DEG冷凍系統的季節性問題分析

張鴻劍 李鳳山

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽314300）

0 概述

秦山二期核島冷凍水系統DEG是用來向DVG（輔助給水泵房通風系統）、DVN（核輔助廠房通風系統）、DVK（核燃料廠房通風系統）、EVC（反應堆堆坑通風系統）、EVR（安全殼連續通風系統）五個通風系統的冷卻器連續提供冷凍水的，并且在需要的時候向RRI005RF(為REN在線分析儀提供低溫的冷卻水)間斷提供冷凍水;本系統用來維持安全殼、乏燃料存放池大廳、輔助給水泵房以及其他KX，NX房間所需的正常運行環境條件,防止廠房內的設備因為過熱的溫度而損壞。

1 DEG冷凍機組的運行

DEG的負荷與反應堆的運行工況和季節相關，并隨之變化的。其設計容量為4000kW，冷凍水量688m3/h，單機制冷量為2000kW，冷凍水量350m3/h。下面采用單機負荷的百分數來表示各用戶負荷的大小。

以反應堆正常運行工況時為例：

在夏季負荷中，EVR負荷為1160kW，占單機負荷比是58%，EVC負荷為82.6kW，占單機負荷比是4%，DVN負荷為1862.7kW，占單機負荷比是83%，DVK負荷為300kW，占單機負荷比是15%，DVG負荷為116.4kW，占單機負荷比是5.6%，RRI負荷為113kW，占單機負荷比是5.6%，夏季總負荷為3634.7kW，占單機負荷比182%；

在冬季負荷中，EVR負荷為1005kW，占單機負荷比是50%，EVC負荷為82.6kW，占單機負荷比是4%，DVG負荷為70kW，占單機負荷比是3.5%，冬季總負荷為1157.6kW，占單機負荷比57.5%。

可以看出：

（1）夏季負荷量為182%，需兩臺機并聯運行，每臺機負荷約為90%左右。而實際并聯時，3號機接近滿負荷，而1、2號機的負荷較小，嚴重不平衡。1、2號并聯時，負荷均擔，導葉開度都在60-80%左右，與設計基本一致。

（2）冬季總負荷量為57.5%，單機運行即可，而實際冬季導葉僅在20%開度以下，即處于低負荷的不利工況下，與設計相差較大。

夏季比冬季負荷大，體現在安全殼外用戶上（NX，KX）；反應堆的高狀態比低狀態時的負荷大，主要由殼內溫度變化引起EVR/EVC的負荷變化。

而EVR，EVC屬于固定流量用戶，DVK，DVN，DVG的冷卻盤管均裝有三通控制閥，以此閥調節通過用戶的冷凍水量來6跟蹤實際負荷需求，從而改變了冷凍水回水溫度，最后通過DEG自身的調節機構來跟蹤負荷變化。

因此其設計運行方式如下：

冬季：反應堆功率運行時，只需一臺冷凍機組運行；若處于冷停堆時則允許DEG系統完全停運。

夏季：反應堆功率運行時，需兩臺冷凍機組運行；若處于冷停堆時則仍需保留一臺機組運行。

中間季節，介于冬季和夏季之間，投運冷凍機組情況須根據需要來確定。

2 DEG系統出現的缺陷、原因及改進

2.1 冬季，冷凍機組處于低負荷狀態

海鹽冬天冷卻水的溫度較低，為 15-20℃，經常運行一段時間后會出現故障報警而自動停機，顯示為“主電機繞組過熱”和“油溫過高”故障，造成機組不能正常運行。

在冬天，各個廠房內環境溫度不是很高，同時根據DEG系統的負荷分布(冬季，DVN、DVK由SES來供應熱水，DEG走旁路，負荷很小)，冬季只有EVC、EVR、DVG系統需要運行，需要冷凍機組提供的負荷也只有20%左右。

