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        華龍一號(hào)發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)差異分析及優(yōu)化建議

        2020-10-21 13:04:41黃盼李秋實(shí)潘冠旭嚴(yán)浩東任旭東龔貴輝
        關(guān)鍵詞:差異分析華龍一號(hào)優(yōu)化建議

        黃盼 李秋實(shí) 潘冠旭 嚴(yán)浩東 任旭東 龔貴輝

        摘要:HPR1000華龍一號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)作為核電廠汽輪發(fā)電機(jī)的重要輔助系統(tǒng)之一,其可靠穩(wěn)定運(yùn)行是保證發(fā)電機(jī)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵,由于華龍一號(hào)定子冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)上和M310機(jī)組存在較大差異,本文就福清核電發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)華龍一號(hào)機(jī)組和M310機(jī)組系統(tǒng)工藝流程、邏輯兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比、分析和總結(jié),并對(duì)系統(tǒng)調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的問題提出進(jìn)一步可優(yōu)化建議,從而充分理解系統(tǒng)差異性,提高后續(xù)系統(tǒng)對(duì)后續(xù)華龍一號(hào)機(jī)組定子冷卻水系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性都有一定的借鑒和參考意義。

        關(guān)鍵詞:華龍一號(hào);定子冷卻水系統(tǒng);差異分析;工藝流程;邏輯;優(yōu)化建議

        福清核電5號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行冷卻,該冷卻是通過低電導(dǎo)率的除鹽水不間斷地在定子線圈中循環(huán),將線圈中產(chǎn)生的熱量帶走來實(shí)現(xiàn)的。定子冷卻水系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)并控制進(jìn)入定子線圈的水電導(dǎo)率、溫度、壓力和流量等參數(shù)。確保發(fā)電機(jī)在額定氫壓下安全運(yùn)行,避免定子冷卻水泄露進(jìn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

        1 系統(tǒng)工藝流程差異

        1.1 總流量測(cè)量?jī)x表位置差異

        總流量?jī)x表位置由發(fā)電機(jī)出水口改為發(fā)電機(jī)入水口,并由3個(gè)SD,1個(gè)MD改為3個(gè)MD。

        分析:總流量測(cè)量由發(fā)電機(jī)出水口改為入水口,減少了系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電機(jī)和水箱引起的流量損失,使測(cè)量數(shù)值更加接近系統(tǒng)運(yùn)行總流量。

        1.2 增加流量測(cè)量裝置

        分析:TGC增加了測(cè)流裝置,介紹如下:

        通過增加測(cè)流裝置,在進(jìn)行流量調(diào)整時(shí),可以直接在壓差流量計(jì)上進(jìn)行讀數(shù),省去了使用超聲波流量計(jì)的步驟,福清核電超聲波流量計(jì)安裝使用過程復(fù)雜,其安裝需要將兩塊測(cè)量傳感器固定在管道上,并需保持在一條直線上,而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,管道震動(dòng)將影響模塊固定,會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)存在波動(dòng),同時(shí)如使用不規(guī)范也很容易造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差,通過增加管道流量裝置大大優(yōu)化了測(cè)流流程和提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性,減小了調(diào)試的工作量和提高了流量分配試驗(yàn)流量測(cè)量準(zhǔn)確性,同時(shí)方便后續(xù)流量巡檢工作,提高了后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

        同時(shí)測(cè)流儀表關(guān)聯(lián)相應(yīng)的報(bào)警,當(dāng)流量低時(shí)會(huì)觸發(fā)主控報(bào)警,提高了系統(tǒng)的安全性。若不進(jìn)行流量調(diào)整,流量過低將導(dǎo)致相應(yīng)回路水溫上升。

        1.3 系統(tǒng)進(jìn)水壓力流量調(diào)節(jié)差異

        發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)管線交叉復(fù)雜,每條管線都有設(shè)流量要求,M310機(jī)組發(fā)電機(jī)定子進(jìn)水壓力通過流量孔板對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)水進(jìn)行減壓和流量調(diào)整,華龍機(jī)組改為了壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量壓力調(diào)整。

        分析:發(fā)電機(jī)定子線圈進(jìn)水壓力流量調(diào)節(jié)由原先的節(jié)流孔板減壓改為安裝在發(fā)電機(jī)定子入水管上的壓力調(diào)節(jié)閥TGC002VD來設(shè)置。TGC002VD為手動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥,可通過改變被調(diào)介質(zhì)(如液體、氣體、蒸汽等)的流量,使被控工藝參數(shù)(溫度、流量、液位等)保持在給定值,通過壓力調(diào)節(jié)閥,系統(tǒng)進(jìn)水壓力流量由原先固定壓降變?yōu)榭烧{(diào)壓降,在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)壓力不滿足時(shí),可通過壓力調(diào)節(jié)閥對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),而流量孔板只有在系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)才可拆卸進(jìn)行調(diào)整。

        2 邏輯差異

        2.1 保留保留密封油-氫氣差壓過低跳機(jī)信號(hào)

        分析:密封油-氫氣差壓過低狀況出現(xiàn)時(shí),提示發(fā)電機(jī)密封瓦處或密封油系統(tǒng)存在其內(nèi)部自保護(hù)過程無(wú)法修復(fù)的缺陷,此時(shí)發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)密封瓦處氫氣密封失效,造成氫氣從發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩端沿密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的間隙大量向外泄漏,從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)處于極端不安全運(yùn)行狀態(tài)。因此,當(dāng)密封油-氫氣差壓過低時(shí),應(yīng)及時(shí)發(fā)出跳機(jī)信號(hào),提出緊急停機(jī)消缺的需求

        2.2 保留定子冷卻水流量過低跳機(jī)信號(hào)

