除氧器抽汽回路閥門關閉瞬態(tài)對核島熱功率的影響分析

梅曉好， 宋放放， 賴強

（1.大亞灣核電運營管理有限責任公司， 廣東 深圳， 518124； 2.東方電氣集團東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000）

1 前言

核電廠給水系統(tǒng)除氧器主要有以下功能：

（1）向給水泵、 啟動給水泵提供連續(xù)、 具有一定溫度、 流量的含氧量合格的給水；

（2）為給水泵提供足夠的有效凈吸入壓頭， 保證給水泵不發(fā)生汽蝕， 維持該泵正常運行；

（3）為給水系統(tǒng)提供必要的給水儲備容量， 保證在蒸汽發(fā)生器給水需求量和供水能力短時間不協(xié)調(diào)時加以調(diào)節(jié)；

（4）接收循環(huán)中的工質(zhì)， 如高壓加熱器的放氣和疏水、 蒸汽發(fā)生器排污后的凝結水、 除氧器加熱源以及低壓給水器系統(tǒng)送來的凝結水等：

根據(jù)汽輪機不同的運行工況， 除氧器采用不同的加熱蒸汽汽源對其內(nèi)部的水進行加熱： 在機組啟動時， 利用輔助蒸汽分配系統(tǒng)對除氧器內(nèi)的水進行加熱除氧， 由輔助蒸汽調(diào)節(jié)閥維持除氧器內(nèi)壓力； 在機組正常運行時， 利用高壓缸抽汽（高壓抽排汽） 加熱除氧， 此時除氧器內(nèi)壓力取決于高壓缸的排汽壓力； 在汽機脫扣、 甩負荷、 低負荷等瞬態(tài)工況下使用主蒸汽維持除氧器壓力，以防止主給水泵發(fā)生汽蝕。

除氧器抽汽管道上設置有抽汽隔離閥、 抽汽止回閥。 抽汽管道閥門主要功能包括： 防止汽輪機進水以及事故工況下隔離抽汽防止汽輪機超速。其可靠性會影響汽輪機設備的安全， 因此在機組運行期間需要進行閥門定期試驗。

在閥門試驗以及正常運行期間， 現(xiàn)場出現(xiàn)過抽汽隔離閥關閉后持續(xù)一段時間無法打開， 閥門重啟后， 除氧器壓力降低導致抽汽量增加， 引起核島熱功率超設計基準的現(xiàn)象。

基于上述現(xiàn)象， 有必要詳細分析除氧器抽汽回路閥門關閉時對機組功率的影響， 找出最合理的降功率數(shù)值。 在進行定期試驗或出現(xiàn)關閉瞬態(tài)時， 根據(jù)分析結果進行機組降功率操作， 以保證機組、 設備以及系統(tǒng)安全。

2 分析思路及計算方法介紹

2.1 分析思路

除氧器抽汽回路閥門在關閉一段時間后又重新打開， 此時若機組電功率不變， 除氧器抽汽量迅速增加， 此種情況下核島熱功率也會迅速增加。為避免出現(xiàn)此處超設計基準的問題， 要對如下3種工況進行分析：

（1）閥門關閉時， 機組額定電功率不變對核島熱功率的影響；

（2）閥門關閉時， 核島熱功率不變對機組電功率的影響；

（3）閥門關閉后重新打開， 核島熱功率不變對機組電功率的影響。

2.2 計算方法

使用一種工程實用且精確度高的“核電廠汽輪機熱力系統(tǒng)計算程序” 進行系統(tǒng)熱平衡計算。其主要依據(jù)汽輪機變工況熱力性能特點， 通過建立核電站熱力數(shù)據(jù)庫， 采用汽輪機特征通流面積、汽輪機排汽焓值計算法和疏水平衡法等理論進行分析計算。 建立的熱平衡圖模型如圖1 所示。

