百萬千瓦等級核電廠汽輪發電機組非核蒸汽沖轉風險分析及應對措施

曹宇華 朱寧

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

通過汽輪機非核蒸汽沖轉試驗，能夠及早暴露和發現汽輪機及其相關系統的問題，征對試驗過程的發現的問題采取相應的糾正處理措施，從而保證了汽輪發電機組正常并網發電以及在運行期間能安全正常地工作。此試驗涉及系統多，試驗復雜，因此在非核蒸汽沖轉前進行全面的重大風險分析并制定應對措施是必要的。

1 非核沖轉汽水流程及實施過程

1.1 非核沖轉汽水流程

由于凝結水精處理系統還未具備投運條件，凝結水系統也未進行聯合沖洗，凝結水去除氧器的水質達不到要求，所以非核沖轉期間不投入低壓加熱系統，非核沖轉的給水來源于除氧器中的除鹽除氧水。汽輪機沖轉前主蒸汽管道預熱和汽水分離再熱系統的預熱完成后，蒸汽發生器供水由輔助給水切換到啟動給水系統供應，汽輪機掛閘后，蒸汽發生器產生的飽和蒸汽經過汽輪機發電機做功后排入凝汽器冷凝，啟動凝結水泵通過小流量管線打循環，并通過控制凝汽器至常規島廢液收集系統閥門進行凝汽器水位調節[1]。

1.2 非核沖轉實施過程

（1）確認各系統已投運并運行良好，記錄汽輪機沖轉前相關參數；

（2）執行主汽門嚴密性試驗，汽輪機轉速小于75rpm，試驗合格；

（3）首次沖轉至100rpm，進行摩擦檢查試驗，就地汽輪機打閘；

（4）重新升速，第二次沖轉至100rpm暖機30min；

（5）首次沖轉至200rpm，暖機1h；

（6）首次沖轉至500rpm，暖機30min；

（7）轉至1500rpm，維持10min，主控應急控制盤上手動打閘停機，主盤車在汽輪機轉速下降至一定值時與汽輪機大軸自動嚙合。

2 非核沖轉風險分析及應對措施

非核沖轉涉及了二回路的大部分汽水系統，非核沖轉也是這些系統首次實現聯合運行，各系統的自動控制功能需要得到驗證，有的系統在非核沖轉過程中還沒有實現自動控制，這就需要大量的人工干預。為保證非核蒸汽沖轉安全、順利進行，對各項風險點進行清理，從電、汽、氣、油、水各方面考慮，分別制定對策。例如：制定完善的組織機構，各專業組分工明確，遇到問題有人處理；在汽輪機平臺、主控室、電器柜間建立通訊，保證現場和主控信息溝通及時，同時就地和主控的停機按鈕處都有專人進行監護，汽輪機運行異常時可以保證實現汽輪機停機；在高溫高壓介質通過的區域拉警示帶，禁止無關人員進入，確保人員的安全。

2.1 汽輪發電機組異常超速風險

風險分析：汽機控制系統、超速保護系統動作不正常或汽輪機高、中壓主汽門或調節門出現卡澀、關閉不嚴、關閉不及時都會導致汽輪機異常超速。汽輪機超速后果嚴重，轉速無法控制、機組振動增大、軸瓦溫度升高，嚴重時導致葉輪松動變形、葉片及圍帶脫落、軸承損壞、動靜摩擦，甚至斷軸、飛車。

應對措施：汽輪機沖轉前進行主汽門嚴密性試驗，試驗合格后才進行沖轉；超速保護通道試驗合格，超速保護裝置均應正常投入工作；按要求進行定期試驗，確認主汽門與調節汽門開啟關閉靈活、無卡澀現象；確認超速保護通道正常。

2.2 汽輪機進水風險

風險分析：非核沖轉還要利用蒸汽發生器的儲能提供主蒸汽，主蒸汽流量瞬間突增主蒸汽降壓后閃蒸的主蒸汽濕度過大，造成蒸汽帶水；軸封處密封不嚴，供汽管道疏水不暢，積水或疏水進入汽缸；汽缸本體疏水不暢通；汽水分離再熱器管板溫度太低，高壓缸排汽經過汽水分離再熱器濕度增大。以上幾種因素都會導致汽輪機進水，汽輪機進水會導致軸向推力增大，推力瓦磨損甚至燒瓦；引起動靜間隙消失發生碰磨；導致大軸彎曲；汽機高溫金屬部件產生永久變形；熱應力過大引起金屬部件裂紋等。

