反應堆用應急柴油發電機組冷卻水系統故障原因分析及處理 Cause Analysis and Treatment of Failure of Cooling Water System of Emergency Diesel Generator Set for Reactor

高儉 GAO Jian 雷超 LEI Chao 魏大明 WEI Da-ming 曹宇 CAO Yu 杜坤 DU Kun 胡啟帥 HU Qi-shuai 楊松 YANG Song 李淼 LI Miao

摘要： 柴油發電機組作為反應堆安全系統，柴油機作為備用電源在發生失電事故時系統啟動運行為反應堆設備提供可靠的控制、動力電源保證反應堆安全停堆。冷卻水系統作為柴油發電機系統重要組成部分，在系統運行時為系統提供冷源，保證機組安全穩定運行，在機組備用期間起到預熱作用，保障機組處于隨時可用狀態。冷卻水系統故障會造成機組啟動困難、運行不穩定，影響反應堆的安全。本文通過對冷卻水系統原理及設備功能進行分析，給出相應問題處理方案并實施，消除了冷卻水系統故障，恢復了機組功能，為反應堆安全穩定運行提供了有力保障。

Abstract： The diesel generator set is used as the reactor safety system and the diesel engine is used as the standby power supply. In case of power loss accident， the system starts and operates to provide reliable control and power supply for the reactor equipment and ensure the safe shutdown of the reactor. As an important part of the diesel generator system， the cooling water system provides a cold source for the system during system operation， ensures the safe and stable operation of the unit， plays a preheating role during the standby period of the unit， and ensures that the unit is available at any time. The failure of cooling water system will lead to difficult startup and unstable operation of the unit， and affect the safety of the reactor. This paper analyzes the principle and equipment function of the cooling water system， gives the corresponding problem treatment scheme and implements it， eliminates the failure of the cooling water system， restores the unit function， and provides a strong guarantee for the safe and stable operation of the reactor.

關鍵詞： 反應堆;高溫冷卻水;柴油發電機組;熱備

Key words： reactor;high temperature cooling water;diesel generator set;hot standby

中圖分類號：TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0153-02

0? 引言

應急柴油發電機組是反應堆的重要組成部分，其作為應急電源，承擔著在出現全廠區正常電源喪失情況下接到啟動信號后立即啟動且能完成重要安全設備帶載，具有保障設備安全穩定運行的安全功能。冷卻水系統主要功能是用于控制柴油機的工作溫度和驅散多余的熱能[1]。機組的冷取水系統主要由高溫水循環系統、低溫水循環系統和膨脹水箱/補充回路組成。高、低溫水循環系統通過各自系統的輸送泵保障流體介質在柴油機和熱交換器重循環流動帶載多余的熱量，而膨脹水箱、補水系統主要是對循環冷卻水的水質進行化學處理，以避免由于水質引起的柴油機零部件的結垢和腐蝕情況發現，同時補充由于蒸發而減少的水量。在機組熱備工況下發現機組高溫冷卻水水箱液位異常上升溢流、冷卻水預熱溫度不滿足系統啟動要求影響機組啟動運行。柴油發電機組啟動性能與環境溫度有關，尤其對核電機組，要求機組在任何時候都能正常啟動，并在最短時間內逐級加載到全負荷[2]，定期試驗期間發現機組高溫冷卻水進機壓力異常，無法有效導出機組熱量導致機組異常停機，嚴重影響機組安全穩定運行，本文通過對冷卻水系統原理及設備功能進行分析，給出相應問題處理方案并實施，有效解決機組冷卻水系統問題。

