秦山二廠3/4號機組CEX系統異常分析

史曉宇

【摘 要】本文簡要介紹了凝結水抽取系統（CEX）的功能及其流程，著重講述了該系統在運行中出現的若干問題及解決對策。

【關鍵詞】凝汽器；氧含量；泄漏；振動

Abnormal Analysis of CEX System of 3/4 Unit

SHI Xiao-yu

（CNNO，Jiaxing Zhejiang 314000，China）

【Abstract】This paper briefly introduces the function and the process of the condensate extraction（CEX）system，and emphatically describes some problems and solutions of the system.

【Key words】Condenser；Oxygen content；Leakage；Vibration

0 前言

凝結水抽取系統（CEX）是常規島汽水循環中非常重要的一個環節，接受汽輪機低壓缸排出的乏汽，通過海水冷凝、冷卻后，進入水回路。經過長期運行經驗，凝結水循環系統運行良好，3/4號機組在1/2號機組的基礎上已經有了改進，但也出現了一些問題，需要深究其因，通過系統結構改造或者運行方式改進等手段避免或減少這些問題的出現。本文主要是從運行方式方面的改進的角度，研究如何避免凝結水抽取系統日常中出現的異常問題。

1 系統介紹

凝結水抽取系統（CEX）主要由3臺凝汽器、3臺凝結水泵和一個高壓疏水擴容器及相關的閥門和管道等組成。具有以下功能。

1.1 功能

1.1.1 主要功能

1）接受汽輪機的排汽，將其冷凝為水，然后繼續參加循環；

2）通過凝汽器將排汽冷凝，使汽輪機排汽端獲得高度真空，從而使它們能發出較高功率，提高其經濟性；

3）在汽輪發電機大量甩負荷或機組緊急掉閘時，本系統能接受GCT-C系統的排放蒸汽（GCT-C總容量為額定主蒸汽流量的85%），使一/二回路不致因負荷不匹配而超溫超壓，避免緊急停堆；

4）在凝汽冷凝之后，可將凝結水除氣，其功能符合熱交換協會（HEI）標準保持凝結水合適的氧含量。此外，還可將凝結水過濾、凈化；

5）為電站提供適當和必要的凝結水儲存量；

6）可將凝結水從凝汽器熱井經ABP系統輸送至除氧器。從SER系統接受汽機熱力系統運行所需的補給水；

1.1.2 次要功能：

1）接受大部分熱力系統的疏水；

2）為ASG系統水箱提供凝結水；

3）為APG再生熱交換器提供冷卻水；

4）為三個疏水擴容器提供減溫水；

5）為CAR系統提供降溫用凝結水；

6）為凝結從GCT-C系統進入凝汽器的排汽提供降溫水；

7）凝結水泵提供自密封水。

1.2 CEX系統系統描述

每只低壓缸下方有凝汽器的一個殼體，三個殼體的接頸處設有均壓連通管，每個殼體下面的凝結水熱井間設有連通管。每個殼體的循環水側分隔為兩個獨立回路組成。循環水均為單向流，自一側進入，由另一側排出，流過凝汽器后都排入暗渠中，然后經具有虹吸水封作用的跌落井排入大海。

低壓缸排汽在凝汽器101CS、102CS、103CS中冷凝成水，然后，經由凝結水泵的入口過濾器CEX001/002/003FI進入凝結水泵，凝結水從凝結水泵出來后，分別經過各自的逆止閥006VL、005VL、004VL和電動隔離閥009VL、008VL、007VL，合并后的主凝結水經孔板后分為兩路，主路經調節閥042VL、026VL和旁路閥025VL送往低壓給水加熱器，另一路經閥029VL和調節閥030VL返回凝汽器103CS。汽機軸封冷卻器與孔板串聯，該孔板通過設計計算選定，以保證有適當的凝結水流量流過軸封冷卻器，保證這一重要設備的正常工作。把軸封冷卻器的水路布置在送往低壓給水加熱器和凝結水再循環管線的上游，也是為了確保向軸封冷卻器供應冷卻水，使之不受進入除氧器的主系統凝結水量的影響。當主路凝結水量減少時，凝結水再循環閥030VL將開啟，從而保證供應軸封冷卻器的冷卻水量。返回CEX系統的疏水分別由高壓疏水擴容器和凝汽器的兩個本體疏水擴容器接收，減溫減壓后最終進入凝汽器。

