ADG除氧器啟動期間兩側溫差較大的原因和解決方案

陳家慶

【摘 要】方家山核電工程的ADG除氧器，在機組熱試期間啟動階段發現，發現除氧器兩端溫差較大，主控室顯示兩端溫度相差近四十度，本文詳細經過詳細分析，確認導致溫差的原因并提出多種解決方案，經多方論證對比，最終采取增加除氧器再循環泵的解決方案，成功解決了啟動階段溫差問題。

【關鍵詞】除氧器；ADG；再循環泵；溫差大

0 概述

目前國內核電廠常見的除氧器主要有內置噴霧除氧器、淋水盤有頭式除氧器和淋水盤一體化除氧器，3種形式的除氧器均是通過噴嘴將凝結水霧化，通過蒸汽加熱至除氧器工作壓力的飽和溫度，析出其中溶解的不凝結氣體。

方家山核電項目采用的是一體化大流量噴嘴，內置噴霧式除氧器，蒸汽通過鼓泡管引入水箱下部，水箱中的給水參與換熱和除氧過程。由于內置噴霧式除氧器沒有除氧頭，可降低設備高度、節約土建成本，避免水箱上部大的集中載荷，筒體應力減小，降低產生應力裂紋的可能等優勢，已經成為除氧器發展的趨勢。但在調試過程中發現該除氧器存在啟動期間兩側溫差大，兩側溫差最大達到近四十度。

1 原因分析及整改方案對比選擇

1.1 原因分析及危害

1.1.1 原因分析

為什么在啟動階段兩端溫度相差會如此之大，為了確認調查產生問題的根本原因，進行深入檢查，從除氧器外部尺寸、設備內部構造、外部管線布置、除氧器內部水循環及加熱蒸汽等方面入手，初步分析，確認造成此問題的原因主要有以下幾點：

（1）除氧器尺寸比較大，長度為49.56米。

（2）啟動階段除氧器內水依靠APD泵的再循環管線進行攪混，而APD泵的再循環流量僅40m3/小時，相對于除氧器有效容積410 m3來說，再循環流量小。

（3）APD泵的接口位置不合理，APD泵入口接管在第一段，而對應的再循環口在第二段，距離太近，無法起到對整個除氧器內水打循環，僅能對部分除氧器內水打循環（如圖1所示）。

在第三段和第四段存在一個較長的死區，該死區內的水無法循環，只能靠蒸汽和水凝結換熱加熱，導致該區段水溫較低。

（4）該除氧器是由上海輔機廠制造，采用的是荷蘭STORK公司的設計，在設備說明里明確描述該型除氧器在啟動階段需要除氧器再循環泵，但實際機組并未配備除氧器在循環泵。

（5）加熱蒸汽耙長較短，除氧器在用抽汽加熱時耙長約47米，而啟動階段用輔助蒸汽加熱時耙長僅9米，位置在除氧器中部。造成加熱只在除氧器局部進行，無法對除氧器整體加熱。如圖2所示

（6）SER補水接口位置在APD泵進出口管線之間，同時SER從水箱中部進入水箱，導致SER低溫補水未經足夠加熱就流向APD入口，影響除氧效果。

1.1.2 危害

綜合以上原因，導致在啟動階段除氧器內溫差較大，而溫差較大的情況下肯定對除氧效果有不良影響，同時長期較大的溫差也會導致較大的熱應力，也不利于設備的長期穩定運行。

1.2 初步整改方案及各方案優缺點的對比

1.2.1 初步確定整改方案

與上海華東設計院和設備制造廠家進行了多次溝通，從產生問題的原因來分析，各方都提出了整改方案可以分別有以下幾種處理方案

（1）輔助蒸汽加熱耙管加長；

（2）將輔助蒸汽接至抽氣加熱耙管；

（3）改善循環狀態，將APD泵的進出口設在除氧器兩端；

（4）增設除氧器再循環泵；

1.2.2 各方案優缺點的對比

1）輔助蒸汽加熱耙管加長

針對輔助蒸汽耙管長度僅9米，可以加長輔助蒸汽耙管，這樣在使用輔助蒸汽加熱的時候可以對除氧器進行整體加熱，減少溫度不平均的現象，這種處理方式可以從根本上解決問題，但此方案也存在明顯的缺點。

