百萬千瓦級核電機組凝汽器真空變化影響分析

高云飛 王巖

摘 要：核電機組凝汽器是二回路水汽循環的重要設備，凝汽器真空度直接關系到汽輪機組運行的安全性和經濟型，并間接影響到一回路熱功率，因此對凝汽器真空度的關聯因素及影響途徑進行分析，具有重要意義。

關鍵詞：凝汽器；真空度；汽輪機；安全；經濟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.127

核電機組凝汽器用于接收汽輪機排汽并將其冷凝成凝結水，為了對汽輪機提供一個經濟的背壓，同時進行真空除氧，需保證凝汽器具有一定的真空度。真空度主要靠海水冷卻形成，用凝汽器抽真空系統不間斷抽走不凝氣體來保持。由于凝汽器真空環境的變化直接影響到核電機組的熱效率，從而進一步導致反應堆熱功率以及汽輪機運行工況發生變化，因此需要對其進行細致分析。

1 凝汽器真空度對機組熱效率的影響

壓水堆核電廠熱力循環是在理想朗肯循環的基礎上，增加工質在中間汽水分離再熱器中的汽水分離再熱過程，因此部分主要討論凝汽器真空與熱效率的相互關系，故將核電廠熱循環近似為理想朗肯循環，循環熱效率η=1-（h2-h2'）/（h1-h2'）=（h1-h2）/（h1-h2'）[1]，其中h2為汽機低壓缸排汽的焓，h2'凝汽器凝結水的焓，h1為進入汽輪機的新蒸汽的焓，從表達式中可以看出，h2'越小，對應熱效率越高。故提高凝汽器真空度是提升核電廠熱力循環效率的有效途徑。

2 凝汽器真空度對汽機振動的影響

壓水堆核電廠M310堆型一般采取堆跟機模式，即保持二回路負荷為設定值，一回路熱功率跟蹤二回路變化，由第一條分析可知，凝汽器真空度下降后，機組熱效率下降，為保證二回路電功率保持在設定值，則一回路熱功率上漲，汽輪機組進汽量增加，造成汽機軸向推力增大，同時，汽機低壓缸排汽直接進入凝汽器，當真空上升，汽機排汽溫度升高，引起汽機與轉子脹差發生變化，進一步導致汽機垂直及水平振動增大。另外，根據機組運行實踐，在凝汽器真空度過高的情況下，會導致汽輪機缸體對中水平降低，振動升高，汽機沖轉前凝汽器真空度過高可能造成低壓缸軸封局部過熱，影響汽輪機暖機效果。

3 影響凝汽器真空度的因素

根據凝器汽的工作原理，真空度的形成主要靠海水冷卻，并用凝汽器抽真空系統來保持，抽真空泵本身無轉速或頻率調節裝置，但一般設置有三臺，正常保持1至2臺運行，剩余泵置于聯鎖備用狀態，在凝汽器真空達到某一定值時，啟動備用泵，當恢復到正常定值后，備用泵自動停運。

海水冷卻方面，凝汽器原理近似于管式換熱器，汽輪機低壓缸排汽進入換熱器殼側，循環冷卻水泵輸送的海水進入管側。由熱平衡方程可知：Q=q低壓缸排汽（h2-h2'）=q海水C海水（T出口-T入口），其中Q為單位時間鈦管的換熱量，q低壓缸排汽為低壓缸排汽流量，h2為汽機低壓缸排汽的焓，h2'為凝汽器凝結水的焓，q海水為管側海水流量，C海水為海水熱容，T出口為管側出口海水溫度，T入口為管側入口海水溫度。從前述參數方程可以看出，h2-h2'數值與凝汽器壓力對應條件下的汽化潛熱相同，且凝汽器真空度越差對應的汽化潛熱越小[2]，此處可用該汽化潛熱代表凝汽器真空度；影響凝汽器真空度的的參數中q低壓缸排汽對應汽輪機負荷，負荷越高，q低壓缸排汽越大，凝汽器真空度越低；q海水越大，凝汽器真空度越高；C海水近似為常量；T出口-T入口為凝汽器管側海水溫升，換熱量不變的情況下，管側海水流量越高，海水溫升越小，凝汽器真空度越高；低壓缸排汽溫度ts= tw1+△t+ δt，式中：tw1 為凝汽器循環冷卻水入口水溫；△t 為循環冷卻水溫升； δt 為凝汽器傳熱端差。[3]根據飽和蒸汽的熱力特性，凝汽器真空度與低壓缸排汽溫度ts為反相關，ts越高，凝汽器真空度越低，在△t和δt不變的情況下，循環冷卻水入口水溫及海水溫度越低，凝汽器真空度越高。

此外，在換熱總量不變的情況下，凝汽器保持在合適水位，傳熱管的換熱面積越大，清潔度越高，換熱效果越好，凝汽器真空度越高。

為了在某些緊急情況下快速停運汽輪機，還設置了凝汽器真空破壞閥，可以在打開后快速提高汽輪機背壓，縮短惰轉時間。

某電廠汽輪機檢修后重新沖轉并網，在運行過程中發現有兩處軸瓦振動較檢修前明顯偏高，并穩定在較高水平。為改善汽機振動，進行了調節凝汽器真空度的嘗試，通過關小凝汽器抽真空泵入口閥開度，直至剩余1-2圈開度，維持24小時，真空度基本無變化；后又通過開啟凝汽器真空邊界的兩個閥門，凝汽器真空度緩慢降低，但二回路含氧量迅速升高，導致嘗試中止。對比另一電廠在汽輪機沖轉前通過關小抽真空泵入口閥，顯著降低了凝汽器真空度。可以看出，在汽輪機帶負荷的情況下，凝汽器真空度主要是由海水冷卻形成的。

4 綜述

結合前述分析，核電機組凝汽器真空度對于汽輪機組的經濟型和安全性均有重要影響，需要根據實際需要，對凝汽器真空度相關因素進行調整，使其保持在合適的區間內，以保證機組安全高效運行。

參考文獻：

[1]駱純珊.WWER-1000壓水堆核電廠熱工水力及工程熱力學基礎[M].2012：38.

[2]黃方谷.工程熱力學與傳熱學[M].1993：119.

[3]苑景凱.影響凝汽器真空的理論分析與真空治理[J].電站系統工程，第33卷第5期.