核電機組蒸汽管道的疏水系統設計方法研究

廖先偉 婁聚偉 張曉玉 李洋 趙禹

摘 要

核電機組蒸汽管道輸送介質通常為飽和蒸汽，容易產生疏水，疏水系統設計不合理會導致疏水不暢，從而引發安全事故。本文研究總結了適用于核電機組蒸汽管道的疏水系統配置及疏水系統設計方法。

關鍵詞

核電機組;疏水方式;疏水系統

中圖分類號： TM623.3 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 68

Abstract

The transmission medium in the steam pipeline of nuclear power unit is usually saturated steam， which can easily convert to cooled water. Unreasonable design of drain system will lead to poor drainage， resulting in safety accidents. This paper studies and summarizes the drain system configuration and design method for steam pipe of nuclear power unit.

Key words

Nuclear power unit; Drain method; Drain system

0 引言

核電機組的參數較低，且大都處于飽和狀態，在機組啟動暖管期間，正常運行以及一些瞬態工況，蒸汽管道內會產生凝結水[1]，疏水系統設計不合理將導致凝結水堆積，從而引起蒸汽管道水錘、腐蝕等嚴重事故。本文對疏水系統的配置進行了介紹，并從暖管要求、疏水管道規格、疏水設備等方面研究總結了適用于核電機組飽和蒸汽管道的疏水系統設計方法。

1 蒸汽管道積水的影響

在機組啟動、停運及變工況運行時，蒸汽管道內的飽和蒸汽受到冷卻，溫度降低，低于其壓力對應的飽和溫度，蒸汽凝結成水，這些凝結水如果未能及時排走，積存于蒸汽管道中，將會對管道及下游設備造成不利影響，嚴重的會引發安全事故。

蒸汽管道積水的影響主要有以下幾方面：（1）水錘：積聚的凝結水最終會形成密集的不可壓縮的“硬”水塊，撞擊管道、管件，大大降低管道、管件的使用壽命，嚴重的將導致管道損壞;（2）管道腐蝕：蒸汽管道和設備啟動時會有空氣，當機組停運時蒸汽凝結成水，隨之產生的真空會吸入空氣，當空氣溶入凝結水后，蒸汽管道中含有二氧化碳和氧氣，結合形成具有腐蝕性的碳酸，腐蝕管道;（3）對汽輪機的危害：積水流入汽輪機內，葉片受到水沖擊，嚴重影響汽輪機的安全穩定運行。

2 疏水系統的配置

飽和蒸汽管道需要針對以下幾種情況設置疏水點：（1）蒸汽管道的低位點（2）蒸汽管道盲端（例如：蒸汽母管兩端、蒸汽管道上需要長期保持關閉的閥門前等）（3）除上述兩種情況外，相鄰兩個疏水點設置一般不應超過50m。疏水系統的一般配置見圖1，在疏水點設置輸水罐，用于收集沿蒸汽高速流動的凝結水。疏水罐出口配置有疏水器和旁路疏水閥，疏水器具有阻汽疏水的作用，用于系統正常運行時的疏水，旁路疏水閥在正常運行時保持關閉，當機組啟停時，蒸汽管道內產生的疏水量增大，此時將旁路疏水閥開啟，避免疏水的積聚，在疏水罐上應設置有液位開關，當疏水罐中的液位過高時也應該開啟旁路疏水閥，將多余的疏水排走。

相同壓力等級的疏水管道最終匯集到疏水集管中，再由疏水集管收集排至疏水擴容器，經過擴容后的疏水回到凝汽器中復用，如果采用大氣式疏水擴容器，則一般選擇不回收疏水。連接至疏水集管的疏水管道應當按照壓力高低進行排列，壓力低的疏水管道更靠近疏水擴容器，如果有多個疏水集管同時匯入疏水擴容器中，應當將壓力等級高的接入疏水擴容器下部，壓力等級低的接入疏水擴容器上部。

3 疏水系統的設計方法

3.1 疏水罐的選取

疏水罐的出口一般設置在距離疏水罐底部25mm～30mm的位置，目的是防止疏水罐底部聚集的雜質進入到疏水器，防止疏水管道堵塞。

疏水罐的底部可采用與排污閥連接或可拆卸法蘭兩種形式，如圖2所示，在蒸汽管道吹掃的時候，通過排污閥或者拆卸法蘭將輸水罐底部的雜質沖走。

疏水罐的尺寸按照蒸汽管道管徑選取，推薦尺寸詳見表1。

3.2 疏水器的選型

疏水器按照其使用條件及安裝條件等不同應用場合可分為三種型式[2]：

（1）機械式：通過感應流體的密度變化進行工作，從結構上可分為倒吊桶式和浮球式。機械式的疏水器通常用于大流量或者蒸汽管道介質為接近飽和或飽和的蒸汽，背壓的允許值為80%的入口壓力。安裝方式為水平安裝，動作可靠，動作間隔短，使用壽命長。其中浮球式疏水器的排空氣性能較好，倒吊桶式疏水器的排空氣性能較差。

（2）熱動力式：通過感應流體的動力特性變化進行工作。對工作壓差要求較高，疏水閥的入口壓力一般不得低于0.025MPa（表壓），背壓的允許值為25%～50%的入口壓力，安裝方式為水平或豎直安裝，動作較可靠，動作間隔長，使用壽命較短。熱動力式疏水器的排空氣能力較好。

（3）熱靜力式：通過感應流體的溫度變化進行工作，有液體膨脹式、雙金屬式、壓力平衡式。熱靜力式的疏水器不能用在需要及時排除凝結水的場合，允許積水，背壓的允許值為50%的入口壓力，安裝方式為水平或豎直安裝，動作較可靠，動作間隔長，使用壽命較短。熱靜力式疏水器的排空氣能力較好。