凝汽器真空下降的原因及預防措施

盧 昀 魏佳琪

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314000）

1 背景介紹

秦山二期核電廠3、4號機組采用的是哈爾濱凝汽式汽輪機組。其冷凝性能直接影響3、4號機組汽輪機組功率運行時的安全、穩定和效益。因此，在3、4號機組功率運行期間需要保持冷凝器的良好運行條件，以確保冷凝器最有利的真空運行條件。通過分析秦山二期核電廠3、4號機組冷凝器真空下降因素及應對思路，使秦山二期核電廠3、4號機組保持真空系統的穩定運行。

2 影響機組真空因素

2.1 循環水斷水或不足

事件：2011年6月，上游新安江水庫9孔泄洪帶來雜草，大量水草聚集在3、4號機組循環水取水口，造成CRF循環水吸水口濾網及攔污柵堵塞，3號機組循環水泵吸入水位過低，從而使循環水泵進氣。被循環水泵吸入的空氣沿著循環水管進入冷凝器的鈦管，并聚集在冷凝器頂部的鈦管中。從而導致冷凝器的熱交換面積減小，循環水流量不足，使得機組真空惡化下降，迫使3號機組緊急功率下降事件。

由上述斷水事件引起凝汽器真空急劇惡化的主要特征是真空儀表指示為接近零，CRF泵出口壓力顯示接近為零。斷水原因可能有以下幾種：

（1）由于循環水吸水口的濾網發生堵塞或杭州灣的海水潮位過低導致吸入水位過低；（2）CRF進口或出口閥門誤關；（3）6KV電源、CRF泵或電機發生故障，造成CRF泵跳閘；（4）6個虹吸破壞閥誤開。

秦山二期核電廠3、4號機組海水流量低時，真空的表現特征是逐步降低、循環水進口和出口的溫度差也會有變大的趨勢。由于引起循環水流量低的因素不同，具體表現特性也不同。通過參閱資料，秦山二期核電廠3、4號機組可根據以下特征加以分析，作為真空變化的一個因素。

（1）通過KIT計算機查看循環水進出口壓差有變大趨勢或CRF泵出口和凝汽器入口水壓有明顯增大趨勢，存在上述兩種情況一般懷疑是凝汽器內管板堵塞；（2）通過KIT計算機查看CRF泵出口和凝汽器入口水壓有明顯減小趨勢，一般懷疑是凝汽器循環水出水管部分堵塞；（3）通過KIT計算機查看CRF泵流量有降低的趨勢，就地出口壓力表不?；蝿?，同時運行的CRF泵發出異常噪音和沖擊聲等，這時主控操作員應根據真空降低趨勢，執行降負荷操作迅速排除故障，嚴重時需要執行停機操作。

2.2 循環水溫度升高

秦山二廠擴建3、4#機組循環水為杭州灣開式海水，其海水溫度受季節影響很大。尤其是在夏季，海水溫度的升高會影響冷凝器的熱交換效果。當海水的入口溫度升高時，單位體積的換熱率會降低，這將導致二次蒸汽冷凝溫度升高。根據KIT系統的測算，如果海水溫度提高5℃，冷凝器的真空度可降低1%左右?？梢姡Ｋ疁囟葘δ髡婵盏挠绊懞艽?。下圖1反映了上年夏季循環水溫度的變化對3#機組電功率、真空及SRI水溫變化趨勢。

圖1 循環水溫度變化對真空度及電功率影響

2.3 軸封系統的影響

秦山二期核電廠3、4號機組的軸封供汽量降低時，位于大軸真空部位的附近的外部氣體通過大軸間隙進入凝汽器中。空氣占據換熱空間影響傳熱效果，導致秦山二期核電廠機組凝汽器真空迅速下降。從間隙附近持續的漏空氣使高速運轉的轉子發生嚴重的收縮變化，脹差負方向偏移。主控操作員發現情況后要檢查是否有軸封供汽調閥存在失靈或就地手動操器故障引發，若存在上述情況應通過EN增大調門開度，使軸封汽壓力恢復電廠運行的正常值。當系統出現部分軸封壓力偏低時，操作員需要重新分配各個軸封的進汽閥門開度。此時主控操作員應檢查軸封供汽母管壓力值是否在正常運行要求范圍以內，若壓力偏低應檢查供汽汽源是否正常。