1? 冷卻水系統簡介

機組冷取水系統主要由高溫水循環系統、低溫水循環系統和膨脹水箱/補充回路組成。本文主要討論高溫冷卻水循環系統。冷卻水成分為90%的去離子水加上10%的乙二醇、50±15mg/L的鉬酸鈉、250±20mg/L的磷酸鈉，高溫冷卻水循環系統由：機帶高溫水泵、電加熱器、高溫水預熱泵、風冷器散熱器、高溫水膨脹水箱、加藥泵、機組高溫水恒溫閥、高溫水管路、控制系統等組成。機組高溫水循環水路在機組運行和熱備過程中分為兩條不同的路線。熱備期間機組冷卻水由電加熱器加熱經高溫水預熱泵進入機組對機組進行預熱。在機組運行期間加熱器、高溫水預熱泵停止工作，機組高溫冷卻水經過機帶高溫水泵冷卻機組后進入風冷散熱器冷卻水后從新進入機組工作。機組熱備與運行冷卻回路通過機組恒溫閥實現切換工作。

機組熱備期間高溫冷卻水加熱溫度設定為水溫低于55℃加熱，冷卻水水溫高于65℃停止加熱，熱備期間機組高溫水進機壓力范圍為0.5bar-1.0bar。恒溫閥工作溫度為75℃-83℃，工作壓力范圍為2.5bar-3.5bar。

2? 高溫冷卻水循環系統故障

運行人員在機組熱備期間巡視發現：①在環境溫度0℃-20℃時機組高溫冷卻水水溫維持于40℃-45℃之間不滿足機組熱備設定溫度55℃-65℃，在環境溫度25℃-30℃時，機組水溫滿足設定溫度;②熱備過程中高溫膨脹水箱液位上升，嚴重時溢流至加藥水箱;③機組定期檢查運行期間出現高溫水超溫停機事件（機組高溫冷卻水水溫>95℃），同時伴隨高溫膨脹水箱液位上升。

3? 高溫冷卻水循環系統故障分析

高溫冷卻水系統存在三項問題：①機組熱備期間高溫冷卻水膨脹水箱液位異常問題;②機組運行期間高溫冷卻水超溫事件;③預熱溫度不滿足設定要求。

3.1 機組熱備過程中問題分析

在機組熱備過程中，高溫水經過高溫水電加熱器加熱后通過換熱器加熱潤滑油，加熱后的高溫水與潤滑油一起進入機組，對機組起到預熱作用，使機組始終處于熱備狀態。核查機組電加熱器運行狀態，機組電加熱器功率為24kW，通過查證設計文件電加熱器功率滿足機組熱備要求，現場投用機組熱備，檢查加加熱器運行電流電壓均正常，冷卻水出口壓力正常，檢查各設備狀態發現高溫膨脹水箱、風冷散熱器冷卻水溫度在熱備期間出現上升，溫度穩定于40℃-45℃，圖1為機組內部高溫冷卻水圖。

結合圖1分析熱備過程，在機組熱備期間冷卻水由G3口進入加熱汽缸套、空冷器過機帶高溫水泵后回至G1口最終回到G3口形成一個閉合循環回路。在該循環回路中高溫冷卻水膨脹水箱起到補水穩壓角色，不直接參與加熱循環，風冷散熱器不進入循環路線中，恒溫閥B、C口均處于關閉狀態。

因高溫膨脹水箱、風冷散熱器冷卻水溫度在熱備期間均出現上升情況，說明部冷卻水進入到了高溫膨脹水箱、風冷散熱器中通過分析圖1若恒溫閥C出口開啟熱備時冷卻水經G2口進入到風冷散熱器中使風冷散熱器溫度上升，且增加了熱備期間加熱冷卻水的水量，按正常熱備冷卻水路線可得，電加熱器只對機組內冷卻水進行加熱，若恒溫閥故障，電加熱器加熱范圍擴大為機組內部冷卻水，風冷散熱器內部冷卻水，如此會導致熱備期間冷卻水溫度低于設定溫度。

高溫冷卻水膨脹水箱液位異常上升說明有水進入水箱中，高溫冷卻水膨脹水箱與整個冷卻水回路只有兩個接口：①補水接口;②蒸汽膨脹接口。預熱過程中冷卻水只能通過蒸汽膨脹接口、補水接口處進入水箱，高溫冷卻水水箱溫度上升。

