秦山核電廠320MW機組夏季運行方式的季節性調整

唐 亮

中核核電運行管理有限公司一廠運行一處，浙江海鹽 314300

1 秦山核電廠320MW 機組（1#機組）熱力系統的散熱設計

1.1 熱源：反應堆放熱、熱力循環疏熱（凝汽器等），設備運轉發熱

反應堆是熱力循環系統的熱源，其產生的熱量絕大部分通過蒸汽輸送到汽輪機系統，但還有部分熱量會通過壓力容器、管道等設備傳遞至安全殼廠房里。

另外電廠中的電機等轉動設備在運轉中也會產生大量的熱量。由其驅動的泵與風機等設備帶動工質流動，工質流動與管道摩擦也會產生熱量。

控制室、配電間等電氣設備密集的環境，設備工作也會產生熱量。

一般壓水堆核電熱力循環中，效率僅有33%～35%左右，意味著大量的熱量沒有用來做功發電。通過設備散熱或凝結放熱而耗散至環境中。

1.2 冷源：中間冷卻系統、大氣、海水

上述提到的各種熱源產生的熱量如果不能及時導出，可能會對廠房結構、設備部件、人員和設備的工作環境產生影響，這就需要設置冷卻系統來導出熱量。維持熱力循環也必須要設置冷源來導出不能被熱力循環使用的熱量

1#機組設置了01#冷風機循環水、應急冷凍水、溴化鋰冷凍水、設備冷卻水、開式工業水、閉式工業水、一回路海水、二回路海水系統用來控制廠房和重要設備間的溫度、冷卻設備部件，導出蒸汽冷凝熱等。通過這些冷卻水系統，最終將熱量傳遞到大氣和海水中。

1.3 散熱設計基準

各冷卻系統在傳熱設計時確定了基準氣溫和海水溫度。這樣氣溫、海水溫度的實際溫度就直接影響直接影響散熱效果，如果氣溫或海水溫度超出設計基準，各冷卻系統就無法將按設計足量傳導，進而影響各用戶系統的運行參數。

在秦山核電廠《最終安全分析報告》中描述，夏季通風，室外計算溫度為 31℃，夏季空氣調節，室外計算溫度為33.7℃，海水循環水設計流量為2x31270m3/h，設計進水溫度為18℃，設備冷卻水系統的設計是基于海水溫度25℃，并以最高32℃進行校核。

1.3 機組的地理氣候條件

1#機組坐落于杭州灣北岸，屬于北亞熱帶季風海洋型氣候，雖然四季分明，但近年來在夏季，易受副熱帶高壓影響，出現日氣溫超過35℃的高溫天氣，歷史最高氣溫38.1℃，屬于比較炎熱的地區。近年來受全球變暖影響，夏季氣溫更是偏高。

一般進入夏季運行，環境溫度的升高，對設備、系統運行參數造成影響，如不干預可能偏離正常運行范圍。所以在一定的范圍內對各系統運行進行調整，通過調整冷卻水流量（壓力），調整設備出力，調整冷卻器、風機等運行數量等措施，使系統運行在合理安全的參數范圍內。然而2013年7月份以來，最高氣溫超過35 的天氣持續了40 多天。海水溫度較歷史同期也有所上升，最高時可達33.4℃。多個系統參數達到運行規程規定的上限，甚至突破運行規程要求，連續的高溫天氣對系統運行造成挑戰。

2 以大氣作為最終冷源的系統運行分析

2.1 冷風機循環水系統-X1-2 系統-安全殼大氣溫度控制

正常功率運行期間，01 廠房冷風機循環水系統向X1-2 循環風機系統提供冷卻水，通過X1-2 循環風機機組循環冷卻安全殼內的空氣。01 冷風機循環水通過系統設置的冷卻塔將熱量傳遞至大氣環境。兩個系統協調運行，控制保持安全殼內空氣平均溫度不高于48℃。40℃報警。

隨著季節變化，通過調整X1-2 風機或循環冷卻水的冷卻塔的運行數量，來控制安全殼溫度在規程要求的范圍之內。進入夏季，X1-2 系統8 臺風機，冷風機循環水系統的3 臺冷卻塔全部投入運行。考慮到冷風機循環水管線承壓能力，不增加冷風機循環水泵運行。這樣就到達了規程允許的上限。一般季節01 冷風機循環水系統供水溫度在20℃左右，而今夏目前在30℃左右，安全殼內氣溫已達到39.7℃，基本達到報警值。

