梅曉好， 宋放放， 賴強(qiáng)

（1.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司， 廣東 深圳， 518124； 2.東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000）

1 前言

核電廠給水系統(tǒng)除氧器主要有以下功能：

（1）向給水泵、 啟動(dòng)給水泵提供連續(xù)、 具有一定溫度、 流量的含氧量合格的給水；

（2）為給水泵提供足夠的有效凈吸入壓頭， 保證給水泵不發(fā)生汽蝕， 維持該泵正常運(yùn)行；

（3）為給水系統(tǒng)提供必要的給水儲(chǔ)備容量， 保證在蒸汽發(fā)生器給水需求量和供水能力短時(shí)間不協(xié)調(diào)時(shí)加以調(diào)節(jié)；

（4）接收循環(huán)中的工質(zhì)， 如高壓加熱器的放氣和疏水、 蒸汽發(fā)生器排污后的凝結(jié)水、 除氧器加熱源以及低壓給水器系統(tǒng)送來(lái)的凝結(jié)水等：

根據(jù)汽輪機(jī)不同的運(yùn)行工況， 除氧器采用不同的加熱蒸汽汽源對(duì)其內(nèi)部的水進(jìn)行加熱： 在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)， 利用輔助蒸汽分配系統(tǒng)對(duì)除氧器內(nèi)的水進(jìn)行加熱除氧， 由輔助蒸汽調(diào)節(jié)閥維持除氧器內(nèi)壓力； 在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)， 利用高壓缸抽汽（高壓抽排汽） 加熱除氧， 此時(shí)除氧器內(nèi)壓力取決于高壓缸的排汽壓力； 在汽機(jī)脫扣、 甩負(fù)荷、 低負(fù)荷等瞬態(tài)工況下使用主蒸汽維持除氧器壓力，以防止主給水泵發(fā)生汽蝕。

除氧器抽汽管道上設(shè)置有抽汽隔離閥、 抽汽止回閥。 抽汽管道閥門主要功能包括： 防止汽輪機(jī)進(jìn)水以及事故工況下隔離抽汽防止汽輪機(jī)超速。其可靠性會(huì)影響汽輪機(jī)設(shè)備的安全， 因此在機(jī)組運(yùn)行期間需要進(jìn)行閥門定期試驗(yàn)。

在閥門試驗(yàn)以及正常運(yùn)行期間， 現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)過抽汽隔離閥關(guān)閉后持續(xù)一段時(shí)間無(wú)法打開， 閥門重啟后， 除氧器壓力降低導(dǎo)致抽汽量增加， 引起核島熱功率超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的現(xiàn)象。

基于上述現(xiàn)象， 有必要詳細(xì)分析除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉時(shí)對(duì)機(jī)組功率的影響， 找出最合理的降功率數(shù)值。 在進(jìn)行定期試驗(yàn)或出現(xiàn)關(guān)閉瞬態(tài)時(shí)， 根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行機(jī)組降功率操作， 以保證機(jī)組、 設(shè)備以及系統(tǒng)安全。

2 分析思路及計(jì)算方法介紹

2.1 分析思路

除氧器抽汽回路閥門在關(guān)閉一段時(shí)間后又重新打開， 此時(shí)若機(jī)組電功率不變， 除氧器抽汽量迅速增加， 此種情況下核島熱功率也會(huì)迅速增加。為避免出現(xiàn)此處超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的問題， 要對(duì)如下3種工況進(jìn)行分析：

（1）閥門關(guān)閉時(shí)， 機(jī)組額定電功率不變對(duì)核島熱功率的影響；

（2）閥門關(guān)閉時(shí)， 核島熱功率不變對(duì)機(jī)組電功率的影響；

（3）閥門關(guān)閉后重新打開， 核島熱功率不變對(duì)機(jī)組電功率的影響。

2.2 計(jì)算方法

使用一種工程實(shí)用且精確度高的“核電廠汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)計(jì)算程序” 進(jìn)行系統(tǒng)熱平衡計(jì)算。其主要依據(jù)汽輪機(jī)變工況熱力性能特點(diǎn)， 通過建立核電站熱力數(shù)據(jù)庫(kù)， 采用汽輪機(jī)特征通流面積、汽輪機(jī)排汽焓值計(jì)算法和疏水平衡法等理論進(jìn)行分析計(jì)算。 建立的熱平衡圖模型如圖1 所示。

圖1 核電汽輪機(jī)熱平衡圖

3 除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉各工況計(jì)算分析

3.1 除氧器抽汽回路閥門關(guān)閉后重新抽汽量計(jì)算

除氧器抽汽管道閥門意外關(guān)閉后重啟， 假設(shè)機(jī)組功率不變， 除氧器抽汽量增加。

3.1.1 計(jì)算說明

將除氧器抽汽管道抽汽口至除氧器之間的閥門、 管道阻力簡(jiǎn)化為一孔板。 根據(jù)機(jī)組TMCR 工況參數(shù)， 按式（1）計(jì)算孔板孔徑。

