華龍一號輔助蒸汽分配系統(tǒng)調(diào)試缺陷分析及解決措施

中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司 李 旭

華龍一號機組輔助蒸汽系統(tǒng)是核電站在啟動過程中的重要熱源，該系統(tǒng)在機組調(diào)試階段，其可靠性以及穩(wěn)定性是保證機組能夠順利啟動的關(guān)鍵之一。因華龍一號系統(tǒng)在設(shè)計過程中，與其他三代核電機組存在一定差異性，所以有必要對于其輔助蒸汽分配系統(tǒng)的調(diào)試缺陷進行額外的分析，并且提出相應(yīng)的解決措施，希望能夠為日后系統(tǒng)的調(diào)試運行提供更多的幫助。

華龍一號是由中核集團以及中廣核集團，根據(jù)日本福島核事故經(jīng)驗反饋結(jié)果而自主研發(fā)的一種，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國的三代百萬千瓦級壓水堆核電技術(shù)。對于核電廠來說，在進行正式使用之前，其最為重要的一個階段就是調(diào)試，其主要的責任就是承擔核電廠建造，以及運行這兩個最為重要的階段。調(diào)試的目的其實是為了能夠?qū)⒑穗姀S已經(jīng)完全安裝好的各個部件，在進行正式使用之前進行最后的性能檢驗，以此來有效的確保整個系統(tǒng)是完全符合設(shè)計要求，同時也能夠滿足其運行的性能標準的[1]。

對于整個調(diào)試過程進行階段性的劃分是非常有必要的，其數(shù)目和規(guī)模直接取決于安全要求、技術(shù)要求以及管理要求。在對于調(diào)試過程進行階段性劃分時，必須指明在每一個階段當中都需要完成相應(yīng)的試驗，并且要確定在繼續(xù)下一個階段試驗之前，所有的試驗結(jié)果都能夠通過審查。在完成了對前一個階段調(diào)試結(jié)果的評價，以及監(jiān)督并且確認所有的目標，能夠滿足安全管理要求的基礎(chǔ)條件之后，才能夠允許開展下一個階段的調(diào)試試驗工作。而在本文當中所研究的重點則是針對輔助蒸汽分配系統(tǒng)在調(diào)試時，容易存在的缺陷進行有效的分析，并且提出一定的解決措施，希望能夠為相關(guān)工作人員提供一定的幫助。

1 系統(tǒng)運行概述

每臺“華龍一號”機組每年清潔發(fā)電近100億kWh，能夠滿足中等發(fā)達國家100萬人口的生產(chǎn)生活年度用電需求；同時，相當于減少標準煤消耗312萬t，減少二氧化碳排放816萬t，相當于植樹造林7000萬棵。

核電是迄今為止最為復雜的能源系統(tǒng)。做強做優(yōu)核電事業(yè)，還能有效帶動上下游大量相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，促進國家高端重大裝備制造業(yè)、相關(guān)服務(wù)行業(yè)發(fā)展，對材料、冶金、化工、機械、電子、儀器制造等幾十個行業(yè)的加工技術(shù)和工藝水平具有顯著拉動作用。2020年11月27日華龍一號全球首堆，中核集團福清核電5號機組首次完成并網(wǎng)，這一次成功的研制經(jīng)驗也使我國真正打破了國外技術(shù)的壟斷，并且真正踏入核電領(lǐng)先技術(shù)行列當中，這對于我國的發(fā)展來說有著無法取代的意義，同時這也就意味著在一定程度上有效地增強了“一帶一路”沿線國家針對華龍一號的信心[2]。

在華龍一號系統(tǒng)研究的過程中，技術(shù)工作人員一直秉承著勇攀核電技術(shù)高峰，向科技不斷索取答案的準則，與此同時，華龍一號的研究也是中核集團在30多年中進行核電科研以及設(shè)計包括制造的基礎(chǔ)之上所研發(fā)出來的完全具備著知識產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果。不僅如此，目前該系統(tǒng)已經(jīng)擁有了一套非常完整的標準體系，所有的核心零部件都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)，國產(chǎn)化概率可達85%以上，所以完全具備批量化建設(shè)的能力。

圖1 華龍一號

根據(jù)目前的情況來看，我國所引進的三代壓水堆核電站主要包含：歐洲的ERP核電機組以及美國的AP1000核電機組，并且在國內(nèi)都有著一定的工程建設(shè)經(jīng)驗，針對這兩種核電機組進行相應(yīng)的調(diào)試以及分析，通過橫向的對比，對于華龍一號的輔助蒸汽系統(tǒng)調(diào)試工作會產(chǎn)生一定的借鑒意義。本次系統(tǒng)在進行研究的過程當中，其主要的創(chuàng)新性就在于使用了能動以及非能動相結(jié)合的安全系統(tǒng)，這種雙層安全技術(shù)在安全性上面完全能夠滿足于國際最高標準的要求[3]。

