趙高玉

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

0 引言

秦山320 MW核電機(jī)組是中國(guó)內(nèi)陸首臺(tái)核電機(jī)組，坐落在杭州灣畔。汽輪發(fā)電機(jī)是雙水內(nèi)冷的空-水-水冷系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)空冷器的冷卻水由杭州灣海水直接供應(yīng)。根據(jù)近年來(lái)機(jī)組運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：發(fā)電機(jī)空冷器在春、冬季節(jié)容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，尤其是在梅雨季節(jié)空氣濕度高達(dá)95.0%及以上，這種現(xiàn)象更為明顯；給汽輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行工作帶來(lái)了潛在隱患。

1 0320MW核電汽輪發(fā)電機(jī)空氣冷卻系統(tǒng)工作原理

圖1為發(fā)電機(jī)空氣冷卻系統(tǒng)圖。發(fā)電機(jī)空氣冷卻系統(tǒng)是由安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的風(fēng)扇、八組空氣冷卻器、進(jìn)風(fēng)室、回風(fēng)室及定轉(zhuǎn)子間隙組成。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，兩端風(fēng)扇跟隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同步高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)周圍空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的空隙，使發(fā)電機(jī)兩側(cè)A區(qū)形成負(fù)壓區(qū)，將C區(qū)的冷卻空氣吸入A區(qū)，然后經(jīng)過(guò)兩側(cè)風(fēng)扇送到D區(qū)。在風(fēng)扇的作用下，D區(qū)風(fēng)壓為正壓，分三路進(jìn)入發(fā)電機(jī)本體內(nèi)部，一路進(jìn)入氣隙，吹拂轉(zhuǎn)子表面，經(jīng)定子鐵芯徑向通風(fēng)道流向鐵芯背部，冷卻定子鐵芯；一路經(jīng)磁屏蔽徑向通風(fēng)道冷卻端部結(jié)構(gòu)件；第三路冷卻氣體經(jīng)定子線圈端部空間沿機(jī)座外壁上的通風(fēng)孔進(jìn)入定子鐵芯背部空間。三路氣體由機(jī)座出風(fēng)口進(jìn)入熱風(fēng)道B區(qū)，被空氣冷卻器冷卻，回到C區(qū)。如此循環(huán)，構(gòu)成一個(gè)封閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的冷卻。

圖1 發(fā)電機(jī)空氣冷卻系統(tǒng)圖

2 發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露原因分析

2.1 空氣發(fā)生結(jié)露的原理

空氣由干空氣和水蒸氣兩部分組成。當(dāng)空氣相對(duì)濕度較小時(shí)，大氣中水蒸氣的含量少，根據(jù)分壓原理，水蒸氣分壓低，相對(duì)應(yīng)的飽和溫度低[1]。當(dāng)空氣溫度大于水蒸氣飽和溫度時(shí)，空氣還能吸收水分，不會(huì)結(jié)露。如圖2所示，如果空氣中水蒸氣含量不變，對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，將從狀態(tài)點(diǎn)0變至點(diǎn)1，此時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。繼續(xù)降低溫度，到達(dá)點(diǎn)2，則空氣溫度等于水蒸氣分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，相對(duì)濕度達(dá)到100%，空氣將不能吸收水分。達(dá)到點(diǎn)2后，若再進(jìn)一步降溫，此時(shí)濕空氣總處于飽和狀態(tài)，沿飽和線向濕度減小、溫度降低的方向變化，水蒸氣不斷冷凝析出[2]。

圖2 濕空氣冷卻去濕過(guò)程圖

2.2 空冷器結(jié)露原因分析

發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)理論上屬于密閉系統(tǒng)，但由于密封性低的原因，發(fā)電機(jī)外的空氣會(huì)進(jìn)入發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)。在空冷器小室有多處漏風(fēng)點(diǎn)，如在墻體和補(bǔ)風(fēng)口結(jié)合的部位、冷卻水管與墻體結(jié)合的部位以及空冷小室隔離門等部位均有漏點(diǎn)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，外部空氣經(jīng)漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)入發(fā)電機(jī)空冷器內(nèi)，增大了空冷器內(nèi)冷卻空氣的濕度，極端情況下機(jī)內(nèi)與機(jī)外的空氣絕對(duì)濕度基本相等。因此，在空氣濕度較高或梅雨季節(jié)，大量潮濕空氣進(jìn)入空冷系統(tǒng)，水蒸氣分壓力增大，露點(diǎn)溫度上升，在同樣的冷卻換熱條件下，冷卻后的空氣溫度將低于露點(diǎn)溫度，冷卻空氣中的水蒸汽將冷凝析出，在空冷器冷卻管外壁結(jié)露。