        分析:定子冷卻水流量過低狀況出現(xiàn)時(shí),提示發(fā)電機(jī)定子線圈空心線棒冷卻水流量嚴(yán)重不足,此時(shí)由于發(fā)電機(jī)定子線圈的熱損耗不能被冷卻水及時(shí)帶走,可能造成發(fā)電機(jī)定子線圈極度過熱,進(jìn)一步造成其外包絕緣層受損,從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重故障。因此,當(dāng)定子冷卻水流量過低時(shí),應(yīng)及時(shí)發(fā)出跳機(jī)信號(hào),提出緊急停機(jī)消缺的需求。

        3 優(yōu)化建議

        3.1 增加一臺(tái)定子冷卻水泵

        分析:目前5號(hào)機(jī)TGC定子冷卻水系統(tǒng)采用的是2臺(tái)定子冷卻水泵,一用一備,當(dāng)出現(xiàn)特殊情況,如當(dāng)一臺(tái)定子冷卻水泵在故障檢修時(shí),主用泵就失去了備用,將違法運(yùn)行技術(shù)規(guī)范,根據(jù)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范需將機(jī)組需降功率運(yùn)行,若此時(shí)運(yùn)行泵發(fā)生故障,將必定引起跳機(jī),根據(jù)參考秦山方家山核電定子冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行模式,目前福清核電3號(hào)機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)在302大修期間通過技改已經(jīng)成功新增了一臺(tái)定子冷卻水泵,3GST101/201/301PO之間可實(shí)現(xiàn)互相連鎖,在后續(xù)大修計(jì)劃將對(duì)其余機(jī)組進(jìn)行整改。

        通過增加一臺(tái)定子冷卻水泵,當(dāng)一臺(tái)泵在故障或檢修時(shí),還有一臺(tái)泵可充當(dāng)備用,避免了系統(tǒng)降功率,也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和冗余度。

        3.2 增加系統(tǒng)除氣裝置

        可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行除氣優(yōu)化:

        方法1:消除發(fā)電機(jī)水箱吸氣旋渦

        發(fā)電機(jī)定子冷卻水箱正常水位是處于中間位置,當(dāng)水箱進(jìn)水與排水造成渦流時(shí)就可能會(huì)將水箱內(nèi)部氣體卷入回水管道,從而引起系統(tǒng)流量的變化,根據(jù)華龍一號(hào)定子冷卻水箱設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為8m?/h左右,入口管道為DN50的管道,計(jì)算入口流速為:

        v=q/s=(8/3600)/(3.14×0.025×0.025)=1.132 m/s

        其雷諾數(shù)Re=ρvd/μ=1000×1.132×0.05/0.001003=56430>2500

        通過計(jì)算可知,該速度的水流進(jìn)入水箱的水很可能為湍流狀態(tài)[2],形成吸氣旋渦,導(dǎo)致系統(tǒng)吸氣量增加,雖沒有直接證據(jù)證明驗(yàn)證,但為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生,可以考慮對(duì)水箱內(nèi)部進(jìn)行改造,增加消渦板[3]減小旋渦的形成,同時(shí)在進(jìn)水排氣初期可適當(dāng)調(diào)高水箱液位高度,減小入口管道沖擊引入的含氣量,但不能高于報(bào)警高度水箱液位80%,液位過高會(huì)引起氣體流量計(jì)TGC001QD、真空泵TGC003PO、減壓閥TGC002VZ、壓力控制閥TGC303VY? TGC304VY存在進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)。

        3.3 水泵入口增加錐形過濾器

        在5號(hào)機(jī)TGC系統(tǒng)調(diào)試程序《除定子線圈外的沖洗及初步調(diào)試中》,沖洗過程中系統(tǒng)只安裝了一個(gè)發(fā)電機(jī)旁路過濾器,在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上發(fā)電機(jī)出口管道均未設(shè)置正式或臨時(shí)濾網(wǎng),在管道安裝焊接的過程中可能會(huì)產(chǎn)生大量的可溶紙,在系統(tǒng)首次沖洗試車時(shí)會(huì)使旁路過濾器后的管道中異物直接沖洗進(jìn)定子冷卻水泵,導(dǎo)致泵葉輪卡死,只能對(duì)泵進(jìn)行拆卸檢修,會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試工期,建議在系統(tǒng)泵入口垂直管道上安裝正式或臨時(shí)的錐形過濾網(wǎng),錐形過濾網(wǎng)會(huì)使異物攔截在濾網(wǎng)底部,不會(huì)影響系統(tǒng)流量,安裝濾網(wǎng)后會(huì)大大優(yōu)化系統(tǒng)沖洗試車等工作。

        4 結(jié)語(yǔ):

        發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行至關(guān)重要,若差異性未充分了解將可能對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生重大影響,根據(jù)分析可知在華龍一號(hào)定子冷卻水系統(tǒng)工藝流上在M310機(jī)組上進(jìn)行了更進(jìn)一步優(yōu)化,但還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間,邏輯方面保留了油氫差壓過低跳機(jī)信號(hào)、定子冷卻水流量過低跳機(jī)信號(hào),該兩處跳機(jī)信號(hào)的設(shè)置充分考慮了發(fā)電機(jī)組安全、可靠運(yùn)行的需求。

        參考文獻(xiàn):

        [1]周林林, 盧 揚(yáng), 石 剛發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)流量波動(dòng)問題的分析與處理[A]大機(jī)電技術(shù)2018,(5) 73-47.

        [2]趙朝林.如何判斷層流和湍流[J]. 醫(yī)院物理,1992, 9(3): 41-43.

        [3]黨媛媛, 韓昌海. 進(jìn)水口漩渦問題研究綜述[J] 水利水電科技進(jìn)展, 2009 (1) 90-94.

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