李勝利

中國核電江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222042

1 凝汽器水室抽真空系統(tǒng)功能和原理

電站機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)為直流供水系統(tǒng)，在循環(huán)水回水管線上設(shè)置虹吸井，利用虹吸原理降低循環(huán)水泵壓頭，達(dá)到節(jié)能降耗的目的[1]。由于利用了虹吸井，循環(huán)水流經(jīng)凝汽器后壓力降低到低于環(huán)境大氣壓力，且循環(huán)水經(jīng)過凝汽器吸收汽輪機(jī)乏汽的汽化潛熱，溫度升高，使得水中溶解空氣部分析出，這些析出的空氣絕大部分被循環(huán)水水流帶走，少部分滯留在凝汽器水室頂端，使循環(huán)水虹吸高度降低，凝汽器水室上部不滿水，部分冷凝管中循環(huán)水?dāng)嗔?，使凝汽器運(yùn)行換熱面積減小，造成凝汽器真空降低，并且凝汽器鈦管受到蒸汽沖刷，在沒有海水冷卻的情況下，壽命將下降。因此在凝汽器水側(cè)設(shè)置抽真空系統(tǒng)有下列兩個(gè)作用：

（1）用于循環(huán)水系統(tǒng)啟動(dòng)前對(duì)凝汽器水室進(jìn)行抽真空，建立虹吸并使循環(huán)水自流充水，降低循泵啟動(dòng)功率和電流；

（2）在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，用于抽出由于循環(huán)水溫度升高和虹吸的影響使壓力下降而游離釋放出來的空氣，防止水室頂部聚氣破壞虹吸效果，降低循環(huán)水流量。

2 凝汽器水室抽真空系統(tǒng)運(yùn)行原理

凝汽器水室真空系統(tǒng)由兩套并聯(lián)的抽氣系統(tǒng)和一個(gè)真空破壞系統(tǒng)組成。在每套抽氣系統(tǒng)中，有一臺(tái)液環(huán)式電動(dòng)真空泵、一臺(tái)汽水分離器、一臺(tái)真空罐。凝汽器水室頂部布置有抽氣管，匯集于抽氣母管；抽汽母管需在從抽氣母管經(jīng)真空襯膠隔膜閥分別至兩臺(tái)真空控制罐，每個(gè)真空泵前設(shè)置真空控制罐，保證溢出的循環(huán)水被容納，而不致污染真空泵閉合回路。之后在真空泵中進(jìn)行冷凝和壓縮，最后經(jīng)汽水分離器進(jìn)行汽水分離，在分離器內(nèi)冷凝的蒸汽落到分離器底部，被分離的空氣經(jīng)分離器出口排向大氣

3 凝汽器水室抽真空系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

（1）空氣在水中的溶解度，溫度越低，溶解度越高，所以冬春季節(jié)，電廠循環(huán)水中空氣含量較夏秋季節(jié)高；

（2）電站夏季時(shí)啟動(dòng)三臺(tái)循環(huán)水泵，向凝汽器供應(yīng)冷卻循環(huán)水，冬季因?yàn)楹Ｋ疁囟鹊?，只需要啟?dòng)兩臺(tái)循環(huán)水泵，循環(huán)水流量小，海水在凝汽器傳熱管中溫升更大，導(dǎo)致空氣析出更多[2]。

以上兩點(diǎn)原因?qū)е露簝杉灸魉視?huì)聚集更多空氣，水室抽真空系統(tǒng)啟動(dòng)更頻繁，以排出凝汽器水室頂部積聚的氣體。

4 凝汽器水室抽真空系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題及原因分析

在電站調(diào)試和運(yùn)行階段，凝汽器水室抽真空系統(tǒng)存在一系列問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法投運(yùn)自動(dòng)狀態(tài)，設(shè)備故障率高，系統(tǒng)無法長期可靠運(yùn)行，具體問題如下：

