汽機旁路系統減溫水控制閥改進

劉獻斌

【摘 要】方家山核電項目安裝兩臺百萬機組，1號機組調試期間發現，汽輪機旁路系統噴淋減溫水控制閥GCT125/127VL開啟后，下游壓力達不到要求壓力，本文分析了導致閥后壓力低的原因及處理過程。

【關鍵詞】GCT；減溫水；壓力低

0 概述

反應堆功率要跟修汽輪機負荷變化，當汽輪機負荷銳減（如甩負荷、停機不停堆等瞬態）時，反應堆功率控制不能像汽輪機負荷的變化那樣快，就會瞬時出現隊功率和汽輪機功率不一致，這時，汽輪機旁路排放系統投入，維持一回路和二回路功率平衡，將多余的蒸汽排放至凝汽器或大氣，當大量高溫高壓的蒸汽排放至凝汽器時，需要對其噴水降溫，否則會導致凝汽器過熱損壞。

方家山1號機組在調試期間執行TP1GCT10試驗時發現，當凝結水出口母管壓力維持在額定壓力2.5MPa（g）時，GCT125/127VL打開后，閥后壓力僅0.4 MPa（g），不能滿足試驗要求，分析原因，首先懷疑管路或閥門堵塞，仔細檢查凝汽器內GCT的噴頭，不存在堵塞，對管路進行多次沖洗后，閥后壓力依然僅0.4 MPa，可以排除管道堵塞的原因，最后將GCT125/127VL的閥芯拆出檢查，沖洗回裝后，問題依舊，壓力依然不滿足要求，基本可以排除管路堵塞的原因。

查閱閥門的廠家資料，該閥門在額定流量時的壓降為1.7 MPa，在不考慮管路壓降的情況下，下游壓力才可以滿足要求。但實際試驗發現，凝結水出口母管額定2.5 MPa時，下游壓力僅0.4 MPa，不能滿足要求，在排除了其他可能的原因后，確認導致下游壓力不滿足要求的原因為閥門壓降較大。

1 處理過程

1.1 解決方案

咨詢福清項目相關負責人，福清項目相關閥門與方家山為同型號設備，也存在同樣的問題，如果采購新型號閥門進行更換，采購周期較長，將導致相應工期拖后，無法滿足工程進度要求，所以決定對閥門進行簡單的改造，降低閥門壓降，使該閥門滿足要求。

將閥門閥芯拆出檢查，該閥門為調節閥，閥芯為圓筒形，周邊開有103各小孔，各小孔直徑和深度均相同，直徑3mm，孔徑深度9mm，如果要降低閥門壓降，可以選擇在原有基礎上增開一定數目的小孔，或將原有小孔進行擴孔，為確定需要擴孔的數目，先進行分析計算。

1.2 分析計算

首先確認下游壓力的目標值，咨詢設計院，得到的答復是GCT125/127VL開啟后，要求下游壓力大于0.45 MPa（a），期望值為0.6～0.8 MPa（a），最大不超過1 MPa（a），

先前的試驗過程中得到的數據時，在凝結水母管壓力為2.5MPa時，閥門下游壓力為0.4 MPa，該閥門距離凝結水母管距離較短，管道直徑也比較大，忽略管道壓降，則該閥門的實際壓降約2.1 MPa，系統流量假設為Q。而閥門下游壓力期望值為0.6～0.8 MPa。

我們暫定閥門下游壓力為0.6MPa進行計算，閥門下游經過管道和噴嘴進入凝汽器，凝汽器壓力為大氣壓，在整個試驗過程中保持恒定，未發生變化，閥門下游壓力為0.4兆帕，流量原來為Q，現在希望將閥門下游壓力升高到0.6兆帕，閥門出口至凝汽器的壓差增加為原來的1.5倍，根據壓差與流量的平方成正比，則相應流量增加到原來的1.5的開方倍，即約1.225Q。

凝結水母管壓力不變的情況下，閥門下游壓力提高至0.6 MPa ，則GCT閥門壓降降低為1.9MPa，回頭再來計算閥籠上每個小孔的流量變化，閥籠上下游壓降由原來的2.1降到了1.9，同樣根據壓降與流量的平方成正比，可以得出，單各小孔的流量降低為原來的0.951倍。

總流量增加為原來的1.225倍，單孔流量降低為原來的0.948倍，如果在閥籠上開孔尺寸和原有小孔保持一致，忽略計算誤差，大約需要增加原來孔數目的29%，原有103各孔，大約就是30個孔，因原閥籠上已經有103個孔，再開30個孔，加工空間小，加工難度也比較大，該閥籠上的小孔大部分均勻分布，但有一部分小孔呈螺旋型分布，且距離其它小孔相對較遠，數量16個，可以考慮對這部分小孔進行擴孔，增加流通能力，同樣可以起到增加流量降低閥門壓降的作用。

如果采取擴孔的方案，必須考慮擴孔的直徑和數量，考慮到距離相對較大的小孔僅16個，其它小孔相距較近，擴孔的數目不宜太多，直徑就不能太小，暫時先以直徑5mm和6mm分別進行計算。

根據管路壓力損失公式進行計算，ΔP=λ*1/d*ρv2/2，其中ΔP為管路壓降，開孔或擴孔都是要將閥門壓降降低至1.8 MPa，所以計算過程中該壓降保持不變，λ為沿程阻力系數，在實際工程應用中，為計算方便，不管是層流和紊流，管線的沿程阻力系數都是采用層流是所求的沿程阻力系數進行計算。層流狀態下，沿程阻力系數只與雷諾數有關，與管壁粗糙程度無關，其計算公式一般有謝才公式得來：λ=8g/C2

