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        華龍一號輔助蒸汽分配系統(tǒng)調(diào)試缺陷分析及解決措施

        2023-10-18 06:38:04中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司
        電力設(shè)備管理 2023年18期
        關(guān)鍵詞:閥門調(diào)試系統(tǒng)

        中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司 李 旭

        華龍一號機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)是核電站在啟動過程中的重要熱源,該系統(tǒng)在機(jī)組調(diào)試階段,其可靠性以及穩(wěn)定性是保證機(jī)組能夠順利啟動的關(guān)鍵之一。因華龍一號系統(tǒng)在設(shè)計過程中,與其他三代核電機(jī)組存在一定差異性,所以有必要對于其輔助蒸汽分配系統(tǒng)的調(diào)試缺陷進(jìn)行額外的分析,并且提出相應(yīng)的解決措施,希望能夠為日后系統(tǒng)的調(diào)試運行提供更多的幫助。

        華龍一號是由中核集團(tuán)以及中廣核集團(tuán),根據(jù)日本福島核事故經(jīng)驗反饋結(jié)果而自主研發(fā)的一種,具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國的三代百萬千瓦級壓水堆核電技術(shù)。對于核電廠來說,在進(jìn)行正式使用之前,其最為重要的一個階段就是調(diào)試,其主要的責(zé)任就是承擔(dān)核電廠建造,以及運行這兩個最為重要的階段。調(diào)試的目的其實是為了能夠?qū)⒑穗姀S已經(jīng)完全安裝好的各個部件,在進(jìn)行正式使用之前進(jìn)行最后的性能檢驗,以此來有效的確保整個系統(tǒng)是完全符合設(shè)計要求,同時也能夠滿足其運行的性能標(biāo)準(zhǔn)的[1]。

        對于整個調(diào)試過程進(jìn)行階段性的劃分是非常有必要的,其數(shù)目和規(guī)模直接取決于安全要求、技術(shù)要求以及管理要求。在對于調(diào)試過程進(jìn)行階段性劃分時,必須指明在每一個階段當(dāng)中都需要完成相應(yīng)的試驗,并且要確定在繼續(xù)下一個階段試驗之前,所有的試驗結(jié)果都能夠通過審查。在完成了對前一個階段調(diào)試結(jié)果的評價,以及監(jiān)督并且確認(rèn)所有的目標(biāo),能夠滿足安全管理要求的基礎(chǔ)條件之后,才能夠允許開展下一個階段的調(diào)試試驗工作。而在本文當(dāng)中所研究的重點則是針對輔助蒸汽分配系統(tǒng)在調(diào)試時,容易存在的缺陷進(jìn)行有效的分析,并且提出一定的解決措施,希望能夠為相關(guān)工作人員提供一定的幫助。

        1 系統(tǒng)運行概述

        每臺“華龍一號”機(jī)組每年清潔發(fā)電近100億kWh,能夠滿足中等發(fā)達(dá)國家100萬人口的生產(chǎn)生活年度用電需求;同時,相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗312萬t,減少二氧化碳排放816萬t,相當(dāng)于植樹造林7000萬棵。

        核電是迄今為止最為復(fù)雜的能源系統(tǒng)。做強(qiáng)做優(yōu)核電事業(yè),還能有效帶動上下游大量相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè),促進(jìn)國家高端重大裝備制造業(yè)、相關(guān)服務(wù)行業(yè)發(fā)展,對材料、冶金、化工、機(jī)械、電子、儀器制造等幾十個行業(yè)的加工技術(shù)和工藝水平具有顯著拉動作用。2020年11月27日華龍一號全球首堆,中核集團(tuán)福清核電5號機(jī)組首次完成并網(wǎng),這一次成功的研制經(jīng)驗也使我國真正打破了國外技術(shù)的壟斷,并且真正踏入核電領(lǐng)先技術(shù)行列當(dāng)中,這對于我國的發(fā)展來說有著無法取代的意義,同時這也就意味著在一定程度上有效地增強(qiáng)了“一帶一路”沿線國家針對華龍一號的信心[2]。