（1）首先，除氧器是采用分段加工，現場組裝的方式加工的，現在已無法進行拆解，只能在除氧器內部進行施工，內部空間狹窄，施工難度非常大；

（2）其次，可靠性難以保證，將耙管加長后，其固定方式需要重新設計計算，在除氧器筒壁上焊接相應的支架，加長的耙長運行中是否安全可靠很難保證。

（3）此方案沒有相應的運行經驗。

2）將輔助蒸汽接至抽氣加熱耙管

除氧器內部利用抽氣加熱的耙管長約47米，基本布滿除氧器內部，可以考慮將輔助蒸汽的耙管接在抽氣加熱的耙管上。具體連接方式有兩種：

（1）一種可以在除氧器內部改造，將兩套耙管連接在一起。此方法的優點是改動較小，只在除氧器內部合并兩套蒸汽耙管即可，缺點是降低了系統操作的靈活性，同時由于抽氣加熱耙管管徑比輔助蒸汽耙管管徑大許多，將輔助蒸汽接至抽氣耙管，會導致蒸汽流速較低，同時輔助蒸汽流量較小，蒸汽可能無法流到除氧器兩端，加熱時的均勻度恐怕難以預測。

（2）第二種方法可以在除氧器外部改造，將進入除氧器的輔助蒸汽管線和抽氣管線連接在一起，并增加相應閥門。此方法的優點是除氧器本體不需進行任何改動，缺點是增加了控制系統難度，同時輔助蒸汽管備用功能失效。

但以上兩種方案存在一個很大的風險，在機組啟動階段除氧器可能會出現異常的振動。比如國內某發電公司670MW機組，在啟動初期曾出現數次振動現象，甚至造成除氧器基礎產生裂痕損傷。而振動的原因是除氧器內輔助蒸汽加熱管和機組四段抽汽加熱管不在同一水平高度上，當機組啟動使用輔助蒸汽加熱時，如果聯絡電動門打開，輔助蒸汽通過聯絡門進入四段抽氣管，上部與下部不在同一高度的兩根加熱管同時進汽加熱，冷熱流體發生對沖，導致除氧器振動，關閉輔助蒸汽與四段抽汽的聯絡電動閥后，振動消失。

我們的除氧器結構類似，如果將輔助蒸汽耙管與抽氣加熱的耙管連接，同樣會存在導致除氧器異常震動的風險。

3）改善循環狀態，將APD泵的進出口設在除氧器兩端

對于APD泵進出口接管的位置不盡合理，也可以通過更改APD泵再循環接管位置來改善，可以通過在除氧器內部延長APD泵再循環管至除氧器第四筒節，此方案簡單易行，見效快，或在除氧器第四節筒體上重新開孔，將APD再循環水由外部接至第四節。

缺點同樣顯而易見：由于APD再循環流量較小，不能解決根本問題，同時內部改造同樣存在管系振動風險。如果再除氧器筒體上開孔，改造難度大，且改造完成后必須對除氧器重新進行水壓試驗。

4）增加除氧器再循環泵

如果增加再循環泵，通過再循環泵抽水進噴嘴，噴霧除氧，該方案既解決溫差問題又優化除氧效果，并且同紅沿河和嶺澳均設有除氧器再循環泵，有成熟的應用業績。

此方案缺點也很明顯，由于設計上取消了再循環泵，所以除氧器本體沒有預留相應的接口，在除氧器本體開口的話，需要在現場進行熱處理，加工難度大，并且需要增加泵和管道閥門等相關費用，相對價格較高。