不僅如此，集團在發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈的過程當中還聯(lián)動了140多家民營企業(yè)以及58家國有企業(yè)，有效地帶動了上下游的產(chǎn)業(yè)。縱觀整個產(chǎn)業(yè)鏈目前甚至已經(jīng)超過了5000多家，企業(yè)甚至于已突破了410臺核心裝備的國產(chǎn)化并且在這個過程當中也形成了120多項著作權(quán)，包括700多件專利，并且還包含了一項國際核電標準。對于核電廠的前期設(shè)計以及后期的設(shè)備調(diào)試等一系列的工作進行了概括，研究了核電廠的全生命周期的運行情況，有效地支撐了華龍一號批量化的建設(shè)，華龍一號目前已經(jīng)成為核電市場當中接受度最高的三代核電機型之一，同時也是我國核電走向世界的一個非常重要的名片，而在本文當中主要針對華龍一號的輔助蒸汽分配系統(tǒng)進行相應(yīng)的探析。

2 華龍一號輔助蒸汽分配系統(tǒng)的主要特點

2.1 增加了高壓減壓站前疏水

因為在系統(tǒng)當中取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后，由主蒸汽經(jīng)過高壓減壓站減壓閥減壓，直接進行供汽，華龍一號輔助蒸汽系統(tǒng)主要是新增設(shè)了一組疏水裝置，可以針對減壓站閥之前的管道進行有效的疏水，疏水能夠通過疏水閥進行自動化的控制，當機組出現(xiàn)了跳機信號或者是機組的功率小于30%，以及疏水罐液位高信號的時候，疏水閥就能夠自動化的進行啟用，并且完成疏水。

需要注意的一點是，該閥門本身的疏水功能其實就是管道的疏水，本系統(tǒng)所添加的疏水閥和管道的疏水功能基本保持相同。根據(jù)以往機組的使用經(jīng)驗來看，在主蒸汽系統(tǒng)暖管之后，主蒸汽系統(tǒng)的常規(guī)島部分氣動疏水閥在打開時可能會出現(xiàn)主蒸汽母管壓力下降的現(xiàn)象，其具體的下降數(shù)值為0.4MPa，一回路溫度大約能夠下降2℃左右，所以如果主蒸汽系統(tǒng)十個閥門同時打開的話，那么主蒸汽母管壓力就會出現(xiàn)迅速下降的現(xiàn)象，而一回路就會被迅速的冷卻，其溫度降低的也非常快，蒸汽發(fā)生器液位會導致出現(xiàn)非常大的波動，存在著停堆停機甚至是安全方面的風險，所以該閥門在暖管的時候值得注意的是，必須提前的閉鎖相應(yīng)的開啟信號。

2.2 取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

參考了AP1000輔助蒸汽系統(tǒng)的具體設(shè)計，取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之后，由主蒸汽經(jīng)過高壓減壓站減壓閥進行減壓之后直接完成供汽，根據(jù)蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在運行過程當中的功能特點，以及核電站在進行實際運轉(zhuǎn)過程當中的經(jīng)驗，可以對其系統(tǒng)進行簡化，降低相關(guān)的成本。

蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在運行過程當中主要利用的就是主蒸汽，通過該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生低壓蒸汽，利用輔助蒸汽分配系統(tǒng)就能夠向需要用汽的用戶進行供汽，與此同時，設(shè)置好蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是為了能夠?qū)⑤o助蒸汽跟主蒸汽之間進行隔離，避免二者之間產(chǎn)生直接接觸，防止主蒸汽在遭受放射性污染時，通過輔助蒸汽把這些污染物傳播到外界環(huán)境，或是導致工作人員的生命財產(chǎn)安全受到影響，可以說該系統(tǒng)本身就是常規(guī)島當中的一個輔助性的系統(tǒng)。不僅如此，該系統(tǒng)還在管道當中增加了化學取樣點，可有效地實現(xiàn)系統(tǒng)蒸汽的監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)了問題，能夠及時對原因進行查明并且完成處理，如果監(jiān)測到了主蒸汽的放射性物質(zhì)超標，也可以立刻切斷氣源，使用臨機供汽[5]。

3 系統(tǒng)調(diào)試缺陷問題以及具體的處理措施

3.1 安全閥漏蒸汽

出現(xiàn)缺陷的原因。通過對于系統(tǒng)的閥門情況進行拆除以及研究，并且完成了打壓測試，確認閥門本身存在著內(nèi)漏的現(xiàn)象，同時沒有辦法穩(wěn)定在安全閥的額定壓力當中。因為閥門排氣管排水并沒有安裝，所以現(xiàn)場仍然是盲板，閥門在產(chǎn)生了內(nèi)漏的情況之后，會導致其排氣管道出現(xiàn)冷凝的問題，而積水在此時會全部都聚集在閥門的內(nèi)部或者是排氣口彎管的位置，無法順利的排出。管道在進氣之后，對于閥門進行加熱后，導致其內(nèi)積水出現(xiàn)受熱蒸發(fā)的現(xiàn)象，蒸汽會沿著閥門法蘭縫隙排出，并且通過排氣管道在排氣管排出去。

