秦山二廠DEG運行問題淺析及對策

王林林

【摘 要】本文主要是講述秦山第二核電廠核島DEG冷凍機組系統的組成，運行原理和參數設置。對DEG冷凍水系統的冬季運行，夏季運行狀態及其他特殊情況下的運行狀態分析，并對可能出現的故障描述，并提出了解決方法。

【關鍵詞】秦山第二核電廠；DEG冷凍水機組；運行；負荷

0 概述

秦山第二核電廠核島冷凍水系統DEG是向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及EVR——安全殼連續通風系統5個通風系統的冷卻器連續提供冷凍水的。DEG系統在需要的時候向RRI005RF（為REN在線分析儀提供低溫的冷卻水）間斷提供冷凍水。DEG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。當失去全部DEG功能時，堆坑頂部的溫度上升很快，為了避免堆坑頂部混凝土過熱，必須在11h以內轉入正常冷停堆狀態，并立即監測堆坑和安全殼大氣的溫度。雖然DEG系統并不是安全相關系統，僅有兩個貫穿件是安全相關的，但是它依然是保證反應堆正常運行諸多因素中重要一環。DEG冷凍水系統在實際運行中遇到了許多問題，本文列舉了部分問題，并分析解決這些問題。

1 DEG系統組成及運行方式

秦山第二核電廠每個反應堆機組有3臺DEG冷凍水機組。系統按3×50%的容量設計的，一個反應堆最大負荷時兩臺運行，1臺備用。采用的是離心式冷水機組，電機則采用封閉式。3臺機組組成相同：1臺冷凍水循環泵，冷凍機組（包括蒸發器-壓縮機-冷凝器），RRI冷卻水和各用戶的閥門，管道及3臺機組公用的1個膨脹水箱。

DEG冷凍機組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。（為直觀比較各負荷用戶和機組負荷的關系，下面僅采用單機負荷的百分數來表示各用戶負荷的大?。?/p>

以反應堆正常運行工況時：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。冬季總負荷量為57.5%，單機運行即可。因此，其設計運行方式如下：

冬季：反應堆功率運行時，只需1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1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系統出現的問題淺析及改進

2.1 DEG冬季運行

秦山第二核電廠位于浙江海鹽，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?。?，冬季只有EVC、EVR、DVG系統需要運行，此時即使加上DEG機組自身管線損失和泵的熱量損失，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=■×100/100

ε—熱平衡量（%），Qw—冷凝器熱負荷（kcal/h），QS—制冷量（kcal/h），N—電機功率，KW

其中冷凝器熱負荷的計算公式：

Qw=cMwΔtw（kcal/h）

c—比熱（kcal/kg.℃），Mw—冷卻水流量（m3/h），Δtw—冷卻水溫差（℃）

機組制冷量的計算公式：

QS=cMsΔts（kcal/h）

c—比熱（kcal/kg.℃），Ms—冷凍水流量（m3/h），Δts—冷凍水溫差（℃）

設冷水的溫度接近冷凍水溫度，這樣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它們之間的壓差來壓送冷卻用制冷劑液來冷卻主電機，壓差減少供給量就要減少，主電機就會有產生過熱的危險，壓差低于保護值，就跳機。另一方面，設冷水的溫度接近冷凍水溫度，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、停很容易將機組傳動齒輪等部件損壞。在如此低的熱負荷情況下，要確保機組的熱平衡，則必須相應減小機組的熱負荷，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、蒸發器的放熱、吸熱速度逐步趨于平衡，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°。但是在實際操作中，要達到機組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，冷卻水量的調節不是無限制的，對DEG來說，要求冷卻水的最小流量為正常流量的60%，當冷卻水流量低于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冷凝器，降低冷凝器的換熱效率。即使現在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，故導葉開度與機組負荷呈正比關系）原設計最小值20%降到10%（幸運的是導葉開度降到10%并沒有出現喘振，低負荷調節導葉時，是很容易發生喘振的），也不能完全保證機組在低負荷運行工況正常運行，尤其是在10-20%冷量工況下。

在冬季，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，即使將導葉放在手動，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。對機組正常運行非常不利。

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并能在全年工況下安全可靠運行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。

但是對于1/2#機組來說，這個問題在設備上比較難解決。只能在冬季工況下，加大巡檢力度。我覺得可以對DEG系統進行改造，在冬季用RRI設冷水代替冷凍水。但這是個龐大的改造項目，不僅僅是工程浩大，還要考慮到設冷水的流量。

2.2 DEG系統夏季運行

由于現場的管道布置，3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號、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號冷凍機負荷較高，1號冷凍機負荷很低）。3號冷凍機負荷接近滿負荷，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（轉速高達12000rpm）。如果是1號、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，減少機組壽命。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），即可避免以上風險。一般應使1號、2號冷凍機并列運行。目前，實際為當1號或2號冷凍機組故障檢修時，應使3號冷凍機單獨運行，停運另一臺冷凍機組。

2.3 冷凍機組目前其它缺陷及注意事項

夏季和過度季節，備用機組會從外部高溫環境奪熱，使冷媒蒸發，進入機組油腔，使得油箱液面上有冷媒積聚，呈泡狀。此時冷媒裝量相對減少，影響機組制冷能力和油的性能，也使得油箱液位不準確。機組在負荷變化時，導葉開啟過快，造成油箱中冷媒迅速蒸發，攜油進入蒸發器，使油裝量減少；冷媒含油影響蒸發器的傳熱效率，故應盡量避免負荷突變。根據長時間的運行觀察，發現3臺冷凍機組都有跑油，且跑油量不同。在實際運行中，應及時關注冷媒和油的裝量變化，并及時投入提純裝置。目前，1號、2號冷凍機一開機就投入冷媒提純裝置，3號冷凍機則根據油位來判斷是否投入。并且，冷凍機組盡量不能設置在遠控位置。高負荷遠方啟動，會使導葉開的過快或大力矩時動作頻繁，損壞導葉執行機構且造成油箱中冷媒蒸發攜油，造成油位降低。

3 總結

通過此文，我們能更進一步的掌握DEG系統的特性，在工作中，能幫助我們更好的解決生產實踐過程中碰到的問題。

【參考文獻】

[1]DEG系統設計手冊[S].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].核工業第二研究設計院.

[責任編輯：王楠]