AP1000 工程凝結水系統簡述

任占泉，鄧 琳，耿 韜

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

0 引言

在AP1000工程中，凝結水系統(英文縮寫CDS)要實現將凝汽器中的冷凝水輸送至除氧器作為給水的來源，對凝結水進行加熱，維持整個電廠二回路水存貯量，維持凝結水質量等功能。本文介紹凝結水系統的功能、系統及設備配置，分析凝結水系統的運行情況，并對系統的對外接口進行簡要描述。

1 系統功能

蒸汽凝結和收集。凝結水系統(CDS)的凝汽器對來自汽輪機低壓缸和汽輪機旁路的蒸汽進行凝結，并在凝汽器熱阱中收集凝結水。CDS還收集來自二回路的泄放、排氣和疏水的凝結水。

凝結水的存貯。CDS維持二回路凝結水和給水的存貯量，并適應在設備瞬態過程中由于損失造成的存水量變化。

凝結水的品質。CDS具有凝結水凈化能力，通過除氧、凝結水精處理系統(CPS)和常規島化學藥劑供給系統(CFS)的接口來維持凝結水品質。

凝結水的供給。CDS為主給水和啟動給水系統(FWS)提供高質量的凝結水，并滿足其流量要求。

給水加熱。CDS通過低壓加熱器將凝結水加熱，CDS還對汽封加熱器和蒸汽發生器排污換熱器進行冷卻。

2 系統簡述

2.1 蒸汽凝結和收集

凝汽器起到換熱器的作用，用來凝結汽輪機排放的蒸汽、汽輪機旁路蒸汽、低壓抽汽和飽和液態疏水閃蒸產生的蒸汽。凝結水通過凝汽器進行收集。

CDS的加熱器也應起到冷凝抽汽和收集疏水的作用。

2.2 凝結水存貯

CDS與除鹽水傳送存貯系統(DWS)的凝結水儲水箱(CST)相互連接，以維持所要求的電廠二回路流量。CDS要適應由于凝結水、給水和加熱器疏水的溫度變化造成的流體水量的膨脹和收縮，同時補償由于排污等原因引起的二回路水損失。凝結水的補給和排放通過補水閥和溢流閥的組合來實現。本工程設有正常補水閥、危急補水閥、正常溢流閥和危急溢流閥。凝汽器熱阱的水位變送器，為熱阱補水和溢流閥提供高可靠性的控制信號。

2.3 凝結水的品質

凝結水系統在凝汽器和除氧器中對凝結水進行除氧。

在凝結水泵出口管的下游設置凝結水精處理裝置，凝結水精處理系統(CPS)的前置陽床加混床精處理單元對凝結水進行處理。凝結水精處理系統的容量為100%，在機組啟動、凝氣器管束發生泄漏或者二回路水質惡化時，可以進行全流量處理。

在CDS系統管道的若干位置上有凝結水取樣點，以監測凝結水的質量并診斷故障。 這些位置包括凝汽器、凝結水泵的出口、除氧器入口、凝結水精處理單元出口的主凝結水管道以及除氧器出口的給水管道。

凝結水系統中設置了凝汽器的熱阱再循環管路，在對蒸汽發生器供水以前，對系統進行清潔和調節水質。

另外凝結水的品質一部分是通過防止發生空氣或循環水的內部泄露來維持的。

2.4 凝結水的供應

凝結水系統設3臺50%容量的凝結水泵。在正常負荷運行下，兩臺泵工作，第三臺泵處于備用或檢修狀態。通過低壓加熱器前的兩個并聯的氣動調節閥來調節去除氧器的主凝結水流量。在啟動和低負荷工作過程中，低負荷閥用于調節控制流量，而較大的主調節閥保持關閉。 在正常的滿負荷工作時，兩個調閥同時開啟，約80%的流量流過主調閥。

2.5 凝結水加熱

CDS中的給水加熱是通過五級加熱器完成的。前四級加熱使用管殼式換熱器，其中凝結水流經管側。 第五級使用直接接觸式的除氧器，除氧器位于凝結水系統中的高點，除氧器中的凝結水是由汽輪機高壓缸的排汽、高壓加熱器的閃蒸疏水和MSR殼側疏水加熱的。

3 主要設備配置

CDS設備主要包括1臺三殼體的凝汽器、3臺50%容量的凝結水泵、四級低壓加熱器、1臺除氧器、調節閥和相關的系統儀表。CDS管道和管件全部位于常規島汽輪機廠房內。1、2號低加為三列式，每列與1個凝汽器殼體相連。3、4號低加采用兩列式配置。

3.1 凝汽器

凝汽器為單流程、表面式熱交換器。 汽輪機低壓缸的排汽、旁路排放蒸汽和其它汽水流體，進入凝汽器冷卻和除氧。 工程為濱海工程，熱量由循環水帶入海中，不凝結氣體由凝汽器抽真空系統抽出。冷卻管為鈦管。

