1000MW汽輪發電機組非核蒸汽沖轉試驗方案優化的探索與實踐

陳興　王世興　孔海波

【摘 要】汽輪發電機組非核蒸汽沖轉試驗是核電站調試過程中一項重大綜合性試驗。該試驗涉及系統眾多，步驟復雜，對一回路冷卻劑系統溫度下降影響明顯，而機組規范中對一回路溫降速率有明確的限制和要求。故圍繞如何減小一回路溫降，降低該試驗對一回路設備的影響、延長汽輪機沖轉時間成為優化的主要目標。該核電項目多臺機組在該試驗過程中不斷總結探索，進行了諸多有益嘗試，取得了良好成效。本文對國內某核電項目多臺機組非核蒸汽沖轉試驗方案優化的探索和實踐進行了分析總結，這些探索將在類似核電機組中的推廣應用具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】1000MW；非核蒸汽；汽輪機沖轉；方案優化

中圖分類號： TK267 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0030-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.011

0 概述

汽輪發電機組非核蒸汽沖轉試驗是核電站調試過程中一項重大綜合性試驗。它利用反應堆冷卻劑泵和穩壓器內電加熱器所提供的熱量使主回路升溫升壓，并充分利用蒸汽發生器二次側儲水蓄能、一回路儲水蓄能、一回路主設備及管道蓄能，在蒸汽發生器二次側產生飽和蒸汽將汽輪發電機組的轉速升至1500轉/分鐘。該試驗是對汽輪機的安裝質量進行一次較全面的考核和驗證，能及早暴露和發現問題從而及時采取相應的糾正處理措施，為核電站的并網發電準備條件。

國內某核電一、二期工程汽輪機采用的是半速機技術，為單軸、三缸（高中壓合缸）、四排汽、沖動凝汽式，工作轉速1500RPM。該核電1號機組也是國內核電百萬千瓦機組中首次進行非核蒸汽沖轉試驗的機組。

1 非核蒸汽沖轉試驗方案優化的實施背景

由于系統的蓄能有限，一回路冷卻劑系統無法持續提供足夠的熱量維持汽輪機在額定轉速沖轉較長時間，導致汽輪機沖轉時間短而無法對其安裝質量進行較完整的檢驗。而汽輪機在額定轉速沖轉的時間長短主要取決于機組各系統參數是否能維持系統安全穩定運行，其中一回路溫降速率是影響沖轉時間長短的關鍵參數，且機組規范對該參數有明確的要求和限制，即平均溫降速率不得大于56℃/h[1]。若溫降速率超過限值，將對設備、管道產生較大的熱應力，對一回路核心設備安全和壽命產生不利影響。故圍繞如何減小一回路溫降，降低該試驗對一回路設備的影響、延長汽輪機沖轉時間成為優化的主要目標。這些優化不僅降低了試驗的風險，保護了一回路核心設備，同時汽輪機沖轉時間的延長也一定程度上增強了該試驗的意義。這些探索將在類似核電機組中的推廣應用具有一定的借鑒意義，也為同行電站進線該試驗提供經驗借鑒。

2 非核蒸汽沖轉試驗優化的主要措施

2.1 提高蒸汽發生器二次側給水溫度

蒸汽發生器二次側給水是由除氧器加熱除氧后經過給水控制系統提供，由于熱試階段除氧器加熱只能依靠電鍋爐或者其他機組供給的輔助蒸汽進行加熱。輔助蒸汽是1.2Mpa.a、188℃的飽和蒸汽，按照正常設計工況要求，除氧器經輔助蒸汽加熱只需達到104℃、0.02Mpa。在該項目1號機組非核沖轉準備階段，由于除氧器邊界主給水泵再循環閥管線隔離閥返廠維修，為保證除氧器邊界完整，臨時用堵板封堵，由于承壓不足，當除氧器壓力上升時，堵板處開始冒水，導致除氧器水溫最高維持在110℃左右[2]，飽和水的比焓只有約460KJ/Kg；3號機組通過關閉啟動排氣閥，加大輔助蒸汽量等措施將除氧器水溫維持在130℃、壓力提高至0.26Mpa，使得二次側給水比焓提高至547KJ/Kg，相比該項目1號機組給水比焓提高了87KJ/Kg。

2.2 提高蒸汽發生器液位

機組正常運行時，蒸汽發生器液位維持在0m左右，由于二回路補水溫度低，為了減少沖轉階段對一回路的冷卻，減少補水量將一定程度緩解對蒸汽發生器一次側的冷卻，在該核電項目實踐中，在沖轉試驗開始前均提高了蒸汽發生器水位，沖轉前一回路的熱量充裕，可以通過主蒸汽壓力保持一回路壓力溫度維持不變，故應在試驗前完成蒸汽發生器的補水操作。在500RPM轉速平臺適當提高水位使得轉期間不需要對蒸汽發生器進行補水操作，如果保守決策，也可小流量的補水即可，減少了二回路低溫水對一回路的冷卻效應，同時可減少操縱員對二回路給水調節系統的干預。