2.4 凝汽器水位異常

凝汽器汽側水位異常導致凝汽器真空下降的原因有：（1）蒸汽側水位上升后，下部鈦管部分被上升的水位淹沒，迫使有效的冷卻面積減小，造成真空惡化；（2）一旦發生凝結水水位持續上升，或者水位到抽氣口的高度時，冷凝器真空度惡化加劇，最終導致凝汽器滿水事件發生。

凝結水持續上升到抽氣口的過程，從計算機KIT數據上能發現真空惡化的趨勢是由小到大的變化過程，具體特征是靠近凝汽器喉部的真空顯示下降趨勢，CVI泵出口的真空顯示上升趨勢。

造成秦山二期核電廠3、4號機組凝汽器水位升高或滿水的原因可能有：a.運行的CEX泵出現故障后備用泵無法及時啟動；b.凝汽器鈦管發生破裂后，導致二回路水質發生惡化現象；c.處于備用狀態的CEX泵其進出口閥門關閉不嚴或逆止閥損壞，運行泵出口部分水從備用CEX泵倒流回凝汽器內部；d.凝結水再循環閥門發生誤動現象；e.疏水控制出現問題。

2.5 凝汽器傳熱性能降低

當凝汽器內鈦管發生污垢附著時，凝汽器內流體阻有增大趨勢，當冷卻水流量出現減少趨勢時，冷卻水入口和出口溫度差也隨之增加，進而造成凝汽器傳熱性能降低，造成機組真空下降。冷凝器鈦管內壁上附著污垢會加劇鈦管管道的腐蝕，嚴重時可能甚至發生穿孔。由于秦山二廠擴建3、4#機組循環水來自杭州灣，其海水泥沙比較嚴重，使得設備運行環境十分惡劣。因此監測傳熱管道腐蝕對影響傳熱運行要求更為嚴格。

2.6 凝汽器水側泄漏

通過資料發現鈦管缺陷造成電廠凝汽器的泄漏的原因之一。鈦管發生泄漏后將使杭州灣硬度很高的海水進入凝汽器汽側，使水位升高，真空惡化下降，繼而引起二次側的水質加劇惡化，對系統設備輕者結垢影響通流能力，嚴重時發生腐蝕穿孔。因此，目前秦山二期核電廠3、4號機組大修后全流量啟動ATE系統對二次側進行凈化處理，穩定二次側的水質。

2.7 抽真空系統的影響

事件：秦二廠3、4#機組常規島板式熱交換器由于出口管道布置問題，導致流向CVI系統冷卻水來自板式熱交換器B列、C列中間。只有板式熱交換器A列、B列處于正洗狀態時，去CVI系統的冷卻水水溫才相對最低。由于SRI系統水溫對CVI系統抽真空效率有較大的影響。降低秦二廠3、4#機組常規島板式熱交換器水溫，能有效提高了CVI系統工作效率，從而提高了冷凝器真空度。而在板式熱交換器C列處于正洗時，板式熱交換器A列、B列其中一列在反洗的SRI水得不到充分冷卻，使得SRI系統水溫相對高，因此日常運行要更加注意CVI系統冷卻水溫度變化。

圖2 板式熱交換器運行狀態對CVI冷卻水溫度的影響

上述事件造成真空下變化是由于CVI泵運行機理其工作介子隨溫度變化而引起自身效率的外在因素。為了防止CVI泵密封水汽化和葉片汽蝕降低CVI泵密封水溫度，對此夏季時盡量不安排板式熱交換器C正沖運行或建議對管道位置時行調整：將去CVI冷卻水管線由原先的板式熱交換器B、C中間，調整到板式熱交換器C下游。這樣調整后的冷卻水，將不受板式熱交換器A、B、C之間的切換而造成冷卻水溫變化從而引起真空泵效率變化。

