反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組冷卻水液位異常分析

陳慶旭 文萬軍 雷超 黃獻 高儉 汪可

摘要：應(yīng)急柴油發(fā)電機組是反應(yīng)堆的重要組成部分，在正常電源全部失去的情況下，均有能力滿足應(yīng)急配電系統(tǒng)的要求，以確保應(yīng)急負荷的連續(xù)供電[1]。冷卻水系統(tǒng)是應(yīng)急柴油發(fā)電機組里面一個重要組成系統(tǒng)，本文主要對應(yīng)急柴油發(fā)電機組冷卻水系統(tǒng)中的高溫水系統(tǒng)中高溫膨脹水箱液位異常上升做出故障分析，并解決此次故障，間接保障了反應(yīng)堆的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急柴油發(fā)電機;高溫膨脹水箱;高溫水循環(huán)泵

中圖分類號：TL341? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0114-02

0? 引言

反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組作為全廠應(yīng)急安全電源與核安全直接相關(guān)，用于在外電源失去的情況下為允許短時供電中斷的負載供電，同時作為不允許供電中斷負荷的后備電源。反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組冷卻水液位異常上升直接關(guān)系到反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組在接受啟動指令后運行時，由于高溫冷卻水循環(huán)水量減少[2]或冷卻液污染，而造成反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組高溫冷卻水水溫高報警而停機[3]，直接影響到反應(yīng)堆的安全運行，且高溫膨脹水箱溢留會造成環(huán)境污染。本文基于反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組冷卻水液位異常上升作出倆點原因分析及判斷，有效的解決了該問題，從而保障反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組穩(wěn)定運行。

1? 應(yīng)急柴油發(fā)電機組

1.1 應(yīng)急柴油發(fā)電機組重要系統(tǒng)簡介

反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組存在目的是為了在反應(yīng)堆的廠用工作電源和輔助電源都發(fā)生故障時，確保機組安全停堆和防止關(guān)鍵設(shè)備損壞。從而在保護燃料元件不受損壞和保證核安全方面發(fā)揮非常重要的作用。應(yīng)急柴油發(fā)電機組主要由燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、低溫冷卻水系統(tǒng)、高溫冷卻水系統(tǒng)組成。

1.2 高溫冷卻水系統(tǒng)

高溫冷卻水系統(tǒng)：用于在應(yīng)急柴油發(fā)電機組運行時冷卻缸套和燃燒進氣，并在應(yīng)急柴油發(fā)電機組處于備用狀態(tài)時預(yù)熱潤滑油和應(yīng)急柴油發(fā)電機缸套，以滿足應(yīng)急柴油發(fā)電機的應(yīng)急啟動要求。

2? 故障現(xiàn)象

某反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組投入熱備用狀態(tài)中時，現(xiàn)場值班員巡視發(fā)現(xiàn)應(yīng)急柴油發(fā)電機組旁邊的水處理箱液位上升，導致冷卻液從水處理箱溢流到現(xiàn)場，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計發(fā)現(xiàn)水處理箱的液位上升只能是高溫膨脹水箱溢流或者是低溫膨脹水箱溢流，于是對高溫膨脹水箱和低溫膨脹水箱進行檢查，由于低溫膨脹水箱系統(tǒng)在機組預(yù)熱時不會參與循環(huán)且實際液位也在正常范圍，而高溫膨脹水箱液位（500mm）處于溢流狀態(tài)，故液位上升原因只能是高溫膨脹水箱導致。

3? 應(yīng)急柴油發(fā)電機組高溫膨脹水箱液位異常上升原因分析

結(jié)合反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組冷卻水系統(tǒng)高溫水原理圖（圖 1）進行分析，導致應(yīng)急柴油發(fā)電機組高溫膨脹水箱液位異常上升有以下兩種原因：

①雨水進入高溫膨脹水箱;

②冷卻水管路堵塞導致液位異常上升。

3.1 雨水浸入高溫膨脹水箱

高溫膨脹水箱在應(yīng)急柴油發(fā)電機組中充當于穩(wěn)壓器作用，實時為高溫冷卻水系統(tǒng)補充損失的冷卻水保證高溫水系統(tǒng)管道中充滿足量的冷卻水液并參與應(yīng)急柴油發(fā)電機組的循環(huán)預(yù)熱過程，保障預(yù)熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。高溫膨脹水箱設(shè)置在廠房屋頂，沒有采取避雨措施，于是對高溫膨脹水箱的頂蓋密封及法蘭密封進行檢查，未發(fā)現(xiàn)有滲漏的異常，故排除此原因。

3.2 高溫膨脹水箱補水管道堵塞導致液位異常上升

為驗證冷卻水管路堵塞導致液位異常上升這一原因，設(shè)計了以下方案：

試驗前，記錄應(yīng)急柴油發(fā)電機組高溫膨脹水箱的液位，通過將應(yīng)急柴油發(fā)電機組投至為熱備用狀態(tài)運行2小時后，再將應(yīng)急柴油發(fā)電機組熱備用狀態(tài)切除，熱備用狀態(tài)切除5分鐘后對高溫膨脹水箱液位觀察，如此往復(fù)試驗三次。

