李躍　張海峰

【摘 要】本文分析秦山第二核電廠常規(guī)島系統(tǒng)管道閥門發(fā)生過的水錘現(xiàn)象，對(duì)常見的水錘現(xiàn)象進(jìn)行了原理分析，為了限制水錘后果，提出改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】水錘；常規(guī)島；振動(dòng)

1 核電站常規(guī)島水錘

常規(guī)島的許多蒸汽系統(tǒng)如AHP、GSS、GCT、ADG、GPV、SIT、CVI等已發(fā)生過多起或大或小的水錘現(xiàn)象。這些水錘現(xiàn)象有的擊壞管線及其相關(guān)設(shè)備；有的引起安全閥的動(dòng)作；有的使管線振動(dòng)且發(fā)出很大的響聲，造成許多破壞性的缺陷，水錘造成許多漏點(diǎn)帶壓堵。按其發(fā)生的時(shí)期，可將這些水錘現(xiàn)象分為兩大類：第一類發(fā)生在機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)候（當(dāng)蒸汽投運(yùn)到冷態(tài)管線時(shí)）；第二類發(fā)生在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)。

1.1 機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的水錘

1.1.1 MSR A列二級(jí)再熱器到7A高加的掃氣管線水錘分析

MSR A列二級(jí)再熱器到7A高加的掃氣管線，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)管線會(huì)振動(dòng)并發(fā)出很響的水錘聲。從管線的結(jié)構(gòu)上來講這根管線有一段幾十米長的接近水平的管道，當(dāng)機(jī)組停運(yùn)時(shí)很容易聚積一些過冷的凝結(jié)水（掃氣調(diào)節(jié)閥前無疏水管線）。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，在投運(yùn)MSR二級(jí)加熱蒸汽時(shí)，其掃氣先是排往CEX系統(tǒng)，在對(duì)管束均熱后才轉(zhuǎn)而排向7A高加。在掃氣完全轉(zhuǎn)換完成前的這段時(shí)間里，此段管線極易發(fā)生冷凝水誘導(dǎo)水錘現(xiàn)象。

1.1.2 AHP5B高加到CEX001BA的緊急疏水管線水錘分析

在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，AHP5B高加到CEX001BA的緊急疏水管線也發(fā)生過管道振動(dòng)并發(fā)出很響的水錘聲。這是因?yàn)樗灿幸欢伪容^長的管線，且AHP038VL有一點(diǎn)內(nèi)漏。當(dāng)機(jī)組剛停運(yùn)時(shí)這段管線中充滿了過冷的凝結(jié)水，由于038VL漏量不大，它還沒有來得及將其管線中的水全部排空，這時(shí)機(jī)組啟動(dòng)，漸漸的就有高溫疏水和蒸汽進(jìn)入CEX高壓疏水?dāng)U容器，高壓疏水?dāng)U容器內(nèi)的壓力逐漸升高，就會(huì)有一些蒸汽逆向經(jīng)過038VL進(jìn)入緊急疏水管線，這些被壓入的蒸汽泡就會(huì)在充有過冷凝結(jié)水的管線中發(fā)生蒸汽泡潰滅水錘，當(dāng)停機(jī)或B列高加解列時(shí)，蒸汽也可能反向流到緊急疏水管線中，發(fā)生水錘現(xiàn)象，如圖1：

現(xiàn)038VL的內(nèi)漏現(xiàn)象已經(jīng)消除，但7A高加的緊急疏水閥也有類似的內(nèi)漏現(xiàn)象，如不修好可能也會(huì)發(fā)生上述的這種水錘現(xiàn)象。

1.1.3 GCT-C第一組調(diào)節(jié)閥下游的部分引壓管線水錘分析

GCT-C第一組調(diào)節(jié)閥下游的部分引壓管線和測(cè)溫元件等，在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)也因水錘現(xiàn)象被沖開，導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂、設(shè)備損壞、蒸汽大量外漏。由于GCT-C調(diào)節(jié)閥處于主蒸汽管路的末端，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（如圖2）極易在調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的時(shí)候產(chǎn)生很多的冷凝水，這些冷凝水本應(yīng)通過調(diào)閥的旁路疏水閥排向CEX，但此旁路閥一般只開很小的開度無法將疏水排凈，所以導(dǎo)致當(dāng)調(diào)節(jié)閥開啟的時(shí)候汽水迅速混合，產(chǎn)生凝結(jié)水誘導(dǎo)水錘。

建議在投運(yùn)蒸汽前將調(diào)節(jié)閥旁路疏水閥全開，排凈調(diào)節(jié)閥上游的冷凝水。

1.1.4 ADG101VV到ADG031VV之間的管線水錘分析

ADG101VV到ADG031VV之間的管線在新蒸汽投運(yùn)時(shí)也發(fā)生過水錘現(xiàn)象，導(dǎo)致管路超壓安全閥106VV動(dòng)作。該段管線（如圖3）處于管網(wǎng)的末端，其管路疏水閥210VL、044VL、045VL在新蒸汽投運(yùn)前后一直處于關(guān)閉狀態(tài)，在ADG031VV、030VV均關(guān)閉的情況下，其管道內(nèi)部極易聚積大量冷凝水。在101VV和031、030VV之間，由于蒸汽冷凝等原因，使其壓力下降小于減壓閥101VV調(diào)節(jié)定值101VV開啟，而這時(shí)101VV上游也會(huì)有許多積水因044、045VL的關(guān)閉而無法排出。當(dāng)101VV一旦開啟汽水流就會(huì)迅速涌入下游管線，導(dǎo)致凝結(jié)水誘導(dǎo)水錘的發(fā)生，致使管路內(nèi)部超壓安全閥106VV動(dòng)作。