通過狀態報告檢索系統，查詢秦山二期核電廠3、4號機組近年來發生過的泄漏點如下：a.由熱應力或腐蝕引起的汽輪機低壓缸與凝汽器的連接管段發生漏氣；b.汽缸法蘭連接部分有間隙導致外部空氣漏入；c.CET軸加U型管失去水封覆蓋或虹吸破壞閥門關閉不嚴密；d.相關的液位計、壓力儀表在長期功率運行過程中發生接頭松動問題，使得外部空氣漏入影響真空。檢索電廠狀態報告數據發現3#機組發生過接在凝汽器上的真空壓力表引壓管斷裂導致真空惡化的事件；e.與真空相關聯系統管道結合面、閥門盤根等不嚴密，特別是CVI真空系統管線上的閥門及法蘭連接處不嚴密等。檢索電廠狀態報告兩臺機組多次發生CVI入口閥漏氣事件。

3 真空降低的預防措施

3.1 真空降低的預防措施

CVI真空相關的設備現場布置分散且接口也十分復雜。這就導致某些異常因素的影響可能是慢慢地，不易發現的，需要準備真空下降的干預規程。

（1）針對秦山二期核電廠3、4號機組循環水（海水）溫度升高引起的真空下降，應提早做好夏季高溫天氣預案，如夏季高溫時可啟動第二臺真空泵來維持真空度。目前兩臺機組都有迎峰度夏保電措施；（2）運行時監測凝汽器含氧量及電導參數，避免進一步演化成不合格水質，繼而危害機組正常運行。目前外圍循環水取水口只添加殺菌的藥劑進行除菌藻，可參考加裝鈦管除垢藥劑，防止有機微生物在鈦管內壁滋生和無機垢的累積。同時在3、4號機組進行大修時對凝汽器傳熱管板進行全面清洗；（3）3、4號機組大修期間，編制對冷凝器進行滿水查漏方案。消除CVI真空系統存在的漏點。在無法采用滿水查漏時，也可通過氦質譜檢漏儀查漏。

3.2 真空降低的應對措施

（1）對已知的漏點確定并能夠有效隔離，應立即隔離故障部分設備；（2）對人員在線誤操作或操作不當而造成真空下降，應立即停止操作并恢復在線；（3）因一臺循環水泵跳閘引起的真空下降，應立即降功率到50%并檢查跳閘循環水泵對應抽氣管線上的電動真空隔離閥關閉（CVI010VA），必要時關閉抽氣管線上的手動隔離閥（CVI009VA），若兩臺循泵（CRF泵）跳閘立即停機；（4）軸封壓力不正常造成的真空下降，應檢查主、輔助蒸汽供汽是否正常，必要時切換汽源；（5）若一臺運行的CET風機故障，需要啟動另一臺備用風機，U型水封液位，若CET001ZV和CET002ZV都發生故障且短時間內不能恢復時，主控操作員需要做好停機準備；（6）如果CVI系統真空泵運行不正常，當CVI泵跳閘運行后，確認備用CVI泵能夠自動啟動，否則主控操作員需要立即手動啟動，避免真空惡化；（7）真空破壞閥CVI009VA和CVI010VA如果誤開啟，應立即關閉。正常期間真空破壞閥門應保持行政隔離上鎖。

如果不能快速阻止真空下降或者真空下降原因不明，當CVI泵入口壓力低于14KPa時,確保備用CVI泵應自動啟動，否則手動啟泵。由于真空下降會導致循環效率降低，如果真空下降而發電機出力不變，消耗的熱能增多會導致核功率升高，可能會導致機組超功率運行。因此在真空有下降趨勢時，一方面對真空下降的原因進行查找處理的同時，另一方面需要關注機組的核功率，如果機組核功率過高，應降低發電機的出力，以維持機組正常功率及凝汽器真空。當凝汽器真空低到22.5 KPa時，真空出現3低定值觸發報警時,保護動作跳機,如果此時汽輪機未自動停機，則應手動打閘。

4 結語

本文通過查閱文獻和電廠3、4#機組近年來發生的事件報告來分析了影響凝汽器真空下降的原因。針對性處理解決生產過程中實際遇到的問題，如循環水溫度變化對凝汽器真空影響較為敏感，在日常運行時要更加注意CVI系統冷卻水溫度變化防止真空變差。希望對核電廠運行人員學習和操作有指導意義。文中在分析的真空下降過程中提及的真空異常特征有利于現場人員對出現真空異常后做出準確判斷，根據提出的預防及應對措施，對日常維護真空系統運行穩定和機組安全運行有一定的幫助，保證真空系統運行穩定和機組安全運行。