方家山核電機組主給水除氧器壓力控制

謝賢林 陸宗達 李美增

摘? 要：作為核電機組二回路熱力系統的一部分，除氧器用于完成對主給水的除氧供給蒸汽發生器，并將給水加熱到飽和溫度，為主給水泵提供凈正吸入壓頭，控制除氧器的壓力具有非常重要的意義。在文章第一部分作者概述了除氧器的作用和熱力除氧的原理。第二部分首先介紹了方家山核電機組除氧器的基本情況及主給水除氧器系統的工作流程，緊接著根據方家山除氧器設計和實際運行情況，分別從啟停情況、低負荷情況、正常運行工況、汽機甩負荷、抽氣逆止閥試驗等五種工況詳細闡述了除氧器在不同工況下，控制除氧器壓力的信號來源、壓力控制機構及控制原理，對運行人員理解并掌握機組各類運行工況下除氧器壓力控制，保障機組安全經濟地運行有積極的幫助。

關鍵詞：除氧器;汽水循環;壓力控制

中圖分類號：TK223.5+22 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0135-02

Abstract： As a part of the second loop thermal system of the nuclear power unit， the deaerator is used to complete the deaeration supply steam generator to the main feed water， heat the feed water to the saturation temperature， and provide the net positive suction head of the main feed water pump. It is of great significance to control the pressure of the deaerator. In the first part of this paper， the author summarizes the function of deaerator and the principle of thermal deaeration. The second part first introduces the basic situation of the deaerator of Fangjiashan nuclear power unit and the work flow of the main feed water deaerator system， and then according to the design and actual operation of Fangjiashan deaerator， the deaerator under different operating conditions are described in detail from five operating conditions， such as start and stop， low load， normal operating conditions， turbine load rejection， exhaust check valve test， etc. The signal source， pressure control mechanism and control principle of controlling the deaerator pressure are of positive help to the operators to understand and master the deaerator pressure control under various operating conditions and to ensure the safe and economical operation of the unit.

Keywords： deaerator; steam-water cycle; pressure control

1 概述

1.1 除氧器簡介

二回路給水或凝結水中溶解氧含量過高會對系統設備造成腐蝕。在壓水堆核電廠中，需嚴格控制二回路水質以減少蒸汽發生器傳熱管破裂事故（SGTR）發生頻率，因此必須對二回路給水進行除氧，使核電廠二回路給水含氧量小于5ppb。

給水除氧分為化學除氧和熱力除氧兩類，化學除氧利用化學藥劑（例如通過SIR系統添加聯氨），使水中游離的氧形成化合物，它能達到較為徹底的除氧效果，但不能除去其他氣體。通常化學除氧和物理除氧相結合使用，已達到更好的除氧效果。物理除氧方面，凝汽器兼有真空除氧的作用，而主除氧器作為熱力除氧，采用水受熱沸騰時所含氧氣等不凝氣體析出的原理來去除氧氣和其他氣體。

此外，作為二回路加熱系統的一部分，除氧器還承擔以下功能：（1）接受高壓缸排汽及二回路熱力循環各系統設備疏水，并將凝結水加熱至具有飽和溫度的給水。（2）作為二回路的緩沖水箱，儲存一定量的給水，以應對蒸汽發生器給水需求與供應間的失配，同時保證入口水壓避免主給水泵汽蝕。（3）將不凝氣體排入凝汽器或大氣。

1.2 除氧器工作原理

熱力除氧原理的基礎是亨利定律和道爾頓分壓定律。

亨利定律：單位體積水體中某種氣體的溶解量b與其水面上的氣體分壓力pb成正比。

道爾頓定律：混合氣體的全壓力等于各氣體組分分壓力之和。

由以上兩個定律知，降低給不凝水氣體含量的關鍵是減小它們的分壓。若不凝氣體分壓趨于零，則它們在水中的溶解量也相應變得很低。當給水加熱到飽和溫度，若水蒸氣的分壓趨近于全壓，則其他氣體的分壓便趨近于零，其他氣體在水中的溶解量就趨近于零。熱力除氧即將水加熱至飽和溫度，使水中溶解的不凝氣體分壓趨近于零以達到除氧目的。

2 除氧器壓力調節

2.1 方家山主給水除氧器概況

方家山除氧器布置于廠房標高為20.5m的除氧層。除氧器采用噴霧一體化式設計，內裝有四個噴嘴。低壓凝結水管道各與一個噴嘴相連，噴嘴將凝結水霧化噴出，加速除氧和加熱的過程。蒸汽吹掃過這些霧化水滴，使其中的不凝結氣體釋放出來，并將給水加熱到接近飽和溫度。

除氧器上有兩套各自獨立的主加熱蒸汽裝置和一套輔助蒸汽裝置，設計成母管加支管型式，母管高于正常水位，通過支管將蒸汽引入除氧器的底部，耙管被給水淹沒。兩套大的主加熱耙管在正常運行、瞬態運行及低負荷運行時使用，小的輔助蒸汽耙管在冷態啟動時使用。蒸汽耙管的端部開有許多小孔，蒸汽通過小孔進入給水中，上升的蒸汽鼓泡后上升與凝結水充分換熱完成除氧過程。

