鄧日華

中國原子能科學(xué)研究院 北京 102413

1 蒸汽發(fā)生器簡介

蒸汽發(fā)生器（SG）是核電廠中的重要關(guān)鍵設(shè)備之一，也是核動力裝置運行中發(fā)生故障最多的設(shè)備之一。CEFR的SG是熱傳輸系統(tǒng)介質(zhì)鈉和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)介質(zhì)水(蒸汽)之間的實體屏障，是快堆中避免發(fā)生鈉-水反應(yīng)的實體邊界。因此其安全可靠運行對于反應(yīng)堆裝置的安全運行有著非常重要的意義[1]。

2 主要運行工況簡介

快堆蒸汽發(fā)生器啟動工況主要包含水工況、水汽轉(zhuǎn)換工況、汽工況等。水工況指低功率下，蒸發(fā)器水側(cè)出入口均為液態(tài)水的工況。啟動過程中的汽工況指蒸發(fā)器出口為帶有一定過熱度蒸汽的工況，但過熱器未接通。當蒸發(fā)器水側(cè)出口由液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)換時的工況則稱為水汽轉(zhuǎn)換。穩(wěn)態(tài)發(fā)電運行時蒸發(fā)器是汽工況。計劃停堆的過程，按照從冷啟動過程的相反步驟進行。

3 蒸汽發(fā)生器運行經(jīng)驗反饋及優(yōu)化

CEFR蒸汽發(fā)生器中的介質(zhì)水在運行過程中具有相變，在鈉-水介質(zhì)間的傳熱過程中存在水與汽相變時的惡化點，由此引發(fā)的傳熱管疲勞破壞是蒸汽發(fā)生器設(shè)計和運行中的一個安全上的薄弱環(huán)節(jié)。另外，在啟動工況下，溫度較低的高壓給水瞬時注入將會對下管板造成較大的熱沖擊，對管子管板連接接頭將造成較大的熱沖擊應(yīng)力，如不限制，將加速接頭的密封失效和破損，造成嚴重后果[2]。

3.1 啟動工況

直流式蒸汽發(fā)生器啟動初期易出現(xiàn)水動力不穩(wěn)定現(xiàn)象，系統(tǒng)運行操作較為困難。因此，為減少啟動過程中熱沖擊和熱應(yīng)力，減少振動，須優(yōu)化啟動參數(shù)和啟動步驟。對于水工況的運行，主要反饋兩方面的問題：水工況建立和水工況下的SG壓力、流量調(diào)節(jié)方法。通過蒸發(fā)器進水操作建立水工況。另外兩個問題需要注意。首先，高壓的給水進入蒸發(fā)器時可能產(chǎn)生閃蒸對傳熱管造成熱沖擊。然后，進水時，蒸汽器內(nèi)壓力有一個上升過程，水流動的不穩(wěn)定性比較嚴重，會對蒸發(fā)器造成一定程度的損傷。關(guān)于蒸發(fā)器水汽轉(zhuǎn)換，本文主要反饋水汽轉(zhuǎn)換過程中系統(tǒng)的配合和水汽轉(zhuǎn)換過程中的合理的壓力、流量變化方法。水汽轉(zhuǎn)換過程中系統(tǒng)的配合，主要是啟動停堆冷卻系統(tǒng)的配合，容易出現(xiàn)啟動擴容器超壓，其安全閥起跳的現(xiàn)象[3]。

3.2 正常運行工況

CEFR蒸汽發(fā)生器給水流量的調(diào)節(jié)主要目標是維持其出口鈉溫穩(wěn)定，兼顧蒸汽出口過熱度。在反應(yīng)堆保護及限制定值中，當給水流量低于整定值時，將觸發(fā)斷路器斷開，導(dǎo)致緊急停堆。給水流量調(diào)節(jié)的目標除了維持蒸發(fā)器出口鈉溫穩(wěn)定之外，還需要兼顧蒸汽過熱度。這兩個目標在某些情況下可能難以同時滿足，必須改變運行參數(shù)。

3.3 蒸發(fā)器停運

在蒸發(fā)器停運過程中容易產(chǎn)生熱沖擊，可以從切斷給水和排汽充氮兩方面進行分析。

3.4 運行優(yōu)化

通過分析蒸發(fā)器在不同工況下運行操作中溫度壓力等，對CEFR三回路運行提出以下建議。

3.4.1 水工況

蒸發(fā)器進水前，為了避免閃蒸造成熱沖擊，暖管操作要將蒸發(fā)器壓力提升至接近除氧器壓力。

蒸發(fā)器進水后，通過限制啟動擴容器入口調(diào)節(jié)閥開度，迅速將蒸發(fā)器壓力提升，以減少壓力低時水流動的不穩(wěn)定性對蒸發(fā)器造成的損傷[4]。

水工況運行時，需要匹配地調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥與啟動擴容器入口調(diào)節(jié)閥，同時由啟擴減溫水量控制啟動擴容器壓力。因此建議增加啟動擴容器減溫水流量調(diào)節(jié)閥，并對啟動擴容器入口調(diào)節(jié)閥的控制邏輯進行修改。

3.4.2 水汽轉(zhuǎn)換工況

針對水汽轉(zhuǎn)換過程中啟動擴容器頻繁超壓的現(xiàn)象，建議水汽轉(zhuǎn)換前提前打開啟動擴容器減溫水調(diào)節(jié)閥。如果啟動擴容器壓力高于正常值，在水工況或旁排未投入的汽工況下，應(yīng)適當開大啟動擴容器減溫水調(diào)節(jié)閥，增加減溫水量，減小壓力。一旦轉(zhuǎn)入汽工況，應(yīng)迅速投入旁排。另外，從提高熱效率的角度考慮，建議此時關(guān)小減溫水調(diào)節(jié)閥，啟動擴容器壓力由啟動擴容器入口調(diào)節(jié)閥控制[5]。

細化、優(yōu)化水汽轉(zhuǎn)換過程中壓力流量的變化方法。具體調(diào)節(jié)應(yīng)通過配合調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速、給水調(diào)節(jié)閥開度、啟動擴容器水工況入口調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)給水流量和壓力。

水汽轉(zhuǎn)換降壓過程中，當含汽率使兩相流為彈狀流等不穩(wěn)定流型時，會對蒸發(fā)器傳熱管造成沖擊，因此建議快速降壓降流量通過此含汽率區(qū)域。

3.4.3 蒸發(fā)器正常運行工況

從反應(yīng)堆安全及穩(wěn)定運行的角度考慮，應(yīng)盡量維持給水調(diào)節(jié)閥壓差設(shè)計規(guī)定的運行范圍。另外應(yīng)注意，由于直流式蒸汽發(fā)生器的特點，當給水調(diào)節(jié)閥壓差較小時，不能使用降低給水泵轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)給水流量[6]。

從熱效率的角度考慮，給水調(diào)節(jié)還應(yīng)盡量維持較高的蒸汽過熱度，但是通過上文分析可知，三回路給水流量沒有可調(diào)整的空間。因此建議減小二回路流量到合理數(shù)值。

4 結(jié)語

蒸發(fā)器停運工情況針對給水中斷瞬間給蒸汽發(fā)生器傳熱管帶來的熱沖擊，建議實際運行中，將給水流量逐漸降低至最小流量，在蒸發(fā)器鈉側(cè)出口溫度上升幅度有限的情況下再停運給水泵。排汽充氮過程中，為了減小排產(chǎn)生閃蒸造成的熱沖擊，應(yīng)盡量減緩降壓速度[7]。