再熱蒸汽溫度控制對核電機組運行可靠性的影響探討

□孫玉彪

核電機組壓汽缸的蒸汽參數容易受到許多外在因素的影響，在實際運行的過程中，很容易由于數據參數的變化導致核電機組內部的壓力過大，進而導致核電機組變形。在汽輪機設備啟動停止以及低負荷運行期間，相關工作人員需要重點關注再熱蒸汽溫度，盡量避免其對核電機組的運行造成影響，盡量減少核電機組變形的問題。對再熱蒸汽溫度控制對核電機組運行可靠性的影響進行探析，可以大大降低其中存在的安全隱患。

一、MSR對核電機組運行方式的影響

(一)MSR再熱溫度控制的方式。核電機組可以通過MSR技術的汽水分離功能以及兩級再熱功能，來提升或降低核電機組內部的蒸汽溫度，通過這種方式提高汽輪機組的熱效率循環，進而達到降低排氣濕度的目的，減少核電機組在運行過程中對核電機組零部件造成的磨損，最終提高核電機組的運行可靠性。MSR的一級再熱器的加熱汽源往往是從高壓缸內進行抽汽，其中的一級再熱蒸汽閥在運行的過程中并不會進行調節；核電機組中的二級再熱器的加熱汽源主要依賴于主蒸汽，然后再由熱蒸汽溫度來調節壓力控制閥。MSR出口的再熱蒸汽溫度主要是依靠調節二級加熱蒸汽壓力的方式，來進行間接實現，并且將核電機組內部的壓力信號當作被調量的主要原因是由于壓力信號響應時間過短。在啟動MSR時，它的啟動狀態是否良好完全取決于二級再熱器的溫度，當其溫度低于120℃時，二級束管就會進行適當的通風以及預熱，進而達到保護核電機組的目的。

通過二級再熱壓力來調節控制閥門的蒸汽壓力，隨著管板溫度的上升，二級的再熱壓力會在運行的過程中逐步降低，最終達到適應暖管溫度的效果。當二級再熱管板的溫度高于140℃時，就可以適時的啟動汽輪機。在核電機組并網負荷運行的階段，二級再熱蒸汽的壓力閥門會根據核電機組的負荷變化逐步打開，進而控制再熱管板的溫度，控制其上升速度；當核電機組在70%額定負荷的狀態下，可以同時打開兩個壓力控制閥門，在控制負荷的階段，當其額定負荷將到了79%以下時，MSR的壓力控制閥門就會關閉，汽輪機也會停止運行。

在運行汽輪機設備的過程當中，根據設備的相關操作規定，依據汽輪機設備運行操作規定，當汽輪機當中的進汽法蘭這一零件中間的金屬壁屬溫度低于150℃時，機組就會在冷動狀態下啟動；當汽輪機當中的進汽法蘭這一零件中間的金屬壁屬溫度高于150℃時，機組就會在熱狀態下啟動。在MSR啟動的過程當中，核電機組內部的二級再熱蒸汽壓力會根據控制閥的負荷變化逐漸打開，并且當核電機組的二級再熱管板溫度高于140℃時，核電機組就會停止自身預熱功能，但這樣的智能化功能，并沒有充分考慮核電機組在啟動前，進入中壓汽缸進口的溫度是否與汽輪機啟動的冷熱狀態相匹配的問題。拿某臺引進三十萬核電機組的事例舉例來說，為了確保核電機組在運行的過程當中，可以使進入汽輪機內部的蒸汽溫度與汽缸內的運行狀態進行配對，并且在核電機組運行的過程中直接采用測量MSR出口蒸汽溫度的方式進行閉環處理，并將核電機組的運轉模式設置成自動控制模式。若是在核電機組運行的過程中將MSR自動控制模式細分為冷態啟動、熱態啟動以及脫扣停機等模式，就可以很好地將MSR出口蒸汽溫度變化的速率控制在56℃/h內，以此加強對核電機組的保護。

(二)MSR再熱器管板溫度的變化。MSR的一級再熱器管束以及二級再熱器管束都是一種U型鐵素體不銹鋼翅片換熱管，核電機組當中的加熱蒸汽在核電機組運行的過程中會沿著水平U型管束從高處向低處進行流動。但在核電機組的實際運行過程中，MSR的一級再熱器的加熱汽源是無法進行自身調節的，核電機組內部也沒有設置與之相匹配的核電機組預熱系統，在核電機組的汽輪機的轉速上升至1,500r/min，并且一直處在并網帶初始負荷過程中，一級再熱蒸汽溫度就會出現急劇上升的趨勢，這樣的情況十分容易造成一級再熱器管板溫度的突然變化，這樣一種突發的溫度變化，不僅會對核電機組的零部件造成影響，還會影響核電機組的運轉效率。當機組冷態啟動時，若是核電機組溫度始終處在上升的狀態下，核電機組內部的一級再熱器管板溫度就會由原始溫度急劇上升，甚至有可能會超過80℃，最大上升速度4.58℃/min；當核電機組內部處于熱態啟動狀態時，就很有可能因為核電機組內一級再熱器管板溫度始終保持在較高溫度而加快管板溫度出現下降速度，對核電機組的運行造成一定影響。

