650 MW核電汽輪機組熱力性能考核試驗探討

陳 俠

（海南核電有限公司 海南昌江）

汽輪機發(fā)電機組熱力性能考核試驗作為機組在商運后驗證機組熱耗率和最大連續(xù)出力是否能達(dá)到制造廠保證值的試驗，其試驗結(jié)果作為機組性能驗收的依據(jù)，并為電廠今后經(jīng)濟(jì)運行提供原始資料。由于汽輪機性能的全面考核試驗需要加裝大量測點，成本較高，逐漸不為各電站接受。隨著近年來測量技術(shù)的發(fā)展，滿足高精度要求而又費用較低的簡化試驗逐漸在機組投產(chǎn)后得到廣泛應(yīng)用。簡化試驗僅精確測量計算熱耗率所必須的物理量，通過修正曲線計算得到機組的各項考核指標(biāo)。因此，建議將該方法應(yīng)用在昌江核電1#、2#機組的熱力性能考核試驗中，以期縮減成本，提高效率。

一、650 MW核電汽輪機組簡介及考核指標(biāo)

1.機組設(shè)計參數(shù)

650 MW汽輪機組主要設(shè)計參數(shù)見表1。其中TRL工況功率、TMCR工況功率和THA工況熱耗率為汽輪機訂貨合同所約束的參數(shù)值，也是汽輪機熱力性能考核試驗驗證的參數(shù)值。

TRL工況稱為銘牌功率工況，其條件為：汽輪機低壓缸排汽壓力為11.8 kPa，補水率為3%，回?zé)嵯到y(tǒng)正常投入，主蒸汽流量3902 t/h，主蒸汽干度99.5%，主汽門前額定壓力6.41 MPa，最末級高加出口給水溫度230.6℃。TMCR工況稱為最大連續(xù)功率工況，其條件除汽輪機低壓缸排汽壓力為5.39 kPa，補水率為0%外與TRL工況一致。THA工況稱為熱耗率驗收工況，其條件為：排汽壓力為5.39 kPa，補水率為0%，回?zé)嵯到y(tǒng)正常投入，發(fā)電機輸出功率為650 MW，發(fā)電機效率98.9%，額定功率因數(shù)0.9。

表1 機組主要設(shè)計參數(shù)

2.考核指標(biāo)

考核汽輪發(fā)電機組在熱耗率驗收（THA）工況下發(fā)電熱耗率是否達(dá)到制造廠的保證值10037.1 kJ/kWh。

考核汽輪發(fā)電機組最大連續(xù)出力（TMCR）工況能否達(dá)到制造廠的保證值695.99 MW，一般考慮電廠安全性，反應(yīng)堆功率不可能達(dá)到該工況下的設(shè)計值，通過一系列系統(tǒng)參數(shù)及老化修正，將反應(yīng)堆功率運行時的試驗結(jié)果修正到TMCR熱平衡圖對應(yīng)的反應(yīng)堆功率從而得到最大連續(xù)出力。考核汽輪發(fā)電機組在銘牌（TRL）工況下出力是否達(dá)到制造廠的保證值652.833 MW，由TMCR工況的試驗結(jié)果修正到3%補水、11.8 kPa背壓下得到。

二、試驗組織及實施

1.試驗內(nèi)容

汽輪機熱耗率試驗：驗證機組在熱耗率驗收（THA）工況下的熱耗率；驗證機組在50%、75%工況下汽輪機的熱耗率。汽輪機出力試驗：分別驗證在銘牌（TRL）工況和最大連續(xù)出力（TMCR）工況下汽輪機的出力。

2.參考標(biāo)準(zhǔn)

機組性能考核試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：美國機械工程師協(xié)會ASME PTC6-1996《汽輪機性能試驗規(guī)程》。水和水蒸汽性質(zhì)參數(shù)：采用國際水和水蒸汽性質(zhì)協(xié)會1997年發(fā)布的水和水蒸汽性質(zhì)工業(yè)公式IAPWS-IF97。流量的測量和計算采用:國標(biāo)GT/T 2624-2006標(biāo)準(zhǔn)《流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量》。

3.試驗實施

（1）系統(tǒng)條件。試驗前機組運行足夠長的時間，并已達(dá)到穩(wěn)定工況，即反應(yīng)堆冷卻劑及其輔助工藝系統(tǒng)穩(wěn)定運行；真空系統(tǒng)嚴(yán)密性符合要求；汽水分離再熱器水位維持穩(wěn)定，除氧器水箱及凝汽器熱井水位緩慢變化，無較大波動；試驗期間不對機組進(jìn)行有可能影響試驗精度的其他操作。試驗期間主機、輔機、管道和閥門沒有異常泄漏。系統(tǒng)不明泄漏率不超過滿負(fù)荷運行時主蒸汽流量的0.1%。如果不明泄漏率不滿足要求，參與試驗的各方應(yīng)協(xié)商確定不明泄漏率的允許值。