2.2 除氧器壓力控制

本節分五種情況來討論除氧器壓力控制。除氧器壓力控制系統模擬圖如圖1所示。

2.2.1 除氧器啟停期間壓力控制

此時機組處于啟動初期或停運階段，主蒸汽VVP不可用，需通過輔助蒸汽SVA來維持除氧器壓力。壓力實測值由ADG002/003/004MP三只壓力計測出，其測量值取中值后與整定值0.02MPa進行比較，其偏差送PI調節器后，控制輔助蒸汽進除氧器調節閥ADG009VV開度，由輔助蒸汽保持除氧器0.02MPa定壓運行，并除氧器中的給水加熱到飽和溫度104℃，以達到預除氧或維持除氧器熱態的目的。

2.2.2 低負期間除氧器壓力控制

當核電機組負荷低于20%FP，除氧器加熱蒸汽切換到主蒸汽，利用主蒸汽調節閥ADG003VV將除氧器壓力控制在0.17MPa下定壓運行。除氧器壓力實測值由ADG002/003/004MP三只壓力計測出，其測量值中選后與整定值0.17MPa比較，兩者偏差送PI調節器控制新蒸汽閥003VV，由新蒸汽維持除氧器壓力在0.17MPa下定壓運行。

2.2.3 正常運行工況

當汽輪機高壓缸排氣壓力達到0.17MPa后，可利用高壓缸排氣來加熱除氧器，由于管線上只設有抽汽逆止閥與電動隔離閥，故除氧器壓力隨負荷在0.17～0.821MPa之間變化，其壓力是汽輪機負荷的函數，在此期間除氧器受控滑壓運行。

2.2.4 汽機甩負荷過程中除氧器壓力控制

反應堆不停堆，汽輪機大量甩負荷的典型工況是汽輪機從滿功率甩負荷至帶廠用電運行，在該工況中反應堆控制系統發出開啟第一組、第二組、第四組旁路閥，第一組、第二組將主蒸汽排向凝汽器，第四組旁路閥將主蒸汽排向除氧器，第四組旁路閥有三個旁路閥，分別是ADG003VV/005VV/007VV。如果是反應堆保護系統發出開啟第四組旁路閥信號，第四組旁路閥開啟后50秒關閉。因汽輪機旁路排放開啟信號優先于除氧器壓力控制，在第四組旁路排放閥全開時，除氧器壓力快速上升，當除氧器壓力達到0.95MPa，發出除氧器壓力高報警信號（若情況嚴重，可能導致安全閥起跳）。

50秒后GCTc第四組旁路排放閥關閉，導致除氧器壓力驟降，當除氧器壓力降至甩負荷前的壓力時，壓力控制器快速重新依次開啟主蒸汽排放閥ADG003VV/005VV/007VV，壓力維持在汽輪機甩負荷前的壓力，直到三個排放閥全部開啟為止，維持除氧器在甩負荷前的壓力下運行250秒后，可以手動依次緩慢關閉主蒸汽排放閥ADG003/005/007VV，降低除氧器壓力至高壓缸排汽壓力。若汽輪機負荷階躍下降超過10%額定功率，但反應堆保護系統沒有發出開啟第四組旁路閥的信號，除氧器壓力控制器迅速開啟主蒸汽排放閥ADG003/005/007VV，維持除氧器壓力在甩負荷之前的水平300秒后，依次緩慢關小主蒸汽排放閥將除氧器加熱蒸汽切換到高壓缸排汽，除氧器壓力慢慢降低到高壓缸排汽壓力。

當微分運算后的高壓缸排汽壓力降低速率大于定值時，可確認汽機在甩負荷。除氧器壓力“凍結”，延時50秒后形成初始整定值。該整定值與實測壓力中值的偏差送PI調節器，調節003/007VV的開度，控制新蒸汽維持除氧器壓力在甩負荷前的水平。250秒后差壓開關向函數發生器001GD整定值置為零，關閉003/007VV，跟蹤除氧器壓力。

2.2.5 抽氣逆止閥試驗時的壓力控制

機組帶負荷運行期間，需定期進行除氧器抽汽逆止閥ADG001VV的帶負荷試驗。試驗時除氧器壓力有大幅降低的風險，應密切進行關注，必要時可使用備用汽源（新蒸汽或輔助蒸汽）對除氧器進行加熱。試驗時閥門關閉后故障處理時間長，會造成除氧器壓力降低，會明顯降低機組效率，此時需適當降機組功率以防止核功率超功率運行（按照運行技術規范）。試驗時若出現除氧器壓力波動大的情況，有可能造成水位計指示不準，在出現異常時要對水位控制給予關注。

3 結束語

除氧器在方家山核電工程二回路熱力系統是非常重要的設備，它能較為經濟和安全可靠地完成二回路給水的除氧，同時，作為二回路熱力循環系統的重要部分，除氧器可視為回熱系統，提高了機組的熱經濟性。對于大型核電機組，除氧器本身筒體體積大且長，在機組啟動階段，可適當增設除氧循環泵，對除氧器內部的水進行充分混合，使除氧器內部加熱均勻，提高除氧效果。

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