        在華龍一號系統(tǒng)研究的過程中,技術(shù)工作人員一直秉承著勇攀核電技術(shù)高峰,向科技不斷索取答案的準(zhǔn)則,與此同時,華龍一號的研究也是中核集團(tuán)在30多年中進(jìn)行核電科研以及設(shè)計包括制造的基礎(chǔ)之上所研發(fā)出來的完全具備著知識產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果。不僅如此,目前該系統(tǒng)已經(jīng)擁有了一套非常完整的標(biāo)準(zhǔn)體系,所有的核心零部件都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn),國產(chǎn)化概率可達(dá)85%以上,所以完全具備批量化建設(shè)的能力。

        圖1 華龍一號

        根據(jù)目前的情況來看,我國所引進(jìn)的三代壓水堆核電站主要包含:歐洲的ERP核電機(jī)組以及美國的AP1000核電機(jī)組,并且在國內(nèi)都有著一定的工程建設(shè)經(jīng)驗,針對這兩種核電機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試以及分析,通過橫向的對比,對于華龍一號的輔助蒸汽系統(tǒng)調(diào)試工作會產(chǎn)生一定的借鑒意義。本次系統(tǒng)在進(jìn)行研究的過程當(dāng)中,其主要的創(chuàng)新性就在于使用了能動以及非能動相結(jié)合的安全系統(tǒng),這種雙層安全技術(shù)在安全性上面完全能夠滿足于國際最高標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]。

        不僅如此,集團(tuán)在發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈的過程當(dāng)中還聯(lián)動了140多家民營企業(yè)以及58家國有企業(yè),有效地帶動了上下游的產(chǎn)業(yè)??v觀整個產(chǎn)業(yè)鏈目前甚至已經(jīng)超過了5000多家,企業(yè)甚至于已突破了410臺核心裝備的國產(chǎn)化并且在這個過程當(dāng)中也形成了120多項著作權(quán),包括700多件專利,并且還包含了一項國際核電標(biāo)準(zhǔn)。對于核電廠的前期設(shè)計以及后期的設(shè)備調(diào)試等一系列的工作進(jìn)行了概括,研究了核電廠的全生命周期的運行情況,有效地支撐了華龍一號批量化的建設(shè),華龍一號目前已經(jīng)成為核電市場當(dāng)中接受度最高的三代核電機(jī)型之一,同時也是我國核電走向世界的一個非常重要的名片,而在本文當(dāng)中主要針對華龍一號的輔助蒸汽分配系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的探析。

        2 華龍一號輔助蒸汽分配系統(tǒng)的主要特點

        2.1 增加了高壓減壓站前疏水

        因為在系統(tǒng)當(dāng)中取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后,由主蒸汽經(jīng)過高壓減壓站減壓閥減壓,直接進(jìn)行供汽,華龍一號輔助蒸汽系統(tǒng)主要是新增設(shè)了一組疏水裝置,可以針對減壓站閥之前的管道進(jìn)行有效的疏水,疏水能夠通過疏水閥進(jìn)行自動化的控制,當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)了跳機(jī)信號或者是機(jī)組的功率小于30%,以及疏水罐液位高信號的時候,疏水閥就能夠自動化的進(jìn)行啟用,并且完成疏水。

        需要注意的一點是,該閥門本身的疏水功能其實就是管道的疏水,本系統(tǒng)所添加的疏水閥和管道的疏水功能基本保持相同。根據(jù)以往機(jī)組的使用經(jīng)驗來看,在主蒸汽系統(tǒng)暖管之后,主蒸汽系統(tǒng)的常規(guī)島部分氣動疏水閥在打開時可能會出現(xiàn)主蒸汽母管壓力下降的現(xiàn)象,其具體的下降數(shù)值為0.4MPa,一回路溫度大約能夠下降2℃左右,所以如果主蒸汽系統(tǒng)十個閥門同時打開的話,那么主蒸汽母管壓力就會出現(xiàn)迅速下降的現(xiàn)象,而一回路就會被迅速的冷卻,其溫度降低的也非常快,蒸汽發(fā)生器液位會導(dǎo)致出現(xiàn)非常大的波動,存在著停堆停機(jī)甚至是安全方面的風(fēng)險,所以該閥門在暖管的時候值得注意的是,必須提前的閉鎖相應(yīng)的開啟信號。