盡管安全殼溫度還沒有突破48℃的限值，但受系統現狀限制，留給我們的余量已經很小，如果發生設備故障，造成某臺X1-2 風機、冷風機循環水泵或冷卻塔無法運行，安全殼內溫度勢必突破報警值，甚至突破上限。所以，目前需盡量保持系統運行狀態，嚴密監視系統運行參數，盡量保證備用設備的可運行性，非必要不要安排檢修。控制冷風機循環水系統的水質，防止水質惡化造成的管線腐蝕滲漏。萬一發生滲漏，視其嚴重程度，盡量先采取臨時堵漏措施，避免高溫天氣隔離冷風機循環水系統。

如發生X1-2 多個風機故障或冷風機循環水系統停役且長時間無法恢復，在安全殼大氣取樣，驗證發射性水平滿足排放標準的前提下，可以考慮投入安全殼清洗送排風系統對起進行降溫。

2.2 06/09 冷凍水系統-對應風機/廠房送風空調通風系統-廠房/專設泵房、重要設備間溫度控制

06/09 冷凍水的運行與01#冷風機循環水系統類似，都是向相關系統風機供水以冷卻空氣。只不過其用戶更多，包括各專設泵房風機、重要設備間空調、各廠房通風空調。與01#冷風機循環水系統不同的是，06/09 冷凍水系統設置了專門的制冷機組對冷凍水制冷。將熱量通過機組的冷卻水冷卻塔傳導至大氣環境。所以氣溫也直接影響冷卻水的散熱量，進而影響機組的制冷量。

06 冷凍水系統設置了兩臺氟利昂機組，單臺制冷量為703.4KW，兩臺冷凍水泵；09 冷凍水系統設置了三臺溴化鋰冷凍機，單臺額定制冷量為1740KW，三臺冷凍水泵。06 兩臺冷凍機正常模式一臺運行，一臺備用，冷凍水泵一運一備。在功率運行期間采用間斷制冷的運行方式，正常供水溫度7℃～15℃，一般季節每日運行5 小時左右，而到了夏季每日需運行10 小時左右才能將供水溫度控制在正常范圍。09 冷凍機只在夏季運行，一般冷凍機保持聯系運行，隨著氣溫的升高增開冷凍機的數量。夏季高溫天氣下，三臺冷凍機和冷凍水泵24 小時運行。按規程要求，09 冷凍水的供水溫度應該控制在8℃～13℃，而連續高溫條件下，冷卻水向大氣的散熱量降低，冷凍水供水溫度會達到16℃。

盡管夏季連續高溫對冷凍機的制冷量產生影響，實際上06/09 冷凍水用戶系統的實際運行狀態各個廠房的溫度并沒有受到明顯的影響。因為06 冷凍水的主要用戶為專設泵房風機，這些風機在電廠正常運行時均處于備用狀態。并且06 冷凍機還是采用間斷運行的方式。而09 冷凍水的主要用戶的進水調節閥也沒有達到全開，即冷凍水沒有達到最大流量。系統運行還有一定的調整空間。

在連續高溫條件下，針對06 冷凍水系統，可以通過延長冷凍機運行時間的方式來保證冷凍水溫度，甚至可以采用雙機組運行來控制溫度。針對09 冷凍水系統，可以通過增加相應風機冷凍水流量的方式來保證用戶溫度。當然，這些調整都是建立在相應的冷凍機組能正常可靠運行的前提下的。換句話說，如果06 冷凍機組全部長時間停運、一臺甚至多臺09 冷凍機停運勢必造成冷凍水的溫度大幅升高，或者用來循環冷凍水的冷凍水泵停運，都會造成用戶氣溫的升高。

3 以海水作為最終冷源的系統分析

1#機組海水的用戶分為一回路海水和二回海水兩大部分。技術規格書規定海水平均溫度應小于32.8℃

3.1 一回路海水-設冷水-一回路主輔系統系統參數控制

1#機組設置的設備冷卻水（簡稱設冷水）系統，用來冷卻轉動設備的潤滑油、電機等，還有冷卻乏池硼水、SG 排污水、廢液蒸發等系統工質，系統設置了3 臺設冷泵來循環設冷水，設置了3 臺熱交換器將熱量轉遞給一回路海水系統。正常運行設冷泵一臺運行一臺備用，一臺檢修備用，熱交換器根據設冷水溫度調整運行臺數。

一般季節只有一臺設冷熱交換器運行，夏季海水溫度升高，傳熱量降低，則需要投入兩臺熱交換器運行。同時部分設冷水用戶還要加大設冷水流量，造成設冷泵流量750m3/h，電流300A 接近單臺限值。熱交換進/出口溫度39℃/34℃，達到運行規程上限。

在不改變設冷水一回路海水運行方式的前提下，就需要對設冷水用戶進行篩查，切除不運行設備的設冷水流量，根據實際情況，適當調低運行設備的設冷水流量。或者通過增加設冷泵、海水泵、設冷熱交換器運行數量來控制設冷水溫度。