應對措施：主蒸汽隔離閥打開前對主蒸汽管線進行充分暖管并排盡疏水；沖轉前汽缸、高、中壓閥體、蒸汽管線疏水閥開啟；沖轉前進行汽水分離再熱器預熱，二級管板預熱到140℃左右；汽輪機運行時，密切監視汽機振動、軸向位移、脹差、推力瓦溫度，現場要巡視汽輪機，確認機組運行正常、軸封處無異音；運行中注意監視主蒸汽溫度變化，如汽溫變化過大，應立即采取措施或停機；停機之后轉子惰走階段不允許過早停止軸封供汽，防止冷氣、冷水進入；緊急情況下，汽輪機手動打閘停機。

2.3 汽輪發電機組潤滑油斷油燒瓦風險

風險分析：潤滑油、頂軸油系統泄漏；主油泵工作不正常；交、直流油泵自動聯鎖不正常，造成事故時供油不正常。以上幾個因素都會導致潤滑油部分或全部喪失，潤滑油部分或全部喪失會導致軸瓦動靜摩擦加劇，軸瓦溫度升高，有跳機風險，嚴重時，造成軸頸損壞，汽輪發電機損壞。

應對措施：沖轉前驗證輔助油泵、應急油泵的啟動邏輯；汽輪機潤滑油系統啟動后現場檢查邊界的完好性；系統運行時監視潤滑油系統運行參數、各軸承溫度。軸承溫度異常增加，達到自動跳機值，立即打閘停機并破壞真空，手動停運主盤車，若高壓缸溫度高于150℃，啟動輔助盤車試盤轉子，若轉子可以盤動，則每半小時盤180度，直至缸溫降至150℃以下。

2.4 盤車不可用風險

風險分析：盤車電源故障、盤車控制柜卡件故障都會導致主盤車不可用。汽輪機非核沖轉前主盤車不可用將會導致汽輪機無法進行沖轉；汽輪機沖轉至1500rpm打閘停機，轉速降至一定值時主盤車無法嚙合，此時若高壓缸溫度高于150℃，輔助盤車又無法投入，則可能使汽機大軸受熱不均產生彈性彎曲。

應對措施：汽輪機潤滑油系統相關的邏輯已經驗證并合格；汽輪機首次沖轉前檢查汽輪機輔助盤車可用性，機組啟動前連續盤車時間至少不得少于24h，若盤車中斷應重新計時；安排安裝公司行車人員24小時值班，臨時盤車工具準備就位；汽輪機降速至定值時檢查主盤車自動嚙合，主盤車不可用投入輔助盤車，輔助盤車不可用及時聯系承包商人員用行車每半小時盤車180度，并有專人跟蹤。

2.5 除氧器水質不合格風險

（1）氧含量高風險。

風險分析：除氧器加熱蒸汽不足或排大氣閥未開啟，達不到熱力除氧的效果；化學加藥裝置的聯氨加入量不正確，加入量少；除氧器補入太多的除鹽水。以上幾個因素都會導致除氧器水質含氧量高，氧含量比較大，造成系統內管道及設備的腐蝕加大。

應對措施：除氧器制水時確保排大氣的閥門開啟；輔助蒸汽供汽至除氧器的閥門手動操作靈活，能維持除氧器壓力達到0．02MPa．g；除氧器制水前根據最終注入的除鹽水量估算應加入的聯氨量，啟動給水泵沿再循環運行，在啟動給水泵入口加入聯氨；除氧器加入的除鹽水不能太高，除氧器有足夠的空間，保證水和蒸汽 有足夠的熱交換時間，使氣體有足夠的時間從水中溢出。