（2）隔離要求。熱力系統(tǒng)嚴(yán)格按照設(shè)計熱平衡圖所規(guī)定的熱力循環(huán)運行。任何與該熱力循環(huán)無關(guān)的其它系統(tǒng)及進(jìn)、出系統(tǒng)的流量都必須進(jìn)行隔離。以下是試驗時典型的系統(tǒng)和管線的隔離要求。①主蒸汽系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)的管道和閥門疏水。隔離狀態(tài)。目的是防止高溫高壓的水和水蒸氣直接流入低一級能效系統(tǒng)，如主蒸汽疏水閥門，閥門開啟時蒸汽和疏水會進(jìn)入高壓擴(kuò)容器后流入凝汽器，從而此部分熱量遭到損失，降低機組效率。關(guān)閉主蒸汽疏水閥門，汽輪機有進(jìn)汽濕度高的風(fēng)險，但試驗時間較短，風(fēng)險可控。主蒸汽旁路、加熱器緊急疏水及主給水泵、凝結(jié)水泵旁路及再循環(huán)管線。②正常運行期間即為關(guān)閉，試驗前檢查閥門的密封性。③低壓、高壓加熱器殼側(cè)放氣和除氧器放氣、溢流閥：隔離。④汽輪機輔助蒸汽及軸封供汽系統(tǒng)。試驗期間機組軸封改為機組自供狀態(tài)。⑤水和蒸汽取樣。試驗期間停止取樣工作。⑥補水。隔離。試驗前，將凝汽器水位補充至相對高的位置，試驗期間禁止補水操作。⑦蒸發(fā)器排污系統(tǒng)：隔離。

圖1 試驗測點布置圖

（3）數(shù)據(jù)測量及儀表要求。試驗前加裝試驗儀表，采集試驗儀表數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，儀表測點位置詳見圖1所示。其中壓力采用在已有壓力測點的引壓管上加裝三通接口，連接壓力變送器測量。確保在不增加管道額外開口點的基礎(chǔ)上，不影響試驗期間已有壓力測點的正常工作。而溫度測點為替換在線的溫度元件。對試驗結(jié)果影響較大的測點，如主給水流量、排汽壓力，均采用雙重或多重測量。下面對各類測點進(jìn)行一一說明。

①主流量測量。試驗以最終給水流量作為基準(zhǔn)流量，汽輪機性能考核試驗中主流量的測量精度對結(jié)果影響最大，為保證該參數(shù)的測量精度，以末級高加出口兩列給水管路上的文丘里管作為基準(zhǔn)流量測量元件，從每一個文丘里管相隔180°的取壓孔引出儀表管，分別安裝2臺高精度差壓變送器測量（圖2）。

②溫度測量。利用現(xiàn)有溫度套管，安裝高精度的溫度變送器，配裝A級精度Pt100熱電阻溫度測量元件進(jìn)行溫度測量（ 圖 3）。

③壓力測量。采用0.075級高精度壓力變送器測量壓力。試驗前，量取各壓力測點和變送器之間的高度差，用以對壓力測量值作位差校正，并對正壓和差壓儀表進(jìn)行了放氣，負(fù)壓儀表進(jìn)行疏水，以確保測量準(zhǔn)確性。其中低壓缸排汽壓力絕對值小，測量難度大，因此利用汽輪機排汽裝置上的6個網(wǎng)籠探頭，加裝6臺0.075級絕對壓力變送器進(jìn)行多重測量（圖4）。

④電功率測量。為避免連接試驗等級功率表給運行機組帶來的潛在風(fēng)險，采用運行0.2級功率變送器，信號接入試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量（圖5）。