處理措施。首先需要對于整體的閥門進行清潔，并且把閥門內(nèi)部所有的異物都清理出去，還需要對閥門的密封面進行打磨之后完成試壓試驗，試壓合格之后才能夠其進行回裝。其次是可選擇使用臨時軟管來對其進行恢復，以此來將閥門當中存在著的積水排除干凈。

總結(jié)以及改進建議。在采用了相應(yīng)措施之后，如仍未對于該問題進行有效的解決，容易導致安全閥內(nèi)部不斷的出現(xiàn)被腐蝕的問題，同時也會導致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到影響，因為彈簧式安全閥都已經(jīng)安裝好了排水裝置，而且安全閥若是在允許的范圍之內(nèi)其實是可以出現(xiàn)一定量的泄漏的，而且無法保證安全閥可以做到完全隔離蒸汽。所以在進行調(diào)試的時候，應(yīng)需要確保排氣管道的排水可用，避免出現(xiàn)其內(nèi)部的內(nèi)積水現(xiàn)象，如果調(diào)試階段正式排水管道不可用的話，也需要增加臨時排水措施。

3.2 系統(tǒng)接口位置的法蘭漏水

出現(xiàn)缺陷的原因。首先是法蘭墊片本身可能就存在著質(zhì)量方面的問題，所以無法保證整個連接位置可以做到完全的密封，其次是在進行暖管的過程當中，最低點疏水閥并沒有開啟，所以導致在進行暖管時，管道當中的積水沒有辦法及時地排出去，所以致使積水從法蘭位置滲出。

處理措施。首先需要對于法蘭墊片進行更換，使其變?yōu)榧雍駢|片，其次是需要開啟逆止閥，通過下游疏水閥把管道當中的積水完全排干凈之后再進行暖管。

總結(jié)以及改進建議。在輔助蒸汽正式啟動之前，必須確保蒸氣管道當中的所有積水都已經(jīng)排除干凈，避免出現(xiàn)水錘或者是漏水的現(xiàn)象。其次，確保材料的質(zhì)量也是一個較為重要的方面，所有使用的管道材料都必須滿足于使用性能，包括工藝性能方面的要求，用于管道的材料及規(guī)格跟性能必須符合國家現(xiàn)行標準或者是通用國際標準，其主要的標準包含著化學成分，以及物理包括力學特性和制造工藝等方面的要求。同時管道材料當中不能夠添加鉛、汞、鋅等低熔點物質(zhì)，并且還應(yīng)該控制其他雜質(zhì)的含量。

3.3 輔助蒸汽系統(tǒng)已投，邊界閥門存在著溫度異常降低的現(xiàn)象

出現(xiàn)缺陷的原因。經(jīng)過相應(yīng)的排查之后可發(fā)現(xiàn)上游的輔助蒸汽分配系統(tǒng)，在運行過程當中是比較正常的，現(xiàn)場經(jīng)過了點溫儀測量之后發(fā)現(xiàn)，蒸汽管道溫度已經(jīng)低于系統(tǒng)的正常溫度，臨時輸水管道的溫度也接近于常溫。經(jīng)過現(xiàn)場的查看以及研究，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)供氣管道排水利用的是臨時排水閥裝置，而且沒有安裝好疏水器，排水是無法進行長期使用的。而輔助蒸汽分配系統(tǒng)暖管在結(jié)束之后，為了能夠防止蒸汽泄漏，排水閥一般會處在一個關(guān)閉的狀態(tài)下，在一段時間之后排水不可用，就會導致積水通過排水管道蔓延到蒸汽管道，積水在蒸汽管道當中積攢過多，就會導致蒸汽沒有辦法正常的運送到邊界閥門，致使邊界閥門出現(xiàn)溫度降低的現(xiàn)象。

處理措施。把臨時疏水閥打開之后，將管道當中的積水排出去，這時就能夠保證溫度恢復到正常狀態(tài)條件下，后續(xù)該閥門則需要保持小開度，或者是可以定期的對于該閥門進行開啟，避免出現(xiàn)管道當中內(nèi)積水過多的現(xiàn)象。

經(jīng)驗總結(jié)以及改進建議。后續(xù)系統(tǒng)在投入使用之前必須求安裝好疏水器，確保系統(tǒng)具備著長期排水的功能，如果沒有辦法正常的對于疏水管道進行安裝的話，那么必須進行按時的人工排水操作。