百萬千瓦核電機組瞬態工況除氧器壓力和水位控制

俞海兵　帥海山

【摘 要】為保證核電機組的安全經濟運行，嶺澳一期核電站為了提高運行人員對機組的掌控能力，針對核電站內的所有儀表控制原理進行了梳理，本文僅針對除氧器壓力和水位控制的原理展開描述，尤其是機組出現瞬態工況時的控制方式。

【關鍵詞】瞬態；除氧器；壓力；水位

0 引言

自福島事故發生以后，在全球范圍內掀起了一股反思浪潮，作為擁有世界一流的百萬千瓦核電機組的大亞灣核電基地也進行了一次深入的自查工作，其中就有一項是針對運行人員的課題，圍繞“一次把事情做好”的核心，每人透徹研究一個小課題，采取自我升華、深入研討的方式，大范圍提升運行人員的技能水平，從而加強對核電機組的掌控能力，保證核電機組的安全運行。除了核反應堆的反應性控制、放射性流出物管理之外，對于核電站內的所有儀表控制原理均重新進行了梳理，本文僅針對除氧器壓力和水位控制的原理展開描述，其中所有涉及的參數均非原設計值，僅供參考。

1 除氧器水位和壓力的控制原理介紹

1.1 瞬態工況下，除氧器水位控制

正常工況下，除氧器水位處于“水位控制模式”，在汽機負荷0～100%FP范圍內，除氧器水位整定值保持恒定，實測值由MN測得，兩者的偏差送調節器后經手/自動控制站RCM，將閥門025/026VL開啟到要求的位置，控制原理如圖1所示。

在汽機功率大于60%出現停機不停堆的瞬態時，控制除氧器水位的目的就是為了限制除氧器壓力的下降速率以便保證給水泵的凈正吸入壓頭，一個自動信號會使除氧器水位控制模式發生改變，由“水位控制模式”轉變為“流量控制模式”，即“整定流量”投入運行，其目的就是為了保證進入除氧器的給水量，從而使得除氧器水位不至于下降太多。如圖1中的整定流量所示，在最初的250s內，給水流量維持在500kg/s，在隨后的450s內，給水流量線性增加到1500kg/s，在700s結束后，除氧器水位控制恢復到正常的“水位控制模式”。重點是穩定除氧器的水位，以保證除氧器的水裝量，并且保證凝結水泵的出口壓力大于16bar，防止凝結水泵因出口壓力低而跳閘導致除氧器失去給水。

1.2 瞬態工況下，除氧器壓力控制

除氧器是利用道爾頓分壓定律以及亨利定律來進行熱物理除氧的[2]，為確保除氧效果，在除氧器中給水的溫度必須加熱到與除氧器壓力相對應的飽和溫度。控制除氧器內的壓力，一方面是保證除氧器正常工作，另一方面保證主給水泵入口有一定的吸入壓頭，以防止主給水泵汽蝕。下面分幾種工況來討論除氧器壓力控制，原理見圖2所示。

1.2.1 無負荷下的除氧器壓力控制

機組處于啟動初期，新蒸汽不可用，除氧器通過輔助蒸汽來維持壓力。壓力實測值由005MP測出，整定值為常數1.5bar.a，二者的偏差經調節器控制009VV開度使輔助蒸汽進入除氧器，保持除氧器壓力為1.5bar.a，同時加熱除氧器中的給水到對應壓力下的飽和溫度，達到預先除氧的目的。

1.2.2 低負荷下的除氧器壓力控制

在負荷低于30%FP時，除氧器壓力實測值由003MP測出，整定值為常數1.9bar.a，兩者偏差經控制器002RG控制新蒸汽閥003VV，使新蒸汽進入除氧器，維持除氧器壓力在1.9bar.a。這個控制器對新蒸汽閥003VV和007VV起作用。

1.2.3 正常運行工況

在正常運行時，除氧器的加熱蒸汽來自高壓缸排汽，這就決定了除氧器壓力隨負荷在1.9～9.5bar.a之間變化，是不受控制的，通常叫做“滑壓運行”。這時，除氧器能允許負荷發生最大為15%FP的階躍下降而不需利用新蒸汽來保持除氧器的壓力。

1.2.4 汽機甩負荷時除氧器壓力控制

汽機在100%～30%FP范圍內甩負荷時，從汽輪機高壓缸排汽量會突然下降。為了維持除氧器內的壓力以滿足主給水泵凈正吸入壓頭的要求，需要由003VV和007VV補入新蒸汽來維持除氧器壓力。具體控制過程如下：

1）當高壓缸排汽壓力由001MP檢測到下降速率大于15bar/s時，可確認汽機在甩負荷，同時“凍結”除氧器壓力；

2）延時60s后，此壓力定值階躍增加5bar形成初始壓力整定值。

3）該初始壓力整定值以3bar/min的速率下降，而且該壓力整定值與003MP實測值的偏差送調節器001RG，控制閥門003VV和007VV，讓新蒸汽進入除氧器，使得除氧器壓力下降速率能被主給水泵所接受。

4）壓力整定值持續下降，直到除氧器壓力比高壓缸排汽壓力低0.5bar為止（由差壓開關007SP檢測）。差壓開關發出“下降切除”信號，并使壓力整定值減到零，其效果是關閉003VV和007VV，以后除氧器靠高壓缸排汽保持在較低壓力。

汽機甩負荷的信號在大亞灣為0.25bar/s，而在嶺澳一期卻變為15bar/s，這其中有什么說法呢？查系統設計手冊可知，這個信號對兩個電站來說都屬于原始設計，是ALSTOM公司在設計階段的行為。最主要的原因是，在甩負荷過程中，嶺澳一期的主給水泵性能較大亞灣要好，主給水泵的凈正吸入壓頭裕量足夠，除氧器不需要使用這個瞬態的壓力控制環節，但由于仍使用與大亞灣一樣的控制器硬件和控制邏輯方案，為了防止瞬態工況時觸發甩負荷壓力控制器，就通過將001MP的定值設得足夠大（由0.25bar/s設置為15bar/s），使其不能啟動。

2 結論

1）正常工況下，除氧器水位處于“水位控制模式”；瞬態工況下，為了保證進入除氧器的給水量，除氧器水位處于“流量控制模式”。

2）除氧器壓力控制，不但有無負荷、低負荷、正常工況下的壓力控制方式，還有瞬態工況汽機甩負荷時的壓力控制方式。尤其是嶺澳一期核電站雖然使用與大亞灣一樣的控制器硬件和控制邏輯方案，但由于主給水泵性能較大亞灣要好，瞬態工況下主給水泵的凈正吸入壓頭裕量足夠，除氧器不需要使用這個瞬態的壓力控制環節，因而將汽機甩負荷的信號由0.25bar/s設置為15bar/s。

【參考文獻】

[1]中廣核核電運營有限公司培訓中心編著.CPR1000核電廠控制與運行[Z].2013（12）.

[2]沈維道，等.工程熱力學[J].8版.高等教育出版社，2005（12）.

[責任編輯：田吉捷]