相關(guān)試驗數(shù)據(jù)如表 1，根據(jù)應(yīng)急柴油發(fā)電機組高溫冷卻水從靜止狀態(tài)到循環(huán)狀態(tài)再到靜止狀態(tài)中高溫膨脹水箱液位變化的過程，且應(yīng)急柴油發(fā)電機組低溫冷卻水和滑油液位均無變化的情況下，可以判定應(yīng)急柴油發(fā)電機組高溫膨脹水箱上漲根本原因為管路堵塞。

整個高溫水系統(tǒng)處于密封狀態(tài)，高溫水管路全部采用碳鋼材料焊接而成，大部分管道管徑均為DN60，只有進出高溫膨脹水箱的管道管徑為DN20（圖1冷卻水系統(tǒng)高溫水原理圖中管道1和管道2），且應(yīng)急柴油發(fā)電機組投入熱備用狀態(tài)時，高溫冷卻水的壓力約為0.8bar，由于高溫冷卻水系統(tǒng)中只有管路2為補水管路且依靠重力自流補充管路所需冷卻水，所以管道2為堵塞造成系統(tǒng)管路中空氣增多，從而導致高溫膨脹水箱液位上升。

3.3 高溫膨脹水箱補水管道堵塞根本原因

根據(jù)對冷卻水現(xiàn)場取樣，并和設(shè)計指標進行對比分析如表2。

反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組冷卻液主要由去離子水和乙二醇以及磷酸鈉、鉬酸鈉按照一定比例混合而成，具有防銹防腐蝕防結(jié)垢的功能。通過高溫冷卻水數(shù)據(jù)表（表2）發(fā)現(xiàn)高溫冷卻水電導率嚴重超標，且高溫冷卻液中含有油成分，導致冷卻液防銹防腐蝕，不易產(chǎn)生水垢的功能喪失，造成高溫冷卻水系統(tǒng)補水管路結(jié)垢堵塞。

正常運行的高溫冷卻水系統(tǒng)中不應(yīng)該含油，但卻出現(xiàn)在高溫冷卻水系統(tǒng)中，通過對應(yīng)急柴油發(fā)電機組分析，應(yīng)急柴油發(fā)電機組滑油和冷卻水混合有以下兩種原因：

3.3.1 機組內(nèi)部高溫水/滑油板式換熱器內(nèi)漏

反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組在熱備用狀態(tài)時高溫水壓力約為0.8bar，滑油壓力約為0.4bar，而反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組在運行過程中高溫水壓力約為3bar，滑油壓力約為6bar，如果有內(nèi)漏現(xiàn)象，那么反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組滑油系統(tǒng)中就會有冷卻水的成分，通過檢驗滑油，發(fā)現(xiàn)滑油中不含有冷卻液成分，故排除機高溫水/滑油板式換熱器內(nèi)漏造成。

3.3.2 高溫水循環(huán)泵軸封損壞

反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組運行時曲軸帶動機組內(nèi)部高溫冷卻水循環(huán)泵為高溫冷卻水提供循環(huán)動力。由于反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組在運行過程中觀察到高溫水冷卻水泵軸封的泄露孔有液體滲透出來（圖2），這樣就可以肯定反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組在運行時滑油通過高溫水循環(huán)泵軸封進入到高溫水冷卻系統(tǒng)中，導致高溫冷卻水變質(zhì)喪失不易結(jié)垢功能，故冷卻水油份超標是導致管路堵塞的根本原因。

4? 高溫冷卻水管路堵塞處理

考慮反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫冷卻水中含有油造成結(jié)垢堵塞，首先對反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組內(nèi)部高溫冷卻水循環(huán)泵進行更換，其次使用合格的去離子水對反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫冷卻水系統(tǒng)管路進行串洗（通過每天更換新的去離子水注入高溫水系統(tǒng)管路串洗，讓反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫水預(yù)熱泵運行，使管道去離子水一直處于循環(huán)狀態(tài)），將反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫冷卻水系統(tǒng)的污垢和油去除，串洗一天后反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫膨脹水箱液位無上升變化（如圖3），串洗11天后解決反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫冷卻水水質(zhì)問題。最后加注符合要求的冷卻液，對反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組進行定期試驗檢查，反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組運行正常，有效的解決了反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組高溫膨脹水箱液位異常上升。

5? 結(jié)論

本文基于反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組冷卻水液位異常上升，通過對反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組進行分析，找到反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組冷卻水液位異常上升根本原因，通過更換反應(yīng)堆柴油發(fā)電機組內(nèi)部高溫冷卻水循環(huán)泵和串洗高溫冷卻水系統(tǒng)管路，徹底解決反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組問題，為反應(yīng)堆安全穩(wěn)定的運行提供有利保障。

參考文獻：

[1]高儉.反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機組啟動超時研究[J].內(nèi)燃機與配件，2020（01）：76-78.

[2]趙鑫.柴油發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)故障分析[J].山東工業(yè)技術(shù)， 2015（11）：174.

[3]郭宏強，肖海瑞.發(fā)電柴油機滑油高溫故障原因分析與排查[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014（8）：13.