2.3 提高穩壓器水位和容控箱液位

一回路冷卻劑系統穩壓器的作用是將一回路壓力維持在整定值附近，正常運行時，零功率時穩壓器水位維持在0米左右，非核沖轉時一回路被冷卻收縮，特別是500RPM轉速平臺升至1500RPM轉速平臺，穩壓器水位降低較快，為了不使穩壓器加熱器盤管裸露干燒損壞，需要通過加大穩壓器噴淋水流量使得穩壓器水位維持到危險水位以上，故試驗前將穩壓器液位提高，減少低溫噴淋水的流量，可一定程度上降低低溫噴淋水對一回路的進一步降溫。穩壓器液位變化最明顯的階段是汽輪機沖轉至600RPM之后，故在500RPM轉速暖機平臺結束前保持穩壓器水位在2米左右，穩壓器可在不補水或者少量補水的情況下保持在安全水位以上。

提高容控箱液位主要目的是為了防止一回路冷卻過快時，為加大上充流量提前做好準備，減少容控箱液位波動，同時減少出現瞬態時操縱員的操作負擔。

2.4 上充下泄控制方式優化

機組正常運行時，上充流量與下泄流量保持一致。當溫度變化引起一回路內水體積變化時，穩壓器水位發生變化，當水位偏離設定值時，調節上充流量，使穩壓器水位恢復到設定值。為了減少一回路熱量流出，減少一回路上充流量，隔離下泄回路可減少13.6m3/h的冷卻劑流出一回路系統。由于下泄回路的隔離導致上充回路冷卻劑無法得到加熱，使得穩壓器噴淋水溫度降低，故為了減少影響，在500RPM轉速平臺暖機結束開始升速時，將下泄回路隔離，上充流量根據穩壓器水位手動控制。待1500RPM轉速平臺打閘停機時投入下泄回路。

2.5 優化沖轉步驟

2.5.1 提前進行汽水分離再熱器二級加熱器暖管

按照正常機組啟動步驟，蒸汽發生器供水由輔助給水切換到二回路給水系統后才進行汽水分離再熱器蒸汽再熱系統的暖管操作，為了減少除氧器用水，考慮到汽水分離再熱器二級加熱器暖管時間約需1.5小時，故將暖管操作提前到汽輪機掛閘之前，蒸汽發生器供水仍然由輔助給水系統供水時進行，一方面可以減少占用熱試主線的時間，浪費不必要的人力；另一方面可以減少除氧器除氧水的消耗。

2.5.2 提前進行汽輪機重要閥門嚴密試驗和汽機保護通道定期試試驗

汽輪機重要閥門嚴密性試驗主要是汽輪機處于盤車狀態，在沖轉前主蒸汽壓力下，汽機掛閘后選擇汽輪機閥門密封性試驗模式，測量汽輪機轉速的升幅，驗證汽輪機主汽閥的嚴密性。由于該這些試驗是主汽門，主調門在主蒸汽壓力下首次動作，故障率較高，從前期機組實踐經驗，在沒有大缺陷的情況下，這些試驗平均用時就需1小時。故在蒸汽發生器供水由輔助給水切換至除氧器供水前，進行汽輪機重要閥門嚴密性試驗。

3 非核沖轉試驗方案優化的效果對比

1號機組適當提高了蒸汽發生器液位，2號機組同時提高了穩壓器液位，3號機組在2號機組的基礎上提高給水溫度、提高容控箱的液位、優化了上充下泄控制方式、優化了沖轉步驟。通過對試驗方案的的部分優化或者全部優化，使得試驗過程中各項關鍵參數得到良好控制，一回路溫降得到改善，汽輪機維持額定轉速時間得到延長。具體內容詳見表1，其中表1給出了該核電項目1、2、3號機組非核沖轉過程關鍵參數[3]對比。

從下表1可以看出，該核電項目三臺機組，從1號機組至3號機組，各項參數逐漸得到優化，其中關鍵參數一回路溫降3號機只有33.1℃，且沖轉維持在在1500rpm時間最長，這是采取各項優化措施取得的成果。

4 結束語

該核電1號機組非核蒸汽沖轉試驗在同類型機組中是首次開展，在沒有成熟經驗借鑒的情況下取得一次性成功，充分驗證了試驗方案的可行性，但同時也暴露了方案存在的缺陷與不足，在后續的機組中對試驗方案的優化有力探索，使得一回路溫度、蒸汽發生器液位、額定轉速維持時間等參數控制都得到了逐步改善，減小了一回路溫降的同時延長了非核沖轉的時間，降低了非核蒸汽沖轉試驗對一回路冷卻劑系統設備的影響，保障了關鍵設備的安全。

【參考文獻】

[1]李映林.福建福清核電廠1、2號機組運行技術規范，福清：福建福清核電有限公司，2011：51-52.

[2]王遠航.福清核電1號汽輪發電機組非核蒸汽沖轉試驗方案，福清：福清1、2號機組聯合調試隊，2013：7-10.

[3]何流.福清核電1號機組汽輪機非核蒸汽沖轉經驗反饋匯編，福清：福清1、2號機組聯合調試隊，2014：3-15.