空冷器管壁表面的結(jié)露水珠在重力作用下將滴落空冷小室地面，由于空冷系統(tǒng)不嚴(yán)密，機(jī)外的濕空氣也將源源不斷地進(jìn)入空冷系統(tǒng)，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)小室內(nèi)積水，引起濕度差動(dòng)檢漏儀誤報(bào)，并對(duì)發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子線圈絕緣壽命帶來(lái)不利影響。

2.3 空冷器結(jié)露溫度計(jì)算

為了進(jìn)一步證明空冷器表面結(jié)露原因，對(duì)廠房?jī)?nèi)結(jié)露的溫度，按照如下模式展開運(yùn)算：

（1）飽和水蒸氣壓力Ps根據(jù)廠房?jī)?nèi)溫度在表1中可獲得；

表1 不同溫度下的飽和水蒸汽壓P s

（2）由廠房?jī)?nèi)相對(duì)濕度U與飽和水蒸氣壓Ps的乘積作為水蒸氣分壓Ps；

（3）由水蒸氣分壓Ps在表1中查找得到露點(diǎn)溫度。對(duì)比露點(diǎn)溫度與經(jīng)海水冷卻后的空氣溫度大小，判斷是否結(jié)露。

以本年度2月18日發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露為實(shí)踐案例運(yùn)算。發(fā)電機(jī)空冷小室C區(qū)實(shí)際溫度約22℃，相對(duì)濕度約80%，空冷器海水實(shí)際溫度為11℃，針對(duì)露點(diǎn)溫度求數(shù)值：

（1）在表1里發(fā)電機(jī)空冷小室C區(qū)溫度22℃對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓Ps值為19.82 mmHg；

（2）運(yùn)算水蒸氣分壓；

（3）求露點(diǎn)溫度。

a.在表1里找到，水蒸汽分壓Ps=15.8560 mmHg。這個(gè)方面前后相鄰分布的兩個(gè)點(diǎn)（t1，P1）、（t2，P2）依次是（18，15.47）、（19，16.47）；

b.由兩點(diǎn)線性插值，建立方程：

即露點(diǎn)溫度t：

c.把有效數(shù)值帶入，

因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度18.614℃>海水溫度11℃，所以發(fā)生了結(jié)露現(xiàn)象[2]。

用上述同樣的方法，計(jì)算出發(fā)電機(jī)空冷小室C區(qū)溫度約22℃，相對(duì)濕度約70%和60%時(shí)的結(jié)露溫度分別為16.27℃和13.88℃。與空冷器海水溫度表2中的海水溫度比較，發(fā)現(xiàn)空冷器結(jié)露最有可能發(fā)生的月份為1月、2月、3月、4月、11月、12月。

表2 空冷器海水溫度

3 防止結(jié)露的方法

3.1 加強(qiáng)空冷系統(tǒng)的密封，減少水蒸氣的進(jìn)入

從上面分析可知，發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露的主要原因是空冷系統(tǒng)密閉性差，系統(tǒng)外的大量濕空氣進(jìn)入。因此，加強(qiáng)空冷系統(tǒng)的密閉性可有效控制結(jié)露現(xiàn)象。在機(jī)組停堆換料期間，發(fā)電機(jī)停運(yùn)后可將空冷系統(tǒng)的各處漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行封堵，并用防水涂料粉刷墻體，盡量減少空冷系統(tǒng)空氣與外界空氣對(duì)流。在機(jī)組運(yùn)行期間，汽輪機(jī)廠房外空氣濕度較大時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉汽輪機(jī)廠房窗戶，停止屋頂風(fēng)機(jī)，盡量減少濕空氣對(duì)流，避免發(fā)電機(jī)小室結(jié)露。

