國內某核電廠凝結水系統管道振動原因分析及優化措施

蒲 野

（中核核電運行管理有限公司運行四處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

在國內某核電廠擴建機組凝結水系統單體調試期間，凝結水管道振動現象未曾發現。 但隨著機組的整體啟動和機組功率的提升，凝結水系統管道的振動逐漸明顯并對機組的穩定運行產生影響。 其中凝結水泵再循環管道、除氧器水位調節閥管道、除氧器進水管道上逆止閥等部位的振動現象明顯，并伴有強烈的流體噪聲，甚至出現過由此引起的閥門法蘭漏水和緊急停堆事件。

1 凝結水再循環管道振動原因分析及優化措施

1.1 原因分析

如圖1 所示的凝結水系統流程簡圖，通過分析，凝結水再循環管道振動主要包括以下幾種可能的原因：

圖1 凝結水系統流程簡圖

再循環調節閥出口處發生閃蒸。 低負荷運行時，由于凝結水泵在低流量工作時的出口壓力較高， 而凝汽器工作處于負壓狀態， 凝結水經過再循環調節閥從高壓到負壓，容易出現汽化閃蒸現象，管道內部流體產生汽水兩相流使流動失去穩定性，產生強大的沖擊力，從而會引起管道振動。 擴建機組凝結水溫度在40℃左右，其汽化壓力在7.375 kPa，而凝汽器運行時的最低壓力僅為5 kPa，當凝汽器壓力低于凝結水的汽化壓力時，有發生汽化閃蒸的可能。

再循環調節閥調節性能不好。 根據運行經驗及現場檢查情況，分析認為凝結水再循環管道振動大的主要原因為再循環調節閥調節性能不好，即在自動控制時，當凝結水流量偏差大時，再循環調節閥開度無法穩定，使得流量波動大，從而產生了較大的振動。

擴建機組增加了“功率低于10%信號+停機信號+凝汽器故障信號”三者相與產生的停堆信號。 在機組商運前的啟動試驗期間，就曾因為凝結水再循環閥調節性能不好，超馳打開后沒有及時關小，導致旁路排放系統減溫水壓力低，并產生凝汽器故障信號觸發停堆。 此次停堆事件與凝結水再循環閥的設計有直接的關系。

每臺凝結水泵的額定運行流量為1 300 t/h 左右，凝結水泵廠家要求的小流量為365 t/h。而再循環閥實際流量過大，全開時達到2 000 t/h，接近兩臺凝結水泵滿負荷對應的流量之和，如此高的旁路流量非常容易導致旁路排放系統減溫水壓力低，從而產生凝汽器故障信號。

另外，泵的小流量一般要求是固定的、不變的，也不要求非常精確地控制， 因此小流量閥一般設計為兩位閥，其特點是動作快，流量穩定。而旁路流量閥設計為調節閥，調節閥動作慢，流量波動大，控制方式不合理。

1.2 優化措施

針對此次停堆事件，機組進行了小修，對凝結水再循環閥控制邏輯和氣路實施了改造，改造后再循環管道振動明顯減小，凝結水系統運行也趨于穩定。 具體改造內容如下：

（1）閥門失電失氣開啟，以保證泵的安全。 同時，修改了再循環閥的氣回路， 增加儲氣罐和壓空管，在儲氣罐與止回閥出口四通之間采用金屬軟管連接。 正常運行期間，儲氣罐與壓空管線相連接，保持充氣狀態。 當壓空母管失氣時，儲氣罐向閥門供氣，可供閥門正常運行一段時間。

（2）再循環閥由原來的調節閥改為兩位閥，并通過上部的手輪限制機械位置，使其全開時流量控制在700 t/h 左右，減少閥門通流能力。

（3）閥門控制邏輯更改。 根據泵的運行臺數和通過低加送至除氧器的凝結水流量來控制閥門的開關，既保證泵的小流量運行流量，又保證了凝結水系統供水的流量和壓力。

2 除氧器水位調節閥管道振動原因分析及優化措施

2.1 原因分析

除氧器水位調節閥根據除氧器水位自動調節凝結水流量，調節閥分為小閥、大閥。 滿功率運行時小閥全開、大閥調節水位。 在擴建3 號機組滿負荷運行初期， 除氧器水位調節閥處管線振動和噪音比較明顯。經現場檢查，小閥全開時，大閥只有不到3%的開度。與3 號機組相比， 一期工程1、2 號機組滿功率運行時，小閥全開，大閥有20%左右的開度，現場振動和噪音情況在可接受范圍內。