2 凝結水氧含量升高

凝結水中的含氧量也越多，從而加速了相關管道、設備的腐蝕速度，所以必須引起足夠的重視。下面介紹一些機組運行期間發生氧含量升高的現象，并提出處理方法的建議。

2.1 CVI抽真空泵出力不足

A.現象

隨著SRI /SEN熱交換器狀態的切換（春秋冬節，一臺反洗，一臺正洗，一臺隔離備用），凝汽器真空變化，凝結水氧含量和電導率變化。隨著氣溫上升這種現象愈加明顯。

B.原因分析

根據現象可以初步推斷出以下結論：SRI水溫變化導致CVI真空泵的出力發生變化。但是查看歷史記錄，發現SRI/SEN板式熱交換器下游SRI溫度基本不隨熱交換器的狀態切換而變化。結合流程圖和現場管線布置可以找到根本原因：CVI真空泵的冷卻水來自SRI201RF和SRI301RF之間的管線。如果SRI301RF正洗狀態，則CVI泵的冷卻水溫高于SRI母管水溫，導致CVI泵出力下降這種現象在春/秋/冬季尤其明顯。春季隨著海水溫度上漲，如果沒有及時投入兩臺SRI熱交換器正洗，則可能導致CVI備用泵啟動。

圖1 SRI板式熱交換器運行方式對CVI泵出力的影響

C.處理方法建議

隨著氣溫的上升，及時投入SRI/SEN板式熱交換為兩個正洗一個反洗狀態。當前機組上的做法是，根據氣溫上升，海水溫度上漲，導致SRI溫度上升，通過手動控制SRI019/020VD的開度，來調節SRI熱交換器出口母管溫度在30攝氏度以下，必要時投入兩臺熱交換器正洗，保證相關負荷正常運行。但是在春季末夏初季節，SRI母管溫度還未漲到30攝氏度，如果僅僅是SRI301RF一臺熱交換器在正洗，則會導致CVI泵出力不足現象。所以，僅關注SRI熱交換器出口母管溫度，并不適應CVI的運行工況。建議：分析以往幾年的運行經驗，確定一個時間點（某月某日）把SRI/SEN熱交換器從一臺正洗狀態切換至兩臺熱交換器正洗狀態，并增加到“季節導則”中，形成程序。

2.2 凝結水過冷

凝結水過冷度表征了凝汽器熱井中凝結水的過度冷卻程度，凝汽器熱井出口凝結水溫度與凝汽器在排汽壓力下對應的飽和溫度之差即稱為過冷度。凝結水溫度過低，即凝結水水面上的蒸汽分壓力的降低，氣體分壓力的增高，使得溶解于水中的氣體含量增加，因為溶于凝結水的氣體量和熱井水面上氣體的分壓力成正比。因此若凝結水出現過冷，則其含氧量增加。

ΔT=TS-TC

ΔT—過冷度

Ts—凝汽器絕對壓力對應的飽和溫度

Tc—凝汽器熱井中凝結水溫度

影響過冷度的因素有：凝汽器管束排列不合理；凝汽器漏氣或者真空泵出力不足；凝汽器水位過高；海水漏入凝汽器；海水入口溫度和流量；汽機負荷的影響；凝汽器補水溫度過低。針對以上因素中，海水入口溫度/流量和凝汽器水位過高這兩個因素，可以通過采取措施進行干預。

2.2.1 海水入口溫度/流量

A.現象

隨著氣溫的下降，冬季時凝結水的氧含量高于夏季時凝結水的氧含量。

B.原因分析

冬季時海水溫度低導致凝結水溫度低，使得凝結水過冷度較大，水中氧含量較高。如圖2所示。

C.處理方法建議

如有必要，冬季時候可以通過對流經凝汽器的海水進行截流，降低海水流量，從而提高凝結水的溫度，減小過冷度。秦二廠1/2號機組為驗證這一現象，運行人員對CRF海水流量進行截流，降低循環水流量，發現凝結水泵出口溶解氧含量從60ppb降到30ppb左右。

2.2.2 凝汽器水位過高

A.現象

凝汽器水位過高時，凝結水的氧含量會有所增加。

B.原因分析

一個導致凝結水過冷的因素是凝汽器水位過高，凝結水侵沒鈦管，使冷凝空間減少，汽機乏汽短時間內被冷卻為欠飽和水，氧氣來不及釋放出來，從而達不到除氧的目的。

C.處理方法建議

機組運行期間，在以下三種情況下會出現凝結水水位增加：

機組啟動后功率升高，凝結水溫度跟隨上升，導致凝汽器水位有明顯的上升。機組啟動后及時通過CEX011VL排水，就可避免上述現象。

凝汽器自動補水閥門CEX035/039VL自動關閉滯后，導致水位上升，這一現象經常發生在通過CEX向ASG001BA補水的時候。建議補水時，控制補水流量較小，避免大閥CEX035VL自動開啟，可減少閥門關閉之后效益導致凝汽器水位上升的現象。