        2.2 取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

        參考了AP1000輔助蒸汽系統(tǒng)的具體設(shè)計,取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之后,由主蒸汽經(jīng)過高壓減壓站減壓閥進(jìn)行減壓之后直接完成供汽,根據(jù)蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在運行過程當(dāng)中的功能特點,以及核電站在進(jìn)行實際運轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的經(jīng)驗,可以對其系統(tǒng)進(jìn)行簡化,降低相關(guān)的成本。

        蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在運行過程當(dāng)中主要利用的就是主蒸汽,通過該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生低壓蒸汽,利用輔助蒸汽分配系統(tǒng)就能夠向需要用汽的用戶進(jìn)行供汽,與此同時,設(shè)置好蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是為了能夠?qū)⑤o助蒸汽跟主蒸汽之間進(jìn)行隔離,避免二者之間產(chǎn)生直接接觸,防止主蒸汽在遭受放射性污染時,通過輔助蒸汽把這些污染物傳播到外界環(huán)境,或是導(dǎo)致工作人員的生命財產(chǎn)安全受到影響,可以說該系統(tǒng)本身就是常規(guī)島當(dāng)中的一個輔助性的系統(tǒng)。不僅如此,該系統(tǒng)還在管道當(dāng)中增加了化學(xué)取樣點,可有效地實現(xiàn)系統(tǒng)蒸汽的監(jiān)測,如果發(fā)現(xiàn)了問題,能夠及時對原因進(jìn)行查明并且完成處理,如果監(jiān)測到了主蒸汽的放射性物質(zhì)超標(biāo),也可以立刻切斷氣源,使用臨機(jī)供汽[5]。

        3 系統(tǒng)調(diào)試缺陷問題以及具體的處理措施

        3.1 安全閥漏蒸汽

        出現(xiàn)缺陷的原因。通過對于系統(tǒng)的閥門情況進(jìn)行拆除以及研究,并且完成了打壓測試,確認(rèn)閥門本身存在著內(nèi)漏的現(xiàn)象,同時沒有辦法穩(wěn)定在安全閥的額定壓力當(dāng)中。因為閥門排氣管排水并沒有安裝,所以現(xiàn)場仍然是盲板,閥門在產(chǎn)生了內(nèi)漏的情況之后,會導(dǎo)致其排氣管道出現(xiàn)冷凝的問題,而積水在此時會全部都聚集在閥門的內(nèi)部或者是排氣口彎管的位置,無法順利的排出。管道在進(jìn)氣之后,對于閥門進(jìn)行加熱后,導(dǎo)致其內(nèi)積水出現(xiàn)受熱蒸發(fā)的現(xiàn)象,蒸汽會沿著閥門法蘭縫隙排出,并且通過排氣管道在排氣管排出去。

        處理措施。首先需要對于整體的閥門進(jìn)行清潔,并且把閥門內(nèi)部所有的異物都清理出去,還需要對閥門的密封面進(jìn)行打磨之后完成試壓試驗,試壓合格之后才能夠其進(jìn)行回裝。其次是可選擇使用臨時軟管來對其進(jìn)行恢復(fù),以此來將閥門當(dāng)中存在著的積水排除干凈。

        總結(jié)以及改進(jìn)建議。在采用了相應(yīng)措施之后,如仍未對于該問題進(jìn)行有效的解決,容易導(dǎo)致安全閥內(nèi)部不斷的出現(xiàn)被腐蝕的問題,同時也會導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到影響,因為彈簧式安全閥都已經(jīng)安裝好了排水裝置,而且安全閥若是在允許的范圍之內(nèi)其實是可以出現(xiàn)一定量的泄漏的,而且無法保證安全閥可以做到完全隔離蒸汽。所以在進(jìn)行調(diào)試的時候,應(yīng)需要確保排氣管道的排水可用,避免出現(xiàn)其內(nèi)部的內(nèi)積水現(xiàn)象,如果調(diào)試階段正式排水管道不可用的話,也需要增加臨時排水措施。