根據機組熱平衡的計算公式：ε=（QW-(QS+N)）/QW

在如此低的熱負荷情況下，要確保熱平衡，則必須相應減小熱負荷，此時可以通過調小冷凝器進出口閥門的開度，降低冷卻水流量，使制冷劑在冷凝器、蒸發器的吸放熱逐步趨于平衡，冷卻水溫度上升，冷凝壓力提高，使冷凝壓力與蒸發壓力之差大于0.25MPa或保證冷卻水進口溫度不低于15℃。

設冷水和冷凍水溫度接近，造成冷凝器與蒸發器之間的壓差過小，而制冷機的主電機是利用壓差壓送冷卻用制冷劑液來冷卻自身，壓差減少供給量就要減少，主電機有過熱危險，壓差低于保護值，就跳機。另一方面，兩水溫度接近，當機組導葉放在“自動”位時，即使采取關小冷卻水流量等辦法，冷凍水出水溫度很快就降到低于6℃，出現“自停待啟”現象，等冷凍水出水溫度回升至12℃時，制冷機自動投入運行，但是，大型制冷機頻繁啟停對零部件有傷害。

要達到正常運行時所需的冷卻水量，必須通過長時間的調整和觀察。同時對冷凍機來說，冷卻水量調節不是無限制的，對DEG來說，要求冷卻水的最小流量為正常值的60%，當低于60%時，冷凝器中的冷凝管不是全部充滿水，而是有部分空氣進入，降低換熱效率。即使已經聯系廠家將導葉（導葉開度控制著單位時間冷媒的壓縮量）原設計最小值20%降到10%（幸運的是并沒有出現喘振，低負荷調節導葉容易發生喘振），也不能完全保證低負荷工況正常運行，尤其是在10-20%冷量工況下。

冬季，目前只有將機組導葉放在“手動”狀態下，才能維持連續運行，因為導葉放在手動時，低溫自動停機溫度從6℃降到5℃，停機溫度升高了1℃，在最冷季節就靠1℃之差，保持在6℃左右勉強運行。

即使調低導葉設計最小值，冬季最冷時候冷凍水出水溫度有時仍降到低于5℃，出現冷凍水溫度過低緊急停機。

目前，秦山二期3/4#擴建核電機組通過對DEG導葉結構的改造、旁通裝置的增加、設備結構的優化及加工裝配精度等級等方面的提高，確保擴建工程DEG冷水機組不會出現原機組的缺陷尤其是在低負荷工況下安全運行。主要包括：（1）改進壓縮機進口調節門，使制冷量的調節范圍擴大。（2）在冷凝器和蒸發器之間增加一個旁通。

2.2 夏季時，3號機負荷較高，1號機負荷很低

由于現場管道布置，三臺冷水機組的進出水不能均勻混合并分配，造成偏流。特別是1、3號兩臺制冷機運行時，冷凍水各自循環一條回路，使制冷機的負荷分配不均（3號機負荷較高，1號機負荷很低）。

3號機負荷接近滿負荷，在回水溫度（負荷）變化時，導葉來回波動，會造成驅動齒輪在大力矩下動作，損壞傳動齒輪。且機組負荷增大時，會立即引起3號機過電流緊急停機，這時極易損壞壓縮機的高速旋轉部件。

夏季如果是1，3號冷凍機并列運行，1號機一直在接近停車值的低負荷運行，這對壓縮機不利。若3號機突然跳閘，1號機負荷突增，導葉突開，亦會損壞導葉執行機構。

因此夏季最好避免使3號機接近滿負荷和1號機負荷過低（可通過手動調節來實現）。一般應使1，2號并列運行。

當冷凍水進回管路增加集分水器后，此種情況將得到解決。

3 小結

通過對DEG冷凍機組的運行分析和運行時發現的問題，我們能更進一步的掌握DEG系統的特性，對于我們更系統的研究DEG系統有所幫助。在之后的工作中，能透過經驗和理論，幫助我們更好的處理問題。

［1］核島冷凍水系統手冊[Z].秦山第二核電廠.

［2］LC170H-6P離心式制冷機使用說明書[Z].重慶通用工業集團.

［3］秦山二期擴建工程DEG冷水機組設備規格書[Z].馬核工業第二研究設計院.