（1）水室頂端液位計(jì)不可靠。凝汽器每個(gè)水室頂端設(shè)置有一個(gè)磁翻板式就低液位計(jì)和兩個(gè)開關(guān)量液位計(jì)（分別為水室高低液位），系統(tǒng)邏輯以及主控操縱員通過水室開關(guān)量液位計(jì)判斷凝汽器水室水位，當(dāng)?shù)鸵何恍盘?hào)觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)或操縱員手動(dòng)啟動(dòng)水室真空泵，將聚集在凝汽器水室頂端的空氣抽走，當(dāng)高液位觸發(fā)時(shí)，停運(yùn)水室真空泵。然而當(dāng)前凝汽器水室液位計(jì)不可靠導(dǎo)致出現(xiàn)高低液位開關(guān)頻繁閃爍，高低液位開關(guān)同時(shí)觸發(fā)、啟動(dòng)水室真空泵后高液位觸發(fā)，停泵后低液位立即觸發(fā)，或則啟動(dòng)水室真空泵始終抽不出高液位等問題，嚴(yán)重干擾操縱員判斷以及自動(dòng)邏輯運(yùn)行。

究其原因，在于當(dāng)前使用的水室液位計(jì)不可靠，后續(xù)將更換為音差式液位計(jì)，待驗(yàn)證。

（2）凝汽器水室真空泵頻繁進(jìn)水。設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)凝汽器水室抽真空系統(tǒng)時(shí)，為防止海水被抽到真空泵體內(nèi)，在凝汽器水室頂端（稍低于廠房+8m）與水室真空泵（廠房+8m地面上1m）之間設(shè)置有10m倒U型水封管道，實(shí)際管道安裝也是滿足的，當(dāng)水室真空泵入口真空抽到100kPa，10m高的倒U型管道可保證絕對(duì)真空下海水無法越過倒U型水封進(jìn)入真空泵。

但是系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到水室真空泵抽真空時(shí)，管道中空氣和海水流速的影響，在不考慮管道阻力和壓差情況下，根據(jù)伯努利方程：

當(dāng)v1=14m/s時(shí)，空氣中攜帶的海水的動(dòng)能就可以克服重力勢能，從而將部分海水越過10m倒U型水封，導(dǎo)致水室真空泵進(jìn)水，由于水環(huán)式真空泵依靠變?nèi)莘e原理來排出氣體，水又是不可壓縮流體，真空泵進(jìn)水將導(dǎo)致泵體葉輪應(yīng)力大幅增加，產(chǎn)生金屬撞擊聲，泵體振動(dòng)急劇增大，如不及時(shí)停泵排水（真空控制罐只可儲(chǔ)存少量海水），真空泵將很快損壞。

5 凝汽器水室抽真空系統(tǒng)當(dāng)前問題的優(yōu)化方案

（1）關(guān)于水室液位計(jì)不可靠問題，通過將液位計(jì)型號(hào)更換為音差式液位計(jì)，效果明顯改善。

（2）關(guān)于水室真空泵進(jìn)海水問題。有以下幾種解決思路：

參考電廠的水室真空泵設(shè)備位置在廠房+24m或廠房+33m，與凝汽器水室上端高度差超過16m，且全部是上升管段，空氣中攜帶的海水無法克服重力勢能進(jìn)入真空泵，考慮到設(shè)備位置也已經(jīng)安裝好，且機(jī)組已經(jīng)發(fā)電運(yùn)行，難以通過此方式進(jìn)行解決；

（3）運(yùn)行優(yōu)化方式，在分析出水室真空泵進(jìn)水原因后，得出結(jié)論，只要將空氣流速限制在14m/s，其中攜帶的海水就無法克服重力勢能，從而被倒U型水封擋住無法進(jìn)入真空泵。在運(yùn)行操作中，原本是全打真空泵入口手動(dòng)閥啟泵，在優(yōu)化方案中，先將手動(dòng)閥關(guān)閉，啟動(dòng)真空泵后，緩慢打開真空泵入口手動(dòng)閥，通過實(shí)際驗(yàn)證，水室真空泵從之前每次啟泵必進(jìn)水，到現(xiàn)在基本不再進(jìn)水[3]。

（4）后續(xù)在倒U型水封上增加節(jié)流孔板（限制空氣流速），或者增加氣水分離裝置，從而保證系統(tǒng)能按照設(shè)計(jì)的自行運(yùn)行工況運(yùn)行。

綜上所述，電站凝汽器水室抽真空系統(tǒng)作為電站循環(huán)水系統(tǒng)可靠運(yùn)行的一環(huán)，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，通過分析當(dāng)前存在的問題，采取針對(duì)性的解決方案，可有效降低問題發(fā)生的頻率，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性