⑤水位測量。水位的監(jiān)視和記錄通過就地水位計或采用DCS顯示數(shù)值，主要包括凝汽器熱阱水位、除氧器水箱水位。

⑥其他測量。系統(tǒng)明漏量測量：漏出和漏入熱力系統(tǒng)的無法隔離的明漏量，由試驗人員采用容積法現(xiàn)場測量。

圖2 主給水流量測量

圖3 高加出口主給水母管溫度測量

圖4 低壓缸排氣壓力測量

圖5 發(fā)電機電功率測量及數(shù)據(jù)采集

（4）試驗過程。熱力系統(tǒng)嚴(yán)格按照前文描述的隔離要求進(jìn)行隔離，并檢查、確認(rèn)。向系統(tǒng)補水，調(diào)整除氧器水箱水位、凝汽器水位至較高值，維持各加熱器水位正常、穩(wěn)定，停止補水。試驗期間，除氧器水箱水位、凝汽器水位穩(wěn)定變化，避免出現(xiàn)劇烈波動。根據(jù)各試驗工況的功率要求，調(diào)整反應(yīng)堆熱功率，于試驗持續(xù)時間內(nèi)保持穩(wěn)定，記錄主蒸汽調(diào)節(jié)閥閥門開度。試驗期間，觀察主蒸汽壓力，給水溫度等運行參數(shù)的偏差，確認(rèn)其波動值符合要求；確認(rèn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及一、二次儀表工作正常。系統(tǒng)穩(wěn)定運行0.5 h后，試驗記錄人員進(jìn)入指定位置；按統(tǒng)一時間開始試驗數(shù)據(jù)的采集和記錄。

THA（熱耗率驗收）工況在95%核功率情況下進(jìn)行。TMCR（最大連續(xù)功率）工況在100%核功率情況下進(jìn)行。由于運行背壓約5.3 kPa，試驗不采用破壞真空的方法達(dá)到11.8 kPa左右的背壓，因此，TRL工況試驗結(jié)果通過TMCR工況的試驗結(jié)果修正到設(shè)計背壓和補水條件下得到。

在上述三種工況下，采集數(shù)據(jù)，利用公式分別計算出主給水流量、主蒸汽流量、反應(yīng)堆熱功率、熱耗率等參數(shù)值。最后運用哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司提供的修正到規(guī)定工況下的修正曲線及老化修正，對試驗結(jié)果進(jìn)行修正。

（5）數(shù)據(jù)處理。熱力性能考核簡化試驗，不需要進(jìn)行合同條件下的熱力系統(tǒng)的熱平衡計算來確定是否符合保證值的要求，而是用第一類和第二類修正曲線的方法將功率和熱耗率修正到規(guī)定工況。

完成數(shù)據(jù)的采集后，選擇至少1 h的連續(xù)時間段的數(shù)據(jù)，進(jìn)行包括儀表零位、平均值計算等處理；數(shù)據(jù)處理完成后，通過公式，分別計算出主給水流量、主蒸汽流量、反應(yīng)堆熱功率及熱耗率等參數(shù)。

三、昌江核電汽輪機考核試驗工作開展建議

1.建立精密熱力性能檔案

國內(nèi)核電廠汽輪機熱力性能考核試驗考慮到經(jīng)濟(jì)型一般采取ASME PTC6-1996簡化規(guī)程進(jìn)行試驗，試驗過程僅采集少數(shù)數(shù)據(jù)對機組額定（TRL）功率、機組最大設(shè)計（TMCR）功率、THA工況熱耗率進(jìn)行計算，然后通過汽輪機廠家提供的性能修正曲線對試驗結(jié)果進(jìn)行修正，判斷汽輪機廠家保證功率是否達(dá)標(biāo)。此方法沒有對汽輪機各級段、回?zé)峒霸贌嵩O(shè)備的汽水參數(shù)進(jìn)行精密測量及計算，對汽輪機本體和熱力系統(tǒng)的掌握不深入、不透徹，如果機組運行后，出現(xiàn)熱力性能下降的情況，很難查找原因。因此，如有可能機組調(diào)試期間應(yīng)該對熱力設(shè)備的各級參數(shù)進(jìn)行全面、精密的測量，建立精密熱力性能檔案，方便日后常規(guī)島系統(tǒng)的熱力性能監(jiān)督。

2.75%額定工況按考核試驗要求進(jìn)行試驗

此外，由于海南電網(wǎng)“大機小網(wǎng)”以及調(diào)峰不足等問題，昌江核電機組將面臨著長期低功率運行的境況，且采用75%FP長期低負(fù)荷運行方式。一般熱力性能試驗期間，50%和75%額定負(fù)荷工況的熱力性能結(jié)果均是利用現(xiàn)場在線儀表采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計算所得。在進(jìn)行廠汽輪機75%額定工況的熱力性能試驗時，建議從考核試驗現(xiàn)場布置的高精度測點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計算，并對試驗中采集到的一系列壓力、溫度、流量等原始數(shù)據(jù)予以妥善保存，便于將來機組出現(xiàn)出力不足問題時排查原因。