但熱備過程中水箱溫度上升的同時伴隨這冷卻水液位上升問題而機組熱備過程中冷卻水的循環動力完全由高溫水預熱泵提供，當熱備工況穩定后高溫膨脹水箱液位應保持不變，而水箱出現液位上升情況說明管路中出現堵塞情況，現場對系統管路進行檢查發現在熱備情況下當水箱出現液位上升時，手動擰松風冷散熱器兩端與膨脹水箱蒸汽排氣管連接處后，管道會有大量氣體排出，在排氣過程中高溫水膨脹水箱液位開始下降。說明機組蒸汽排放管路出現堵塞，在熱備過程中產生的水汽無法正常及時排除，將設備內冷卻水憋回水箱導致水箱液位上升，同時高溫冷卻水水箱溫度上升。

通過對問題分析可得出兩項結論：①機組恒溫閥出現故障;②機組蒸汽排放管路出現堵塞。

3.2 機組運行中故障分析

在機組運行期間出現高溫冷卻水超溫停車事件，在反復多次試驗中同樣出現了超溫停車，在試驗過程中發現機組運行期間，高溫冷卻水壓力瞬間出現波動，壓力急劇下降由3.1bar降至1.6bar，同時高溫冷卻水膨脹水箱液位出現上升。出現壓力下降則說明冷卻水流量減少，機組運行過程中冷卻水動力由機帶高溫水泵單泵提供，機帶高溫水泵運行與機組主軸轉動情況相關，機組轉速穩定時機帶高溫水泵正常運行，高溫冷卻水膨脹水箱液位出現上升說明進入水箱水量大于流出水箱水量，冷卻水水量減少冷卻能力下降，導致機組超溫停機。

考慮到機組熱備期間水箱液位同樣出現液位上升情況，對機組進行再次啟機驗證，在機組運行期間，運行人員手動擰松風冷散熱器兩端與膨脹水箱蒸汽排氣管連接處，進行手動排氣，機組連續運行2小時高溫膨脹水箱液位正常未出現波動，高溫冷卻水壓力正常未出現波動。因此得出結論：機組蒸汽排放管路出現堵塞。

4? 高溫冷卻水循環系統故障處理

通過現場分析及試驗導致機組三項問題：①機組熱備期間高溫冷卻水膨脹水箱液位異常問題;②機組運行期間高溫冷卻水超溫事件;③預熱溫度不滿足設定要求，的原因為：①機組恒溫閥故障;②機組蒸汽排放管路堵塞。對相應問題進行整改：①更換機組高溫冷卻水恒溫閥;②對機組蒸汽排放管路進行排查。

通過對機組故障恒溫閥的更換限定了機組熱備期間冷卻水的加熱范圍，提高了機組熱備期間冷水水溫，通過對機組蒸汽管路的清理，保障了蒸汽管路的通常消除了機組熱備運行期間高溫膨脹水箱液位異常上升的問題，消除了機組運行期間冷卻水超溫停機風險，保障了機組運行安全，恢復了機組功能。

5? 總結

本文主要介紹柴油發電機組在熱備運行過程中高溫冷卻水系統出現的故障通過全面分析，找到此故障的根本原因，有效地解決了此次問題，為以后反應堆應急柴油發電機組運行出現類似問題能夠快速精準找到根本原因，高效的保障反應堆應急柴油發電機組的運行，同時為反應堆的穩定運行提供有力保障。

參考文獻：

[1]肖寧.船用柴油機冷卻水系統處理[J].工程技術，2016，2，7.

[2]吳瑞斌.發電柴油機組冷卻水溫度升高原因分析與處理[J].內燃機與配件，2019.

[3]荀向紅.某型柴油發電機組冷卻水系統故障及改進措施[J].柴油機.