CEFR蒸汽發生器運行優化

鄧日華

中國原子能科學研究院 北京 102413

1 蒸汽發生器簡介

蒸汽發生器（SG）是核電廠中的重要關鍵設備之一，也是核動力裝置運行中發生故障最多的設備之一。CEFR的SG是熱傳輸系統介質鈉和動力轉換系統介質水(蒸汽)之間的實體屏障，是快堆中避免發生鈉-水反應的實體邊界。因此其安全可靠運行對于反應堆裝置的安全運行有著非常重要的意義[1]。

2 主要運行工況簡介

快堆蒸汽發生器啟動工況主要包含水工況、水汽轉換工況、汽工況等。水工況指低功率下，蒸發器水側出入口均為液態水的工況。啟動過程中的汽工況指蒸發器出口為帶有一定過熱度蒸汽的工況，但過熱器未接通。當蒸發器水側出口由液態向氣態轉換時的工況則稱為水汽轉換。穩態發電運行時蒸發器是汽工況。計劃停堆的過程，按照從冷啟動過程的相反步驟進行。

3 蒸汽發生器運行經驗反饋及優化

CEFR蒸汽發生器中的介質水在運行過程中具有相變，在鈉-水介質間的傳熱過程中存在水與汽相變時的惡化點，由此引發的傳熱管疲勞破壞是蒸汽發生器設計和運行中的一個安全上的薄弱環節。另外，在啟動工況下，溫度較低的高壓給水瞬時注入將會對下管板造成較大的熱沖擊，對管子管板連接接頭將造成較大的熱沖擊應力，如不限制，將加速接頭的密封失效和破損，造成嚴重后果[2]。

3.1 啟動工況

直流式蒸汽發生器啟動初期易出現水動力不穩定現象，系統運行操作較為困難。因此，為減少啟動過程中熱沖擊和熱應力，減少振動，須優化啟動參數和啟動步驟。對于水工況的運行，主要反饋兩方面的問題：水工況建立和水工況下的SG壓力、流量調節方法。通過蒸發器進水操作建立水工況。另外兩個問題需要注意。首先，高壓的給水進入蒸發器時可能產生閃蒸對傳熱管造成熱沖擊。然后，進水時，蒸汽器內壓力有一個上升過程，水流動的不穩定性比較嚴重，會對蒸發器造成一定程度的損傷。關于蒸發器水汽轉換，本文主要反饋水汽轉換過程中系統的配合和水汽轉換過程中的合理的壓力、流量變化方法。水汽轉換過程中系統的配合，主要是啟動停堆冷卻系統的配合，容易出現啟動擴容器超壓，其安全閥起跳的現象[3]。

3.2 正常運行工況

CEFR蒸汽發生器給水流量的調節主要目標是維持其出口鈉溫穩定，兼顧蒸汽出口過熱度。在反應堆保護及限制定值中，當給水流量低于整定值時，將觸發斷路器斷開，導致緊急停堆。給水流量調節的目標除了維持蒸發器出口鈉溫穩定之外，還需要兼顧蒸汽過熱度。這兩個目標在某些情況下可能難以同時滿足，必須改變運行參數。

3.3 蒸發器停運

在蒸發器停運過程中容易產生熱沖擊，可以從切斷給水和排汽充氮兩方面進行分析。

3.4 運行優化

通過分析蒸發器在不同工況下運行操作中溫度壓力等，對CEFR三回路運行提出以下建議。

3.4.1 水工況

蒸發器進水前，為了避免閃蒸造成熱沖擊，暖管操作要將蒸發器壓力提升至接近除氧器壓力。

蒸發器進水后，通過限制啟動擴容器入口調節閥開度，迅速將蒸發器壓力提升，以減少壓力低時水流動的不穩定性對蒸發器造成的損傷[4]。

水工況運行時，需要匹配地調節給水調節閥與啟動擴容器入口調節閥，同時由啟擴減溫水量控制啟動擴容器壓力。因此建議增加啟動擴容器減溫水流量調節閥，并對啟動擴容器入口調節閥的控制邏輯進行修改。

3.4.2 水汽轉換工況

針對水汽轉換過程中啟動擴容器頻繁超壓的現象，建議水汽轉換前提前打開啟動擴容器減溫水調節閥。如果啟動擴容器壓力高于正常值，在水工況或旁排未投入的汽工況下，應適當開大啟動擴容器減溫水調節閥，增加減溫水量，減小壓力。一旦轉入汽工況，應迅速投入旁排。另外，從提高熱效率的角度考慮，建議此時關小減溫水調節閥，啟動擴容器壓力由啟動擴容器入口調節閥控制[5]。

細化、優化水汽轉換過程中壓力流量的變化方法。具體調節應通過配合調節給水泵轉速、給水調節閥開度、啟動擴容器水工況入口調節閥來調節給水流量和壓力。

水汽轉換降壓過程中，當含汽率使兩相流為彈狀流等不穩定流型時，會對蒸發器傳熱管造成沖擊，因此建議快速降壓降流量通過此含汽率區域。

3.4.3 蒸發器正常運行工況

從反應堆安全及穩定運行的角度考慮，應盡量維持給水調節閥壓差設計規定的運行范圍。另外應注意，由于直流式蒸汽發生器的特點，當給水調節閥壓差較小時，不能使用降低給水泵轉速的方法調節給水流量[6]。

從熱效率的角度考慮，給水調節還應盡量維持較高的蒸汽過熱度，但是通過上文分析可知，三回路給水流量沒有可調整的空間。因此建議減小二回路流量到合理數值。

4 結語

蒸發器停運工情況針對給水中斷瞬間給蒸汽發生器傳熱管帶來的熱沖擊，建議實際運行中，將給水流量逐漸降低至最小流量，在蒸發器鈉側出口溫度上升幅度有限的情況下再停運給水泵。排汽充氮過程中，為了減小排產生閃蒸造成的熱沖擊，應盡量減緩降壓速度[7]。