（2）給水鈉離子和陽離子電導率超標風險。

風險分析：補給水水質不合格會導致除氧器內給水鈉離子和陽離子電導率超標，給水陽離子電導率超標，造成系統腐蝕或結垢，尤其會加劇蒸汽發生器傳熱管的腐蝕。

應對措施：嚴格控制補給水的水質，水質合格后才能向除氧器供水。

（3）給水PH值異常。

風險分析：除氧器補給水不合格或氨水加入量不合適都會導致給水PH偏離正常值。

應對措施：除鹽水向除氧器補水前先化學取樣分析補給水水質合格；除氧器中給水PH低于正常值，需增加氨水的加入量；除氧器中給水PH高于正常值，除氧器需要重新換水。

（4）給水懸浮物超標。

風險分析：汽輪機首次沖轉前，除氧器還沒有進行沖洗，除氧器內材料腐蝕產生的腐蝕產物溶解在水里，導致懸浮物超標。

應對措施：常規島除鹽水分配系統向除氧器補水，再經過疏水管線排向凝汽器，除氧器換水，直到懸浮物達到標準。

2.6 汽輪發電機組大軸彎曲風險

風險分析：汽輪機安裝不合理，導致動靜部分間距減小，汽輪機進汽后熱脹冷縮會使動靜部分接觸；汽輪機轉子受熱不均勻；主蒸汽溫度突變，造成脹差變化過大，動靜部件碰摩；以上幾種因素都可能導致大軸彎曲事故。

應對措施：非核沖轉前，對汽輪機監視系統每一個測點進行逐項清理，保證每個儀表已安裝就位，儀表信號在控制畫面上顯示正確；汽輪機本體上的跳機信號都已驗證完成；汽輪機啟動前，盤車連續運行24h，檢查汽輪機振動、脹差、軸向位移、偏心、汽缸金屬溫度測量元件正常；升速和運行過程中注意監視機組的振動、脹差、汽缸膨脹、軸向位移、高中壓缸溫度、汽缸上下缸溫差等參數，參數達到跳機值確保汽輪機自動或手動停機，；沖轉過程中保證汽輪機疏水閥保持打開；停機之后凝汽器處于正常的大氣壓之前（有真空度），不允許停止軸封供汽。停機之后高壓缸金屬溫度大于150℃不允許停運盤車。

2.7 工業安全風險

風險分析：非核沖轉中，蒸汽系統安裝完成后首次進入高溫高壓的蒸汽，蒸汽閥門法蘭連接處螺栓未擰緊，密封不嚴，會有蒸汽泄漏，有人員燙傷風險，漏汽量大會導致熱損耗增大，汽輪機非核沖轉可能達不到額定轉速； 蒸汽管道保溫有部分未包好，人員觸摸管道有燙傷風險；如果油系統有泄漏 ，漏油處又有焊接等工作時存在火災風險[2-3]。

應對措施：試驗前，在高溫高壓區域拉警示帶，無關人員不允許入內；試驗過程中有專人進行現場巡視，嚴禁在油系統區域進行焊接作業。

2.8 其它風險

風險分析：汽輪機非核蒸汽沖轉后，由于汽輪機及相關蒸汽管道中濕度增加，可能導致材料的腐蝕。影響后續機組投運后的蒸汽品質，也有可能導致部分閥門的密封不嚴，造成閥門的內漏。

應對措施：投入汽輪機干風保養系統，實現對蒸汽管道、高壓缸、中壓缸、低壓缸、汽水分離再熱器殼側、汽水分離再熱器殼側疏水箱、凝汽器的保養。本系統包括兩個可拆卸的風道和兩個移動式空氣干燥再生裝置。空氣經過空氣干燥再生裝置，從汽水分離再熱器的人孔進入，最終從凝汽器人孔排出，空氣去向如下：

（1）進入高壓缸排氣管道，再經過高壓缸并通過主汽閥到主蒸汽母管，最后經旁排系統進入冷凝器；

（2）進入中壓缸后排至低壓缸，并通過低壓缸進入凝汽器；

3 汽輪機非核沖轉風險預案實施

針對汽輪機非核蒸汽沖轉，結合現場實際情況，對沖轉過程中可能遇到的問題進行分析、討論，每一項風險都制定應對措施。非核蒸汽沖轉前應編制《汽輪機非核沖轉風險預案》，方案中需詳細的列出非核沖轉可能遇到的風險及采取的應對措施。 試驗過程中應對每個風險點都安排專人跟蹤，預防事故發生，一旦有不安全的因素確保及時發現并采取措施避免不必要的后果[4-5]。

4 結語

非核蒸汽沖轉前進行詳細的風險分析，并制定對應的應對措施，確保了非核蒸汽沖轉順利、安全的實現；同時，對非核蒸汽沖轉后的材料腐蝕風險做了分析并制定了可行的糾正措施，因此本論文可以用于指導百萬千瓦等級汽輪機非核蒸汽沖轉試驗。