圖1 核電汽輪機熱平衡圖

3 除氧器抽汽回路閥門關閉各工況計算分析

3.1 除氧器抽汽回路閥門關閉后重新抽汽量計算

除氧器抽汽管道閥門意外關閉后重啟， 假設機組功率不變， 除氧器抽汽量增加。

3.1.1 計算說明

將除氧器抽汽管道抽汽口至除氧器之間的閥門、 管道阻力簡化為一孔板。 根據(jù)機組TMCR 工況參數(shù)， 按式（1）計算孔板孔徑。

式中， 相關參數(shù)說明見表1。

表1 孔板孔徑計算

當除氧器抽汽管道閥門關閉冷卻一段時間后突然打開時， 計算可通過的最大蒸汽流量。

3.1.2 最大抽汽量計算

根據(jù)機組TMCR 工況熱平衡圖以及給水除氧器系統(tǒng)流程圖計算孔板孔徑結果見表1。

3.1.3 計算孔板可通過最大蒸汽流量

假設除氧器抽汽管道閥門關閉后， 突然打開，在機組功率不變時， 除氧器抽汽管道可通過最大蒸汽流量見表2。

表2 抽汽流量計算

假設除氧器抽汽管道閥門關閉后突然打開，機組功率不變， 至除氧器的蒸汽流量增加， 除氧器抽汽管道可通過的最大蒸汽流量為125.85 kg/s。

3.2 熱平衡計算

針對不同工況采用熱平衡計算程序進行熱平衡計算。

（1）工況1： 除氧器抽汽管道閥門關閉時， 維持機組額定電功率不變。

機組在額定電功率下運行， 若除氧器抽汽管道閥門關閉， 機組功率仍保持1 086.9 MWe運行，由于系統(tǒng)缺陷運行， 機組所需蒸汽流量增加， 核島熱功率為2 930 MWt， 超過額定熱功率。

（2）工況2： 除氧器抽汽管道閥門關閉時， 維持核島熱功率不變。

除氧器抽汽管道閥門關閉， 若保持核島額定熱功率約2 904 不變， 由于至除氧器的加熱蒸汽量為零， 進入6 號高加的主給水溫度將降低， 相應高壓缸至6 號高壓給水加熱器的抽汽量增加，同時由于機組系統(tǒng)缺陷運行， 機組功率將降低至約1 075 MWe。

（3）工況3： 除氧器抽汽管道閥門關閉后重新打開， 維持核島熱功率不變。

除氧器抽汽管道閥門關閉后穩(wěn)定在某一負荷運行。 若該抽汽閥門重新打開， 至除氧器的蒸汽流量增加， 根據(jù)3.1 節(jié)估算該條件下蒸汽流量約為125.85 kg/s。 如果機組電功率保持不變， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 進入高壓缸的蒸汽流量也相應增加， 調(diào)節(jié)閥開度增大， 核島熱負荷也隨之增加。 抽汽閥門關閉后重新打開， 若保持核島額定熱功率約2 903 MWt不變， 機組系統(tǒng)缺陷運行，功率將降低至約967.9 MWe。

4 結論

在除氧器抽汽管道閥門關閉及重新打開時，從機組安全角度分析3 種假定工況下的高壓缸抽汽、 回熱系統(tǒng)， 對比分析詳見表3。

表3 機組安全熱平衡工況計算結果對比

結合核電廠機組額定工況、 工況1、 工況2、工況3 熱平衡圖及表2 可知：

（1）工況1， 機組電功率仍保持1 086.9 MWe，由于除氧器抽汽管道閥門關閉， 系統(tǒng)有缺陷運行，該電功率下運行需更多主蒸汽流量， 核島熱功率也增加至2 930 MWt， 核島已超過額定熱功率。

（2）工況2， 除氧器抽汽管道閥門關閉， 為防止核島超額運行， 將熱功率降至核島額定熱功率，系統(tǒng)缺陷運行， 機組電功率降低至1 075.78 MWe。雖然工況2 的核島熱功率沒有超限， 但6～7 號高壓給水加熱器的熱負荷分別為額定工況的1.83 倍、1.22 倍， 且6 段抽汽管道的蒸汽流速為37.0 m/s，超過了NB/T 20193（核電廠常規(guī)島汽水管道設計技術規(guī)范）推薦濕蒸汽管道流速（20～35 m/s）上限。

（3）工況3， 機組在除氧器抽汽管道閥門關閉條件下運行， 若該抽汽閥門重新打開， 至除氧器的最大蒸汽流量約為125.85 kg/s（該流量為最大極限流量）。 如機組功率維持額定功率不變， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 進入高壓缸的蒸汽流量也相應增加， 調(diào)節(jié)閥開度增大， 核島熱負荷也隨之增加。 若保持核島熱功率不變， 機組功率需降低至967.9 MWe。

因此， 從機組安全方面考慮， 當除氧器抽汽管道閥門關閉， 建議將機組電功率降至967.9 MWe， 可避免除氧器抽汽管道閥門關閉后重新開啟的瞬態(tài)下核島熱功率超過設計值的風險。