在2013 年夏季連續高溫的情況下，通過切除硼回/廢液蒸發系統的設冷水，將廢燃冷卻器的設冷水流量由225m3/h 調整至190m3/h，設冷流量由752m3/h 下降至722m3/h。在定期試驗的時候，會有2 臺海水泵同時運行或者2 臺設冷泵同時運行的工況，經過2013 年8 月份進行試驗的實際驗證，在海水溫度較高（31℃～32℃）前提下，單純增加海水泵或設冷泵運行，設冷熱交換器設的冷水出口溫度僅降低0.5℃左右，可見該方式不能有效地降低設冷水溫度。詳見附表。

一回路海水系統還為應急柴油發電機系統（EDG）的中間冷卻水系統提供冷卻用海水，當EDG 機組運行時，控制冷卻水、潤滑油等溫度不超過88℃即可，31℃～32℃的海水與其溫差較大，完全可以提供足夠的冷卻。另外電廠正常運行時，EDG 處于備用狀態沒有運轉，需控制冷卻水、潤滑油等溫度在45℃～55℃之間，所以夏季海水溫度上升對EDG 的備用與運行未見明顯影響。

3.2 二回路海水-凝汽器、工業水-二回路主輔系統參數控制

二回路海水的用戶有汽輪機組的凝汽器，發電機空冷器、發電機定轉子冷卻水系統、閉式工業水系統。二回路海水循環水系統設置了6 臺海水循環泵，一般季節運行三臺，夏季增加到4 臺運行。

3.2.1 凝汽器真空

汽輪機組的凝汽器用海水冷卻汽輪機的排汽使其凝結，隨著海水溫度的升高，排汽凝結效果變差，排氣溫度升高，凝汽器真空度下降，盡管海水循環泵已經增加到4 臺運行也無法達到足夠的冷凝效果。對于汽輪機組的熱力循環，真空下降就意味著機組效率降低，要更多的進氣量才能維持額定的功率。然而核電廠受反應堆功率安全限制，不可能提供更多的蒸汽，所以只能采用降低機組出力的方式來保證反應堆安全。到夏季，機組功率一般會由330MW 降低至315MW 左右，在2013 年夏季最低有313MW 的低值。直接影響了電廠的經濟效益。

3.2.2 發電機冷卻

1#機組的發電機采用定子線圈以及轉子線圈水冷，定子鐵芯空冷的冷卻方式設有定、轉子冷卻水系統，各配置了3 臺由海水冷卻的熱交換器；定子鐵芯空冷設置了8 臺空冷器。

一般季節，定子水冷卻器投2 臺，海水出口閥調節狀態，控制定子進水溫度30℃左右，進入夏季，定、轉子水冷卻器需3 臺全投，海水出口閥一般全開，定子進水溫度約37℃左右，出水溫度50℃左右，轉子水進水溫度約35℃左右，出水溫度55℃左右。所以進入夏季，轉子出水溫度高會頻繁報警，但系統已經到達正常調整的極限，只有通過降低發電機無功或者對系統換水的方式來降低水溫。

定子鐵芯空冷器的海水冷卻系統設置了3 臺海水升壓泵。正常運行時海升泵出口母管壓力在0.25MPa～0.30MPa 之間，發電機勵側、機側根據需要投運空冷器數量，通過調節空冷器出口閥HLS-36V/37V 的開度控制流量，將發電機進口風溫控制在25℃～35℃。發電機進風溫度額定40℃，最大不允許超過55℃，海升泵夏季運行2 臺。目前（2013 年夏季）空冷器已全投，HLS-36V/37V 為全開狀態，進風溫度勵側約42℃左右，機側約36℃左右。也到達了系統調整的極限。

在進口風溫無法進一步調節的情況下，需限制發電機定子電流，40℃～45℃時，進口風溫每升高1℃，定子電流需降低額定電流的1.5%，風溫42℃則定子電流的限值由額定的11760A 降低至11407.2A。不過因為受真空影響機組功率降低，目前定子電流10560A 左右，還在限值之內。

3.2.3 閉式工業水

閉式工業水系統和設備冷卻水系統的作用類似，其設置了2 臺熱交換器，2 臺工業水泵，閉式工業水用來冷卻汽機潤滑油、EH 油、主給水泵的電機和潤滑油、發電機勵磁機的空冷器。

正常運行根據需要投運冷卻器，旁路閥GYS-22V 為調節狀態，溫度約25℃左右；夏季時，冷卻器需2 臺全投，GYS-22V為全關狀態，溫度約33℃左右。而各個用戶受其溫度影響，盡管夏季海水溫度上升，但閉式工業水的大部分用戶的運行參數也還在正常范圍之內。