式中， 相關(guān)參數(shù)說明見表1。

表1 孔板孔徑計(jì)算

當(dāng)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉冷卻一段時(shí)間后突然打開時(shí)， 計(jì)算可通過的最大蒸汽流量。

3.1.2 最大抽汽量計(jì)算

根據(jù)機(jī)組TMCR 工況熱平衡圖以及給水除氧器系統(tǒng)流程圖計(jì)算孔板孔徑結(jié)果見表1。

3.1.3 計(jì)算孔板可通過最大蒸汽流量

假設(shè)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后， 突然打開，在機(jī)組功率不變時(shí)， 除氧器抽汽管道可通過最大蒸汽流量見表2。

表2 抽汽流量計(jì)算

假設(shè)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后突然打開，機(jī)組功率不變， 至除氧器的蒸汽流量增加， 除氧器抽汽管道可通過的最大蒸汽流量為125.85 kg/s。

3.2 熱平衡計(jì)算

針對(duì)不同工況采用熱平衡計(jì)算程序進(jìn)行熱平衡計(jì)算。

（1）工況1： 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉時(shí)， 維持機(jī)組額定電功率不變。

機(jī)組在額定電功率下運(yùn)行， 若除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 機(jī)組功率仍保持1 086.9 MWe運(yùn)行，由于系統(tǒng)缺陷運(yùn)行， 機(jī)組所需蒸汽流量增加， 核島熱功率為2 930 MWt， 超過額定熱功率。

（2）工況2： 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉時(shí)， 維持核島熱功率不變。

除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 若保持核島額定熱功率約2 904 不變， 由于至除氧器的加熱蒸汽量為零， 進(jìn)入6 號(hào)高加的主給水溫度將降低， 相應(yīng)高壓缸至6 號(hào)高壓給水加熱器的抽汽量增加，同時(shí)由于機(jī)組系統(tǒng)缺陷運(yùn)行， 機(jī)組功率將降低至約1 075 MWe。

（3）工況3： 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后重新打開， 維持核島熱功率不變。

除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后穩(wěn)定在某一負(fù)荷運(yùn)行。 若該抽汽閥門重新打開， 至除氧器的蒸汽流量增加， 根據(jù)3.1 節(jié)估算該條件下蒸汽流量約為125.85 kg/s。 如果機(jī)組電功率保持不變， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 進(jìn)入高壓缸的蒸汽流量也相應(yīng)增加， 調(diào)節(jié)閥開度增大， 核島熱負(fù)荷也隨之增加。 抽汽閥門關(guān)閉后重新打開， 若保持核島額定熱功率約2 903 MWt不變， 機(jī)組系統(tǒng)缺陷運(yùn)行，功率將降低至約967.9 MWe。

4 結(jié)論

在除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉及重新打開時(shí)，從機(jī)組安全角度分析3 種假定工況下的高壓缸抽汽、 回?zé)嵯到y(tǒng)， 對(duì)比分析詳見表3。

表3 機(jī)組安全熱平衡工況計(jì)算結(jié)果對(duì)比

結(jié)合核電廠機(jī)組額定工況、 工況1、 工況2、工況3 熱平衡圖及表2 可知：

（1）工況1， 機(jī)組電功率仍保持1 086.9 MWe，由于除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 系統(tǒng)有缺陷運(yùn)行，該電功率下運(yùn)行需更多主蒸汽流量， 核島熱功率也增加至2 930 MWt， 核島已超過額定熱功率。

（2）工況2， 除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 為防止核島超額運(yùn)行， 將熱功率降至核島額定熱功率，系統(tǒng)缺陷運(yùn)行， 機(jī)組電功率降低至1 075.78 MWe。雖然工況2 的核島熱功率沒有超限， 但6～7 號(hào)高壓給水加熱器的熱負(fù)荷分別為額定工況的1.83 倍、1.22 倍， 且6 段抽汽管道的蒸汽流速為37.0 m/s，超過了NB/T 20193（核電廠常規(guī)島汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范）推薦濕蒸汽管道流速（20～35 m/s）上限。

（3）工況3， 機(jī)組在除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉條件下運(yùn)行， 若該抽汽閥門重新打開， 至除氧器的最大蒸汽流量約為125.85 kg/s（該流量為最大極限流量）。 如機(jī)組功率維持額定功率不變， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 進(jìn)入高壓缸的蒸汽流量也相應(yīng)增加， 調(diào)節(jié)閥開度增大， 核島熱負(fù)荷也隨之增加。 若保持核島熱功率不變， 機(jī)組功率需降低至967.9 MWe。

因此， 從機(jī)組安全方面考慮， 當(dāng)除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉， 建議將機(jī)組電功率降至967.9 MWe， 可避免除氧器抽汽管道閥門關(guān)閉后重新開啟的瞬態(tài)下核島熱功率超過設(shè)計(jì)值的風(fēng)險(xiǎn)。