式中R為水力半徑，n為管道的糙率，管道的糙率變化不大，可以忽略不計。

將管徑3mm、5mm、6mm，分別代入上述公式，可以得出沿程阻力系數，再代入沿程壓力損失公式進行計算。計算過程不再贅述，可以得出相同壓差下，不同直徑小孔內流速的比值。

當壓差不變，孔徑分別為3mm、5mm、6mm時，三種不同孔徑內水的流速比值為2.07：2.906：3.28，再乘以孔的截面積，則孔內流量的比值為18.63：72.65：118.08，即1個5mm的孔相當于3.899個3mm的孔，1個6mm的孔相當于6.338個3mm的孔。

如果增開3mm的孔需要30個，如果擴5mm孔，需要擴10.34個孔，如果擴6mm的孔，則需要5.62個孔。

考慮設計院給出的壓力期望值為0.6～0.8 MPa，再將下游壓力設定為0.7 MPa，代入上述公式再次進行計算，得出結果為，如果擴5mm的孔需要15.34個，如果擴6mm的孔需要8.3個。

1.3 實施情況

在計算結果的基礎上對閥門進行改造，考慮計算的誤差和管道阻力的變化，實施的時候先拿一個閥門進行改造，按計算結果的的2/3實施，根據改造后的試驗結果再進行下一步操作。

首先在閥門125VL上實施改造，將閥門的閥籠取出后進行擴孔，選擇擴10個5mm的孔，將擴好孔的閥籠回裝后再次執行TP1GCT10試驗，當凝結水母管壓力為額定壓力時，閥后壓力接近0.6 MPa，與計算記過基本一致，第二次進行擴孔，125擴至13個5mm的孔，127擴11個5mm的孔，當閥籠回裝后發現，125VL下游壓力略高于0.6 MPa，相反127閥門下游壓力已經達到0.9 MPa，與計算結果相差非常大，現場仔細核實，發現127VL相應的管道從125VL相應管道上游接出，當127VL擴孔后，流量增大，發生搶水現象，導致125VL上游壓力降低，從而導致125VL擴了較多的孔，壓力反而偏低。同時，125VL與127VL安裝高度相同，但下游壓力表安裝標高不一致，127VL下游壓力表安裝位置比125VL下游壓力表安裝位置低7m左右，同樣導致127VL下游壓力顯示偏高。在這樣的情況下，對125VL再次擴孔至16個5mm的孔，再次執行試驗，125VL下游壓力0.68MPa，127VL下游壓力0.88，去除標高引起的偏差，試驗結果已滿足試驗要求。

2 后續

在1號機組執行TP1RRC59停汽輪機不停堆試驗時發現，當汽輪機停運后，125VL/127VL下游壓力先持續降低，最低降至0.4MPa后緩慢回升，從反應堆保護信號來看，已經非常接近保護定值，當125VL/127VL開啟10秒后，如果下游壓力低于0.45MPa（a），將觸發凝汽器故障或凝汽器不可用信號，將導致停堆事件發生。該壓力表顯示為表壓，折算成絕對壓力也僅為0.5MPa（a），已經非常接近保護定值。

分析原因如下

（1）緊急停機后，反應堆功率短時間仍維持在較高水平，多余的蒸汽排至凝汽器，蒸發器水位自動控制，進水量并未大幅降低，主給水流量也沒有大幅降低，但汽輪機各級抽氣逆止閥和隔離閥關閉，進入各級加熱器的蒸汽中斷，疏水減少，進入除氧器的疏水減少，導致除氧器液位降低，除氧器液位調節閥自動開大，凝結水流量升高，進而導致凝結水母管壓力降低，125VL/127VL下游壓力自然隨著凝結水母管壓力降低而降低

（2）前期在執行TP1GCT10試驗時，凝汽器不具備抽真空條件，壓力為大氣壓，而汽輪機正常運行時，凝汽器內為真空狀態，壓力進3KPa（a），GCT噴嘴下游壓力比試驗條件下低了0.1MPa左右，進而導致相同條件下125VL/127VL下游壓力比試驗條件下低了將近0.1 MPa。

這種情況下，必須對閥門再次進行擴孔，該閥門下游直接通至凝汽器，正常運行情況下無法執行，待汽輪機組停運，凝汽器破壞真空后執行，考慮到機組安全需要，同時又不能超過設計院給出的壓力上限，在凝汽器內為大氣壓的情況下，按閥后1MPa進行計算，每次按計算結果的2/3數目進行擴孔，經三次擴孔后，兩個閥門閥后壓力均為0.98左右，滿足機組要求，同時也未超出設計院給出的壓力上限

同時對2號機組的閥門進行了改造，參數參考1號機組，改造后的閥后壓力與1號機組基本一致。

3 結束語

在2號機組執行TP2RRC59停汽輪機不停堆試驗時，125VL/127VL下游壓力最低降低至0.65MPa，保持在設計院期望值附近，距保護定值仍有足夠的余量，確保瞬態過程中不會因參數變化導致觸發停堆信號。保證了機組的安全穩定運行，提高了機組的安全性。

【參考文獻】

[1]陳松華.減壓孔板的設計與計算[J].給水排水，1997.23.

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