SVA001BA的返回二回路的水會導致凝汽器水位不斷上升，因為SVA001BA的水來自3/4號兩機組的三廢SVA供汽的疏水或冷凝水，此外還有來自SER的冷凝水。這些水最終都返回一個機組的凝汽器，這就勢必導致這個機組凝汽器水位緩慢增加。只需操縱員清楚這個緣由，及時通過CEX011VL排水即可。

2.3 補水對凝結水氧含量的影響

A.現象

冬季時候，通過CEX對ASG001BA補水時，凝結水氧含量增加比較明顯。

B.原因分析

凝汽器的補水來自SER水箱，補給水是未除氧水，其溶解氧經常處于飽和狀態，而SER水箱其水溫夏天冬天變化很大，冬季水溫低，補水中攜帶的氧量比夏季明顯升高。

溫度不但影響補水中氧含量，而且影響補水進入凝汽器后的除氧效果。夏天的補水溫度高，進入凝汽器后在擴散過程中，溫度很快達到其對應壓力下的飽和溫度，大部分溶解氧及時轉變成揮發性氣體被CVI系統除去。冬天SER水在10℃以下，在進入凝汽器擴散過程中沒有達到其飽和溫度，從而使攜帶的溶解氧進入熱阱水中引起凝結水氧含量高。

另外，短時間大流量補水對溶解氧有明顯影響，其原因為在大流量補水時的補水進入凝汽器的位置不同造成的。凝汽器的補水共有兩路，一路小流量補水進入凝汽器的汽空間，另一路大流量補水則直接進入凝汽器的熱井；凝汽器正常補水時只有小流量閥門開啟，補水進入汽空間通過真空除氣后對溶解氧影響很微小，而大流量補水時則補水直接進入凝汽器熱井，沒有經過真空除氣，因此氧含量上升較大。

C.處理方法建議

針對原因分析，提出一下兩個建議：

冬季時，建議使用ASG除氣塔對SER水進行加熱除氣后對ASG001BA補水，盡量減少使用CEX水用作補水水源。從而減少低溫的SER 水進入凝汽器。

如果使用CEX作ASG的補水水源，則減小補水的流量，避免凝汽器補水大閥CEX035VL的開啟。

3 凝汽器水室鈦管泄漏

凝汽器鈦管一旦破裂后，會導致海水進入凝汽器，隨之進入蒸汽發生器二次側，導致二次水質變差，電導率和鈉含量上升，可能導致傳熱管腐蝕破損，放射性外泄，影響機組安全運行。根據秦二廠多年的運行經驗，曾出現過幾次凝汽器鈦管破損事件，所以要引起足夠的重視。2015年就出現過3號機組1B凝汽器鈦管泄漏事件。

A.現象

1）對應凝汽器電導上升；

2）凝泵出口母管陽電導高，報警SIT 100 AA（紅色）出現；

3）高加出水總管陽電導高，SIT102AA（黃色）出現；

4）APG的電導（或）和鈉離子濃度升高，水質惡化趨勢較為迅速。

B.原因分析

根據廠內外電廠運行經驗來看，凝汽器鈦管泄漏多是由機械損傷引起，主要原因有：

1）機械撞擊。安裝或檢修期間，工器具或零部件遺留在凝汽器內，導致運行期間的頻繁撞擊；汽機低壓流通動靜部件飛脫砸破鈦管等。

2）硬物刮傷。海水中的懸浮物/沙石/貝殼等固體硬物進入凝汽器，對鈦管進行反復沖刷和劃刮造成鈦管破損。

3）管束振動。管束的反復振動，易造成鈦管變薄破損。

4）制造和安裝缺陷。安裝時，鈦管與管板間隙過大過小都易導致鈦管破損。

5）沖洗不當。沖洗操作不當，會導致鈦管損傷。

秦山二廠多次發生的鈦管破損都是由機械撞擊和硬物刮傷導致。2015年3號機組鈦管破損就是由于二次濾網的犧牲陽極保護裝置破損，碎片進入凝汽器導致鈦管破損。

C.處理方法建議

從運行人員的角度來說，除了加強關注CRF格柵除污機/鼓網/二次濾網的運行情況，避免固體雜物進入凝汽器外，幾乎沒有好的運行方式改進建議，來避免凝汽器鈦管的破損。運行人員關注的重點是凝汽器鈦管破損事件已經發生后，如何保證第一時間采取措施，避免事件擴大。雖然事故規程ICEX001對此類事故有了明確的處理要求，根據最近的2015年3號機組鈦管泄漏事件的相應情況，提出以下一些建議：