3.2 適當(dāng)減少發(fā)電機(jī)空冷器冷卻水量

可降低空冷器冷卻效果，將冷卻空氣溫度控制在露點(diǎn)溫度以上，能有效防止結(jié)露。為此，可減少流過(guò)空冷器的冷卻海水流量，降低冷卻效果，提高空冷器管表溫度。但是空冷系統(tǒng)的目的在于冷卻發(fā)電機(jī)鐵芯及線圈，減少發(fā)電機(jī)空冷器冷卻水量，將會(huì)引起發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度升高。如果發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高，發(fā)電機(jī)鐵芯熱量不能及時(shí)散熱帶出，發(fā)電機(jī)絕緣將會(huì)因溫度過(guò)高而加速老化。相反，發(fā)電機(jī)空冷器會(huì)結(jié)露。

3.3 對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)空氣進(jìn)行除濕干燥

上述兩種防止結(jié)露的方法（減少水蒸氣進(jìn)入或控制冷卻海水量）在發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露不嚴(yán)重的情況下，實(shí)際工作中可收到較好的效果，但是在梅雨季節(jié)或者冬季海水溫度較低時(shí)發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露現(xiàn)象還是無(wú)法有效的控制。因此，借鑒發(fā)電機(jī)封閉母線的空氣干燥裝置的除濕功能，建議在發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)中安裝一套空氣除濕裝置來(lái)控制發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露的現(xiàn)象。

表3 環(huán)境空氣濕度

發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)空氣除濕裝置的功能是用以清除發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻空氣中的水分。在發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)A區(qū)和B區(qū)安裝濕度監(jiān)測(cè)儀可實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)出發(fā)電機(jī)空氣的相對(duì)濕度。由B區(qū)的濕度監(jiān)測(cè)儀控制循環(huán)風(fēng)機(jī)啟停，當(dāng)B區(qū)空氣濕度大于50%時(shí)，B區(qū)濕度監(jiān)測(cè)儀向循環(huán)風(fēng)機(jī)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，循環(huán)風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)，除濕裝置開始從B區(qū)吸入濕空氣，然后送入吸附式干燥器，最后，將干燥的空氣返回至A區(qū)。當(dāng)B區(qū)空氣濕度小于40%時(shí)，B區(qū)濕度監(jiān)測(cè)儀向循環(huán)風(fēng)機(jī)發(fā)送停止信號(hào)，循環(huán)風(fēng)機(jī)自動(dòng)停運(yùn)，發(fā)電機(jī)空氣除濕裝置示意圖如圖3所示。

圖3 發(fā)電機(jī)空氣除濕裝置圖

吸附式干燥器的旁路閥可以隔離干燥器，在空冷系統(tǒng)空冷器海水流量調(diào)至最小時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)空氣仍然較低，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)除濕裝置分流熱風(fēng)室B中的空氣，不經(jīng)空冷器直接送到發(fā)電機(jī)A區(qū)。路徑為發(fā)電機(jī)B區(qū)—循環(huán)風(fēng)機(jī)—吸附式干燥器旁路閥—發(fā)電機(jī)A區(qū)。

4 結(jié)論

發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)結(jié)露標(biāo)志著發(fā)電機(jī)內(nèi)部冷卻空氣濕度較大，潮濕空氣會(huì)降低發(fā)電機(jī)定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組之間的絕緣電阻，絕緣電阻降低會(huì)增強(qiáng)繞組之間的電場(chǎng)，造成繞組絕緣老化，嚴(yán)重時(shí)繞組絕緣被擊穿造成發(fā)電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子繞組短路，影響發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。

要徹底解決發(fā)電機(jī)空冷器結(jié)露問(wèn)題，防止隱患威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)發(fā)電機(jī)封閉母線空氣干燥裝置的高效、穩(wěn)定運(yùn)行情況，建議在下次機(jī)組停堆換料期間，在發(fā)電機(jī)空冷系統(tǒng)安裝除濕裝置。