        3.2 系統(tǒng)接口位置的法蘭漏水

        出現(xiàn)缺陷的原因。首先是法蘭墊片本身可能就存在著質(zhì)量方面的問題,所以無法保證整個連接位置可以做到完全的密封,其次是在進(jìn)行暖管的過程當(dāng)中,最低點疏水閥并沒有開啟,所以導(dǎo)致在進(jìn)行暖管時,管道當(dāng)中的積水沒有辦法及時地排出去,所以致使積水從法蘭位置滲出。

        處理措施。首先需要對于法蘭墊片進(jìn)行更換,使其變?yōu)榧雍駢|片,其次是需要開啟逆止閥,通過下游疏水閥把管道當(dāng)中的積水完全排干凈之后再進(jìn)行暖管。

        總結(jié)以及改進(jìn)建議。在輔助蒸汽正式啟動之前,必須確保蒸氣管道當(dāng)中的所有積水都已經(jīng)排除干凈,避免出現(xiàn)水錘或者是漏水的現(xiàn)象。其次,確保材料的質(zhì)量也是一個較為重要的方面,所有使用的管道材料都必須滿足于使用性能,包括工藝性能方面的要求,用于管道的材料及規(guī)格跟性能必須符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或者是通用國際標(biāo)準(zhǔn),其主要的標(biāo)準(zhǔn)包含著化學(xué)成分,以及物理包括力學(xué)特性和制造工藝等方面的要求。同時管道材料當(dāng)中不能夠添加鉛、汞、鋅等低熔點物質(zhì),并且還應(yīng)該控制其他雜質(zhì)的含量。

        3.3 輔助蒸汽系統(tǒng)已投,邊界閥門存在著溫度異常降低的現(xiàn)象

        出現(xiàn)缺陷的原因。經(jīng)過相應(yīng)的排查之后可發(fā)現(xiàn)上游的輔助蒸汽分配系統(tǒng),在運行過程當(dāng)中是比較正常的,現(xiàn)場經(jīng)過了點溫儀測量之后發(fā)現(xiàn),蒸汽管道溫度已經(jīng)低于系統(tǒng)的正常溫度,臨時輸水管道的溫度也接近于常溫。經(jīng)過現(xiàn)場的查看以及研究,可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)供氣管道排水利用的是臨時排水閥裝置,而且沒有安裝好疏水器,排水是無法進(jìn)行長期使用的。而輔助蒸汽分配系統(tǒng)暖管在結(jié)束之后,為了能夠防止蒸汽泄漏,排水閥一般會處在一個關(guān)閉的狀態(tài)下,在一段時間之后排水不可用,就會導(dǎo)致積水通過排水管道蔓延到蒸汽管道,積水在蒸汽管道當(dāng)中積攢過多,就會導(dǎo)致蒸汽沒有辦法正常的運送到邊界閥門,致使邊界閥門出現(xiàn)溫度降低的現(xiàn)象。

        處理措施。把臨時疏水閥打開之后,將管道當(dāng)中的積水排出去,這時就能夠保證溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)條件下,后續(xù)該閥門則需要保持小開度,或者是可以定期的對于該閥門進(jìn)行開啟,避免出現(xiàn)管道當(dāng)中內(nèi)積水過多的現(xiàn)象。

        經(jīng)驗總結(jié)以及改進(jìn)建議。后續(xù)系統(tǒng)在投入使用之前必須求安裝好疏水器,確保系統(tǒng)具備著長期排水的功能,如果沒有辦法正常的對于疏水管道進(jìn)行安裝的話,那么必須進(jìn)行按時的人工排水操作。

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