通過對比不難發現，3 號機組小閥的通流能力明顯偏大，致使大閥的開度很小。 小閥通流能力過強，使得在低負荷時流量波動范圍大；高負荷時，大閥的小開度導致現場節流噪聲特別大。 另外，除氧器水位的小幅波動就會引起小閥和大閥比較大的相對變化，使得流量波動大。 由于調節閥的調節性能不好，調節閥門開度波動引起管道內流體振蕩運動，該振蕩運動對凝結水系統產生影響，使得供水管路產生振動。

2.2 優化措施

根據分析結果，消除除氧器水位調節閥處管道劇烈振動的根本措施是防止凝結水管道內流體瞬變引起的振蕩運動，即需要對小閥和大閥開度進行重新標定，以降低小閥的通流能力。

在滿功率情況下， 為了保證機組運行的穩定性，制定了以下調整方案：通過在DCS 內手動強制小閥開度指令，逐漸關閉小閥，使得大閥保持自動逐步開啟狀態。 調整期間，重點監測凝結水流量、凝結水母管壓力、閥門開度等重要參數，同時現場觀察小閥和大閥所在管線振動情況。大、小閥開度調整試驗結果如表1所示。

表1 大、小閥開度調整試驗結果

根據試驗數據，結合閥門最佳調節范圍，最終確定滿功率運行額定流量下大閥的最佳開度為24%左右，此時小閥開度在40%，現場管線振動與噪聲大幅下降，明顯轉好，且除氧器水位調節品質得到很大提升。 故對小閥的開度重新標定，將原總行程的40%確定為全開，并設定機械全開限定點，同時對閥門定位器及閥位反饋進行重新設置標定。 標定完成后，重新投用小閥和大閥，恢復至正常調節狀態，此時小閥全開，大閥開度穩定保持在24%左右。 這樣，小閥的通流能力得到了有效地控制，也防止了大閥長時間在小開度下節流對閥門本體的影響。

3 除氧器進水管道逆止閥振動原因分析及優化措施

3.1 原因分析

在擴建4 號機組啟動和低負荷運行期間，低加至除氧器進水管道逆止閥頻繁動作，致使該處振動相當劇烈，造成逆止閥與管道連接法蘭墊片失效，給水由此處泄漏出來。

分析其可能原因，由于小閥調節性能不好，小開度就對應大流量。在閥門開度變化過程中，位于-7.2 m的除氧器水位調節閥至位于+16 m 除氧器平臺的長達二十幾米的凝結水管道內水壓也來回波動。 當調閥開度減小，給水流量下降，管道未充滿水時，管內壓力下降。 當壓力低于除氧器內部壓力時，由于該逆止閥門關閉不嚴，造成除氧器內蒸汽返至凝結水管道；當凝結水流量增加，水推動管內氣體運動，從而使得管道內發生汽水撞擊而引起水錘，逆止閥頻繁的開啟和關閉，導致該段管道的強烈振動。 從現場布置來看，除氧器水位調節閥至給水管道逆止閥之間沒有高位排氣管線，積氣不能有效排出。

3.2 優化措施

（1）啟動除氧器循環泵，向該逆止閥后管道供水，保證管道處于滿水狀態，防止水錘的產生。

（2）在緊急情況下，直接關閉除氧器水位調節閥的閥前電動隔離閥，使得管道內的凝結水壓力得以保持或不致下降過多，除氧器的蒸汽無法返回凝結水管道內，以減少水錘對管道的影響。 同時也防止除氧器水位調節閥內漏造成除氧器水位過高。 必要時通過間斷開啟和關閉除氧器水位調節閥的閥前電動隔離閥來調節除氧器水位。

（3）蒸汽發生器排污水的再生熱交換器冷卻水來自凝結水。 低負荷運行時，維持蒸發器排污系統運行，通過凝結水經過蒸汽發生器排污水再生熱交換器返回除氧器的方式來維持除氧器的水位，此時低流量的凝結水不經過除氧器水位調節閥及其下游逆止閥所在管線，振動也就消除了。

4 結語

凝結水系統管道若長期受到振動引起交變應力的作用，即使設計滿足其強度要求，也可能會產生疲勞破壞，給機組的安全穩定運行帶來影響。 本文從運行的角度對國內某核電廠擴建3、4 號機組凝結水系統管道振動原因進行了分析，并采取了相應的優化措施，取得了良好的減振效果。