2 最終解決方案

對以上方案對比分析可以發現，采用增加除氧器再循環泵的方案有明顯的優勢。

（1）嶺澳二期、陽江1號機采用同型號除氧器，均設有除氧器再循環泵，目前運行穩定，不存在溫差大的問題

（2）一體化除氧器的工作原理是首先給水流經大流量噴嘴后對水進行霧化，然后霧化水與蒸汽混合換熱除氧，完成95%以上的除氧換熱過程，然后在鼓泡管的作用下進行鼓泡換熱，從除氧效果來看，也需要設置再循環泵將除氧器水循環打回除氧器噴嘴，再除氧水經噴嘴霧化后與蒸汽充分混合換熱，這樣才能滿足除氧效果。

（3）加長除氧器輔助蒸汽管線或合并輔助蒸汽和抽氣管線，在現有情況下沒有相關核電應用經驗，存在不可預知的風險，并且與加再循環泵相比缺少了除氧水經過大流量噴嘴霧化的過程，除氧效果肯定沒有加再循環泵的效果好。

（4）此類型除氧器的原設計方為荷蘭STORK公司，咨詢STORK公司設計專家，他們認為增設除氧器再循環泵簡單易行，且有成熟的經驗，同樣建議增加再循環泵

核文化要求”保守決策”，對于核電站設備，我們應盡可能選用成熟可靠和已經經過驗證的設備。

經過對幾種改造方案的反復對比論證，同時參考同類電站設計，最終決定采用增加除氧器再循環泵的解決方案。

3 泵安裝位置和參數的確定

3.1 接口位置和泵安裝位置

因原設計已取消再循環泵，除氧器筒體未留相應接口

（1）方案一，在除氧器本體重新開口，施工難度較大，改造完成后除氧器需要重新進行水壓試驗。優點是接口的位置選擇余地大，可以盡可能靠近除氧器端部，對改善除氧器內水循環有利。

（2）方案二，利用除氧器排水至凝氣器的管線，該管線直徑323.8mm，可在下游合適位置引管線至再循環泵入口，缺點是接口位置距離除氧器端部仍有一段距離，可能導致除氧器死角位置水循環不足。

綜合考慮施工難度及工期等問題，最終將排水管線下游彎頭改為三通，接一條管線至再循環泵入口。

回水口位置選擇相應簡單，參考紅沿河電站，接在最后一個噴嘴上游，并在接口上游凝結水管線上增加一個隔離閥。

3.2 泵參數確定

嶺澳電站的再循環泵安裝在除氧器平臺，但考慮到如果泵安裝在除氧器平臺，除氧器僅略高于泵入口，泵的凈正吸入壓頭難以保證，存在汽蝕風險，將安裝標高降低相對安全，設計院經現場勘查后，確認泵安裝在汽機運轉平臺。為了不對其他已安裝設備帶來不利影響，將安裝位置設在MX廠房8號立柱與9號立柱之間。

嶺澳電站的再循環泵流量375m3/h，紅沿河電站再循環泵設計流量260 m3/h，再循環流量通常選擇噴嘴額定流量的10～30%，加上考慮到除氧器內部有效容積的大小，以及管道和噴嘴的壓降，選擇泵流量為375 m3/h，揚程30m，設計溫度壓力取除氧器正常運行溫度壓力，設計溫度180℃，設計壓力1.6MPa。同時考慮到泵基礎承重的問題，泵組的總重不超過3噸。

4 結束語

改造完成后，在機組啟動階段，除氧器加熱過程中保持再循環泵運轉，泵兩端溫差僅4℃左右，解決了除氧器兩端溫差大的問題。

雖然經歷了許多困難，也走了多彎路，設計制造運行等各方人員多次交流溝通，彌補了各自的短板，查清了問題的根本原因，并最終得到解決。但此事件值得我們反思。盡量避免類似情況的發生，核電和火電在設計理念和設備參數及安全標準等方面存在較大差異，不能簡單套用火電的技術改進，設計與設備是不是獨立的，設計修改必須考慮設備是否滿足，加強多方信息的溝通反饋。

【參考文獻】

[1]梁經通.鍋爐給水除氧技術的發展與應用[J].建筑熱能通風空調，2001.

[2]王濱等.除氧器啟動初期振動現象的分析及消除[J].華電技術，2014.1.

[3]除氧器設備制造完工報告，（技術分冊）.

[責任編輯：朱麗娜]