1）加強ATE啟動培訓

秦二廠3/4號機組功率運行期間，ATE大多時間是不運行的。凝汽器鈦管泄漏后，避免蒸汽發生器水質惡化，運行人員首要任務就是最短的時間內啟動ATE全流量處理。而ATE 的啟動過程比較耗時，需要運行值班人員具有足夠的熟練度，而當前值班模式下，ATE的操作大多由專工執行，運行值人員對ATE的熟練程度參差不齊，事故情況下時間緊迫，專工可能需從廠外趕到廠內。建議專工對運行值班人員定期進行培訓，保證新老員工對ATE啟動操作的熟悉。

2）隔離前運行和化學人員同時確認故障凝汽器

凝汽器鈦管泄漏大多時候是單個鈦管的小面積破損，只要ATE及時全流量處理，故障凝汽器的隔離不是非常緊迫。所以在隔離前有足夠的時間對故障凝汽器定位，避免隔離錯誤，延誤處理進程，導致事件擴大。2015年3號機組凝汽器鈦管泄漏事件中，在隔離凝汽器前，化學人員發現凝汽器電導檢測表計在線錯誤，避免了隔離無泄漏的凝汽器A1海水側。

3）熟悉凝汽器隔離操作及風險

凝汽器檢修前的隔離操作比較復雜，涉及CRF/SEP/CVI/GCT等系統，隔離過程中閥門操作順序有嚴格要求，否則可能導致凝汽器真空惡化的風險，如圖7，如果凝汽器去虹吸閥或者SEK的閥門操作錯誤，會導致正常凝汽器真空惡化。而凝汽器隔離操作發生的頻率又極其低，運行人員難免生疏，為避免臨危不亂，建議定期學習凝汽器隔離操作，開展定期培訓。

4 凝結水管路水錘現象

水錘現象有的擊壞管線及其相關設備，管線振動且發出很大的響聲，造成許多破壞性的缺陷，導致管道或者設備支架損壞，造成許多漏點帶壓堵漏工作。

A.現象

凝結水經過ABP向 ADG001BA供水的管線經常發生水錘，導致管路和除氧器頂部劇烈振動，特別是在低負荷時，水錘現象更加嚴重。

B.原因分析

ADG加熱的蒸汽充滿頂部的補水管道，部分蒸汽會凝結，大量低溫的凝結水進入管線，與蒸汽相遇，從而產生水錘效應。特別是啟動前或低負荷時，凝結水沒有經過ABP預熱或者余熱不足，導致凝結水溫度較低，水錘效應更加明顯。見下圖：

C.處理方法建議

應對除氧器頂部補水管路的水錘現象，現行的措施主要是在機組啟動時，使用SVA輔助蒸汽加熱除氧器時，啟動ADG001PO大循環，使除氧器內的熱水與凝結水混合，提高進入除氧器頂部的補水，在汽機功率達到90MW時，冷凝水通過ABP抽汽預熱充分，此時可以停運ADG001PO。機組將功率至90MW時，啟動ADG001PO。根據管線布置和以往運行經驗，提出以下改進建議：

1）機組啟動時，關閉ADG補水隔離閥CEX023/025/041VL，通過現場調節SER補水閥ADG036VL的開度進行補水。這種方法的優點是可以避免補水管路水錘現象，其缺點是ADG水位自動控制喪失，手動控制水位調節性能差，補水水源溫度低，蒸汽加熱效率低。建議在機組初始啟動水錘現象嚴重時采用，不建議長時間采用。

2）使用經過APG加熱的凝結水對ADG001BA補水。CEX水經過APG002RF加熱后，返回ADG系統。可以在滿足APG排污水溫度控制要求的前提下，小范圍調節APG087VL的開度，調節ADG001BA水位。這種方法在3號機組2015春節調停期間得到很好的驗證，其缺點是只能小范圍的參與ADG水位調節，所以該方法適用于長期熱停堆或低負荷穩定運行期間。

3）在管路安裝中，采用更加優良的減振吊架、支架等來減小水錘對管網的破壞。這一措施在國內外電站中累積了先進的經驗，比如在管道支架上增加阻尼器或“液壓緩沖器”能夠取得了很好的效果。

5 結論

總的來說，CEX系統自投運以來，運行情況還是比較穩定的。但也存在著如凝結水氧含量偏大、過冷度高、鈦管破裂及管道水錘導致振動大等問題，在1/2號機組運行經驗的基礎上，3/4號機組已經做了很好的改進，得到了部分解決或一定的改善。從機組運行角度來看，還可以改進運行方式，避免或者緩解這些問題。同時，還需要加強同行交流，改進運行管理措施，避免或減少類似故障的發生。

【參考文獻】

[1]秦山核電二期擴建工程凝結水抽取系統手冊（CEX）.上海：華東電力設計院，2009.

[2]S3/4CEX001.3/4號機組凝結水系統，運行規程.

[3]I3/4CEX001.3/4號機組冷凝器海水泄漏故障，事故規程.

[責任編輯：田吉捷]