在這樣的情況下，當核電機組的初始負荷過程中從92.28℃不斷回升并且趨勢迅猛的情況下，核電機組內一級再熱器管板溫度就會瞬間上升，嚴重時可以達到了3.84℃/min。如果在核電機組沖轉前核電機組內部的一級再熱管板溫度處于一種較低的狀態，或者是汽輪機沖轉速上升速度過快時，一級再熱管板溫度的上升速度也會受到較大的影響。某機組多次啟動核電機組的過程中記錄了核電機組歷次運行數據，在其中一次機組運行過程中，核電機組當中一級再熱器管板溫度驟然變化為5.09℃/min。和這種情況相比，由于核電機組當中二級再熱器在運行之前，相關工作人員必須對核電機組進行管束預熱，這才可以將核電機組沖轉、并網過程中，二級再熱器管板溫度變化控制在一定范圍內，但如果在核電機組運行的過程中管板溫度脫離了控制范圍，就很容易會出現管板溫度的小幅變化，但影響不大。

根據相關制造廠商的對設備運行過程中的維護要求，MSR的再熱器管板溫度在運行的過程中不可以超過4℃/min。若是在運行的過程中MSR管板溫度的上下浮動過大，就很容易造成核電機組內部零件的熱疲勞，同時也會在管束、管板等構件的焊縫處產生一種交變熱應力的現象，進而造成核電機組的內部泄露。

二、MSR對核電機組安全運行的影響

(一)汽輪機啟動、升負荷階段的影響。市場當中某核電廠的核電機組調停小修后，在機組的冷態啟動，并且核電機組汽輪機沖轉的功率急速上升至330MW的過程中，核電機組的高中壓汽缸的部分軸承的數值出現急劇上升的現象，當相關工作人員通過技術手段降核電機組的低負荷情況，并且試圖穩定軸承數值，但數值在短暫穩定后，仍然持續上升，這就需要相關工作人員手動打開閘門進行停機處理。

可以設想當汽輪機軸封蒸汽溫度為188℃時，核電機組可以通過機器自身的兩端軸封進入到高中壓汽缸當中，在核電機組沖轉前，通過MSR技術使高、中壓排汽缸溫度達到運轉要求；在核電機組沖轉過程當中，高壓排汽缸溫度會先下降到一定溫度，然后再隨著核電機組進汽流量增加逐步上升。

當核電機組并網后，機器自身會隨著進汽流量而進行溫度調節，汽缸被蒸汽冷卻，進而導致機器出現溫度下降的趨勢，這也可以從側面反映出汽輪機啟動過程中或者是機器處于低負荷運行階段時，高壓汽缸以及中壓氣缸內部流場和溫度場變化具有極其復雜的特征，這不僅僅與進入壓汽缸當中的蒸汽流量以及溫度的變化范圍有關，還與MSR在壓汽缸之間進行的機器設置有關。

由于核電機組當中的壓汽缸的結構尺寸十分龐大并且結構復雜，所以當進入汽缸的蒸汽溫度突然發生變化時，如果核電機組內部出現汽缸受力不均或者是核電機組零件因為溫度過高產生膨脹受阻現象時，就會造成汽缸變形，進而影響核電機組的正常運轉。為此，工作人員需要在核電機組處于低負荷運行階段時，時刻監控MSR再熱蒸汽溫度變化趨勢，并且根據溫度變化趨勢，及時對核電機組的運行狀況進行調整，以確保核電機組的正常運行。

(二)汽輪機降負荷、停機階段的影響。市場當中某核電廠的核電機組按原本計劃進行停機檢修，當汽輪機的運轉負荷開始下降時，就會因MSR的二級再熱器發生故障，進而無法對疏水箱液位進行有效控制，從而導致MSR二級再熱器的進汽閥門為了自我保護自動關閉。同時2臺MSR的二級再熱器若是同時停止加熱，那么核電機組當中的壓缸的溫度就會產生變化，進而直接影響到中壓缸進汽參數。若是汽缸體金屬的溫度與核電機組內部的蒸汽溫值較大，那么就會在核電機組內部產生強烈的對流換熱，進而引起壓缸內部零件的冷卻收縮，進而影響核電機組的運行情況。核電機組在降負荷過程中容易發生高壓氣缸、中壓汽缸前后軸承振動數值的上升，與中壓汽缸內部溫度的急劇下降的變化趨勢有著一定的關聯性。

三、結語

再熱蒸汽溫度控制對核電機組運行可靠性起著至關重要的作用，但在MSR設備實際運行的過程當中，核電機組在機組啟動沖轉過程和并網帶初始負荷時，核電機組內部的一級再熱器管板的溫度會直接上升到機器所能承受的極限數值。因為MSR設備在運行的過程中管板溫度若是發生較大幅度的變化，就會出現核電機組內部溫度冷熱交替的現象，會造成核電機組內部零件的熱疲勞，甚至機器的連接點可能出現裂縫現象，威脅到周圍工作人員的人身安全。故在對再熱蒸汽進行溫度控制時，要根據實際情況謹慎選擇運行時機，最終實現提高核電機組運行的可靠性的目的。