凝汽器有3組，每組由頸部、殼體、熱阱和水室組成。允許凝汽器單組解列運行。1、2號低壓加熱器裝置在凝汽器頸部。

凝汽器設備參數如表1所示。

表1 凝汽器設備參數

3.2 除氧器

除氧器采用一體式除氧器，一體式除氧器集除氧和儲水為一體，采用熱力除氧。正常運行時除氧能力滿足電站給水含氧量要求。

除氧器的加熱蒸汽有兩路：一路為正常運行供汽管，接自汽輪機高壓缸排汽；一路為輔助蒸汽，供汽輪機啟動時對給水進行預熱和除氧。除氧器設有超壓保護措施。

除氧器設備數據如表2所示。

3.3 低壓加熱器

工程設四級低壓加熱器，由汽輪機低壓缸抽汽加熱。

低壓加熱器為臥式U形管型式、雙流程表面式加熱器，除3號低壓加熱器外，每臺加熱器內均設有蒸汽凝結段和疏水冷卻段兩個傳熱區段，3號低壓加熱器僅設蒸汽凝結段。

表2 除氧器設備數據

1號和2號低壓加熱器為組合式加熱器，分別為3臺，布置在凝汽器的頸部，由汽輪發電機組供貨商提供。正常情況下每臺加熱器通過33.3%凝結水量，一列1號、2號加熱器切除后，其余兩列加熱器每臺均可通過50%最大凝結水量。

3號和4號低壓加熱器均為雙列布置，每列可單獨運行。正常情況下每臺加熱器通過50%凝結水量，單列運行時，低壓加熱器允許通過75%最大凝結水量。每臺3號和4號低壓加熱器均設有汽側安全閥；每列3號和4號低壓加熱器共用一個水側安全閥。

1、2號低加設備數據如表3所示。3、4號低加設備數據如表4所示。

3.4 凝結水泵

凝結水泵是筒袋型立式多級離心泵，泵設計為整體抽芯式，泵組在拆卸電機并斷開排水管線處的管道后，就可以將泵組件從筒袋中整體拆卸出來，使泵的拆卸及檢修非常方便。

表3 1、2號低加設備數據

表4 3、4號低加設備數據

凝結水泵設備數據如表5所示。

4 系統運行

CDS通常與冷態停機工況下的電廠同時啟動。在FWS給水泵向SG(蒸汽發生器)供水前，進行凝結水系統和給水系統的清洗和加熱。運行CDS系統，還可以支持汽輪機旁路閥進行蒸汽排放，二回路蒸汽管道暖管和汽輪機暖機。

表5 凝結水泵設備數據

在電廠停機過程中，汽輪機跳閘后，運行凝汽器對汽輪機旁路蒸汽進行凝結。通常繼續運行一個凝結水泵以滿足給水系統的需要。當不再需要給水、汽輪機旁路和蒸汽發生器排污時，可以關閉CDS。當凝汽器真空中止，GSS關閉后，可以停止凝結水泵的運行。

在正常啟動凝結水系統的過程中，首先進行凝結水泵的啟動。進行系統的注水后，可利用熱阱再循環管路來運行系統，以維持運行凝結水泵和汽封加熱器的最低流量。在啟動凝結水泵后，通過低壓加熱器，或通過相關的加熱器旁路管道提供到除氧器的流量，對除氧器進行加注。然后在凝汽器建立真空的條件下，通過凝結水調節閥控制除氧器水位，并通過輔汽加熱除氧器，同時將凝結水系統和給水系統置于循環模式下。

升功率過程中，在低負荷條件下，通常是1臺凝結水泵處于工作狀態，凝結水系統處于再循環模式。電廠負荷升高時，給水的流量要求會相應地升高，CDS會自動地跟隨和提供除氧器增加的凝結水量。 隨著除氧器的流量增加，熱阱再循環調節閥關閉。汽輪機高壓缸排汽壓力會超過除氧器蒸汽壓力設置點時，自動開始向除氧器提供加熱蒸汽。第二臺凝結水泵通常在電廠負荷上升到一定程度時啟動。

表6 與CDS存在接口的系統

降功率在很大程度上是功率上升的相反過程。應在電廠負荷降低到一定程度時停止兩臺工作凝結水泵中的1臺。當流向除氧器的凝結水流量下降到一定程度時，熱阱循環調節閥會自動打開。電廠低負荷時，除氧器加熱汽源自動切換至輔助蒸汽，以維持除氧器的壓力。

在運行過程中，凝結水系統還要對蒸汽發生器排污系統的換熱器進行冷卻［1］。

5 系統接口

CDS系統與常規島和核島多個系統均有接口，主要接口系統有：化學精處理系統CPS、化學加藥系統CFS、二回路抽樣系統SSS、除鹽水儲存和分配系統DWS、蒸汽發生器排污系統BDS和汽輪機軸封系統GSS等；另外，凝結水系統還向加熱器疏水系統HDS、汽機房冷卻水系統TCS和循環水系統CWS提供水箱補水，并給低壓缸噴水和凝汽器水幕保護噴水提供水源。

與CDS存在接口的系統分為支持性系統(為CDS運行提供支持的系統)和附屬性系統(其運行依賴于CDS的系統)兩部分，如表6所示。

6 結語

凝結水系統作為AP1000核電廠二回路系統中的一個重要組成部分，在主要熱力系統中是最為基礎的一個環節，不但向給水系統輸送合格水質的給水，而且完成了對凝結水進行加熱，維持整個電廠二回路水存貯量等過程。凝結水系統的合理配置，對整個電廠的經濟性和穩定性都有重要意義。