4 其它挑戰

上述各冷卻系統在設計理念上考慮了季節變化對系統運行帶來的影響，盡管實際的部分運行參數已經超出了設計范圍，但通過一定的措施還是能將參數控制在可接受的范圍之內。但部分系統在設計時沒有考慮季節性變化帶來的影響，或者對環境溫度變化考慮不全面，給現場實際運行帶來了負擔。

例如二回路系統的凝升泵、海升泵、閉式工業水泵、海水循環泵、一回路海水泵，這些泵組的軸承油靠開式工業水提供冷卻。在運行中，通過調整開式工業水各用戶的用水壓力和流量，維持相應的軸承溫度在規程要求的范圍之內。只要壓力或流量能滿足要求，即認為其可以有效地提供冷卻，所以規程中并沒有對開式工業水的溫度有任何要求，也沒有進行過監視。但2013 年夏季運行中，有2 臺海水循環泵發生了軸瓦溫度超過規程規定的70℃限制的事件。根據技術人員分析，環境溫度，包括開式冷卻水溫度持續偏高是造成軸瓦溫度超限的因素之一。因為在設計上沒有考慮開式工業水的溫度控制問題，所以通過向工業水池加冰塊的措施嘗試降低工業水溫度，加入了？？噸冰塊，開式工業水溫度由35.2℃僅降低了0.5℃。未見明顯改善。

10#空壓站的離心式壓縮機，壓空機出口空氣溫度100℃發高溫報警，110℃自動停機，而空氣經過空壓機后本身會有60℃的溫升，在今夏接近40℃的氣溫下，空壓機已經發出了高溫報警。還有17#化水廠房生產的除鹽水，其水箱布置在室外，今夏除鹽水的溫度也達到了30℃以上。由于除鹽水作為定轉子水，工閉式業水補水水源，除鹽水的溫度上升，直接影響了定轉子水，工閉式業水換水冷卻的效果。

再如水廠高配間內布置有6kv 凈水段的高壓開關柜，還布置了兩套配套的硅整流充電裝置。然而該廠房并沒有設置合適的通風或空調裝置。電氣設備運行會發熱加上持續高溫，造成廠房溫度升高至？？，威脅硅整流充電裝置的安全運行。目前已通過變更手段加裝空調控制配電間內溫度。還有2#低壓廠變的排風扇，其熱繼電器的工作的環境溫度不能高于40℃，而在2013 年連續高溫情況下，其工作環境接近50℃，造成排風扇頻繁跳閘。

還有04 廠房、06 廠房管廊間雖然布置有排風機，但廠房內有高溫蒸汽管道，無論任何季節這兩處廠房溫度都比較高，按照規程要求，04 廠房排風機P4-2 系統運行時保證汽輪機廠房變壓器室空氣溫度不超過45℃。04 廠房空間大較開闊且有很多窗戶可以通風，所以其夏季溫度最高在45℃左右，已經達到規程上限。而06 廠房管廊間P6-2 系統運行時保證主蒸氣管廊與主給水管廊空氣溫度不超過40℃，但其空間小且比較密閉，無法實現廠房內外空氣的有效流通，所以廠房氣溫有53℃左右。這兩個廠房的高溫給運行人員帶來工業安全隱患。另外由于06 廠房叫密閉的條件，如不引入冷源，僅僅靠增加室內風扇的措施不能有效降低廠房室溫。需要設計增加空調裝置。

另外，在部分規程等運行文件中，對系統運行的季節性轉換缺乏指導，沒有明確規定哪些參數或參數范圍的變化會觸發運行方式的季節性轉變。例如，該何時啟動第4 臺循泵、什么情況下需要調整設冷水流量，哪些用戶可以切除，06/09 冷凍水什么樣的用戶可以限制流量或者切除等等等等。

5 結論

綜上可見，雖然有部分參數偏離運行規程的要求，但1#機組各冷卻系統是可以通過調整運行方式來適應季節的變化，在規程范圍內的，根據參數變化趨勢決定運行方式。但在規程中應該明確季節性轉變的控制點或前提條件。可以編制專門的季節性轉換規程，為運行提供完善的指導。

對于超出規程要求的，且無法采取措施調整的參數，應該根據其偏離程度和變化確實，充分評估其對系統的影響，如果經評估會對系統運行或者人員設備安全造成不利影響，則應該按照設計極限，制定行動限值和超出限值的行動預案。如果評估結論沒有不利影響，或者其影響在可接受的范圍之內，則應該考慮修改運行參數限值范圍，或者修改報警定值進而減輕運行人員負擔。

對原設計進行改造變更，增加相關冷卻系統的容量或提高出力。原設計沒有考慮的部分，應該設計增加制冷措施。給機組安全運行創造條件。

[1]秦山核電廠最終安全分析報告.第2章.廠址特征.

[2]秦山核電廠最終安全分析報告.第16章.技術規格書.