結(jié)水系統(tǒng)主調(diào)節(jié)閥(1CEX025)故障關(guān)小原因進行分析,對凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥與副調(diào)節(jié)閥進行了改造和完善,并對管道進行了減振處理,很大程度上減輕了閥門振動幅度,后續(xù)可考慮增加閥芯剛度更進一步減小閥門振幅。以上改進措施的實施,確保調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定運行。此經(jīng)驗可為同類型機組類似缺陷的處理提供很好的參考和借鑒。
圖7 凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥減振點布置示意圖Fig.7 Schematic diagram of damping point of condensate regulating valve