核電機組熱力性能試驗結果分析與應用

楊雙濤

（中廣核工程有限公司，廣東深圳518124）

1 引言

核電機組熱力性能試驗是檢驗核電廠建造質量，評價核電廠經濟性的主要手段。論文選取某核電廠X號機組熱力性能試驗結果進行分析，同時就試驗結果的應用提出了建議。

2 機組概況與試驗情況

2.1 機組概況

該機組汽輪機采用三缸四排汽凝汽式型式，采用一個高壓缸，兩個低壓缸，為雙排汽結構，高低壓缸之間布置有汽水分離再熱器，以提高低壓缸的進汽參數。機組設計額定功率為1086MW，轉速1500rpm，高壓主汽門前蒸汽額定壓力6.43MPa，額定溫度280.1℃，額定濕度0.47%，額定進汽流量1613.400 kg/s，額定冷卻水溫25℃，額定背壓5.78 kPa，額定給水溫度226.0℃。

2.2 試驗情況

該機組熱力性能試驗依據ASME PTC6-2004中的簡化試驗標準執行，試驗共采集數據點110多個，涉及修正項目合計15項，主要修正項目有熱功率、主蒸汽壓力、主蒸汽濕度、循環水流量、循環水溫度和汽輪機排汽壓力等。以下為主要修正項目的修正量數據表：

表1 試驗數據

3 試驗數據分析

從以上數據可以看出，影響熱力性能試驗結果比較大的修正量依次為熱功率、循環水溫度和循環水流量（與汽輪機排汽壓力等效）、功率因數、主蒸汽壓力等。該機組出力達1117.6MW，與設計值相比超出31.6MW。針對機組出力考核值遠高出設計值的情況，分析其試驗數據是否反映了機組的真實狀態顯得尤為重要，以防止機組一回路出現超功率事件，確保機組高效、安全運行。以下將從影響機組功率因素的幾個方面進行分析。

①核島熱功率的影響

對于相同類型的核電機組，核島提供給汽輪機的熱負荷越大，機組的功率就會越高。根據機組功率隨熱負荷變化的曲線，可得出核島熱功率變化1%，機組功率變化1%。該機組試驗時的熱功率測量值為2867MW，熱功率測量主要依據的是測量SG進出口的壓力、溫度和流量，然后通過一、二回路熱平衡得出熱功率。對于熱功率測量準確性來說，流量測量十分重要。

②主蒸汽壓力影響

在相對額定工況下，根據主蒸汽流量與主蒸汽壓力曲線的關系，可得出機組功率隨主蒸汽流量的增加而增大。隨著主蒸汽流量（一回路熱功率）的增加，汽機主汽閥前蒸汽壓力呈下降趨勢，調節閥后蒸汽壓力呈增加趨勢。調節閥后壓力間接表示主蒸汽流量。在試驗時主汽閥前蒸汽壓力比設計值高，主蒸汽壓力高，進入MSR二級再熱器加熱蒸汽溫度高，再熱蒸汽溫度略高（壓損大），有利于降低末級葉片濕度，提高低壓缸有效焓降，同時二級再熱器疏水溫度高，吸熱量一定情況下，再熱器所需新蒸汽量大，對機組功率影響一正一負，可相互抵消。

③主蒸汽濕度影響

在相對額定工況下，機組功率隨著蒸汽濕度的減少而增加。根據主蒸汽濕度與機組功率曲線的關系，主蒸汽濕度的測量主要是通過在二回路加入示蹤劑的方法測量。從試驗結果來看，濕度的修正量并不大。

④循環水溫度的影響

在一定范圍內，機組功率隨著海水溫度的升高而降低，而海水溫度的高低直接影響了汽輪機的排汽壓力。該機組熱力性能試驗時，循環水溫度為29.8℃，引起的修正量為14.4MW，因此循環水溫度測量的準確性對試驗結果影響的重要性不言而喻。

4 試驗結果應用

核電機組熱力性能試驗結果除用于機組整體性能評價外，還可在如下幾個方面進行應用。

4.1 主給水流量測量孔板檢查

根據前文分析結果來看，需要我們重點關注的是熱功率的測量，根據該機組試驗修正結果，熱功率修正項目引起的修正量為14.9MW。主要原因分析為：主蒸汽壓力的測量（共四組）、海水溫度測量（共四組）、功率因數測量（共三組）、汽輪機排汽壓力測量（共八組）等這些測量雖然對結果影響比較大，但在測量的準確性與交叉比對上有比較好的手段，其結果的可信度也是非常高的。然而對于熱功率測量，其基礎是主給水流量測量，主給水流量測量是采用孔板測量壓差方式取得的，也就是說孔板的設計、制造、安裝等過程的可靠性直接決定了流量測量的準確性。另外核電機組功率是以二回路熱平衡所測量的功率為依據，核功率、熱功率均以二回路熱平衡測量的熱功率來進行標定。

4.2 凝汽器熱力性能驗證

通過機組熱力性能試驗所測得的試驗數據，可以用于分析凝汽器的熱力性能、嚴密性等是否達到設計要求。凝汽器運行性能的優劣，主要表現在凝汽器壓力、凝結水過冷度和凝結水品質等幾個方面。凝汽器壓力的升高和凝結水過冷度的增加都會導致機組經濟性的降低。該機組熱力性能試驗所測得的數據用于評價凝汽器性能的數據表：

表2 試驗數據

從以上數據表可以看出，凝汽器性能達到了設計值，機組度夏能力較強；從另一方面來講，機組的背壓修正曲線與循環水溫度、循環水流量修正曲線是一致的，因此可以從兩者修正結果的方面來判斷凝汽器性能的好壞。從數據來看，機組熱力性能試驗時背壓修正為13506.47kW，循環水溫度修正13801.81kW、循環水流量修正-700.33kW，兩者結果是基本一致的，也說明了凝汽器性能是達到設計要求的。在某些時候，由于核電機組受制于機組安全、風險控制要求，滿功率平臺的凝汽器真空嚴密性是無法實施的，在此情況下可以用上述方法來判斷凝汽器的嚴密性是否合格。

4.3 二回路回熱系統性能驗證

按照前文所列的試驗修正項目，利用機組熱力性能試驗所采集的數據進行給水加熱器的端差、主給水泵焓升等方面的修正結果，即系統修正，可以得出試驗循環工況與規定循環工況的偏差，從而判斷出回熱系統設備的運行情況。

另外根據機組修正曲線計算也可以得出回熱系統的端差、焓升等修正量比較小，同樣反映了二回路回熱系統達到了設計要求。

5 結論

本文以某核電廠熱力性能試驗數據分析及應用的情況為例，探討了一套熱力性能試驗數據分析及應用的方法，能夠為核電機組在工程建設以及機組運行時提供性能驗證、故障診斷、經濟效益評價等方面的服務。