現(xiàn)已將030VV開了40%左右，使蒸汽不斷地流向除氧器，避免冷凝水的大量積聚。但還是建議做好101VV前后的排水工作。注：與此類似，SVA蒸汽管線的疏水站也沒有正確的投運(yùn)，這些蒸汽管道中殘留的冷凝水，就是一個(gè)潛在的隱患很可能引起管道或除氣器傳熱管的破壞。

1.2 機(jī)組正常運(yùn)行期間出現(xiàn)的水錘

1.2.1 高壓缸排汽口到CEX高壓疏水?dāng)U容器的疏水管線水錘分析

高壓缸排汽口到CEX高壓疏水?dāng)U容器的疏水管線，也因蒸汽驅(qū)動(dòng)型水錘而致使管路破裂、蒸汽外漏。由于這段管路的拐角很多，且高壓缸排汽口的濕度很大。水滴夾在蒸汽中形成一個(gè)個(gè)水彈以蒸汽的速度前進(jìn)，不斷擊打著拐角處的管壁，導(dǎo)致管壁被擊薄、擊穿（圖4）。

泄漏后曾將被擊穿的漏點(diǎn)用卡子堵住，大修期間進(jìn)行了處理。建議加裝疏水器或改變這段管線多拐角的幾何形狀。

1.2.2 再如SIT取樣間的回水管線所發(fā)生的水錘分析

再如SIT取樣間的回水管線所發(fā)生的水錘現(xiàn)象。由于該段回水管線有很長的一段位于高處的水平管線，這樣在回水管的下端始終積有很多的冷凝水，這就決定了有發(fā)生水錘的潛在危險(xiǎn)。而導(dǎo)致水錘發(fā)生的直接原因是有兩個(gè)VVP的取樣管線的排水閥內(nèi)漏。蒸汽泡被壓入充滿水的管子里形成了蒸汽泡潰滅水錘。所發(fā)出的響聲就似錘子打擊管壁一般，大約每隔一到兩分種就會(huì)響一聲（圖5）。

現(xiàn)已將漏汽的閥門修好，水錘聲消失。

2 水錘的原理與對(duì)策

由于蒸汽管線的排水不良、保溫的不完全、蒸汽供應(yīng)的不平衡等原因，都會(huì)造成管路中有凝結(jié)水及水膜的生成。這些凝結(jié)水積聚在管路底部，會(huì)產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。水錘的產(chǎn)生不僅會(huì)發(fā)出很大的響聲，而且還會(huì)損壞管路的出口、疏水器、控制機(jī)構(gòu)和管道本身。在蒸汽系統(tǒng)中發(fā)生的水錘有兩種：蒸汽驅(qū)動(dòng)水錘和凝結(jié)水誘導(dǎo)水錘

2.1 蒸汽驅(qū)動(dòng)水錘

凝結(jié)水上方快速流動(dòng)的蒸汽導(dǎo)致水波的形成，蒸汽和水的相互作用，使水變成了一個(gè)個(gè)堅(jiān)硬的水實(shí)體封住了管道，我們叫它“水彈”。水彈以蒸汽的速度前進(jìn)，會(huì)以很大的力撞擊管路內(nèi)的障礙物和它所遇到的第一個(gè)拐角的管壁。就像用錘子錘打一樣。

計(jì)算公式如下：

Pmax=ρv2

其中：“ρ”是流體的密度，“v”是水塞的速度。

2.2 蒸汽驅(qū)動(dòng)水錘

在某些情況下也叫做“凝結(jié)水誘導(dǎo)水錘”。這是由于在一個(gè)完全充滿水的管子里產(chǎn)生或被壓入了一個(gè)汽泡，當(dāng)汽泡被吸收了自身的熱量時(shí)，它就會(huì)坍塌，四周的水立即涌到了這里，會(huì)產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)。

計(jì)算公式如下：

Pmax=ρvc

“c”表示聲音在水里的速度——大約1290米/秒。

2.3 管道結(jié)構(gòu)上防止水錘產(chǎn)生

由冷凝水誘導(dǎo)產(chǎn)生的超壓水錘，能夠比蒸汽驅(qū)動(dòng)水錘大10到100倍。在管道結(jié)構(gòu)上防止水錘產(chǎn)生的主要措施有：

1）蒸汽管線從汽源到疏水站必須有一定的斜度。疏水站必須安裝在管線開始上升之前的最低處，蒸汽管道的末端，并且每隔100-160米安裝一個(gè)；

2）疏水必須安裝在蒸汽調(diào)節(jié)閥之前，以排出當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)積聚的冷凝水；

3）蒸汽管線中應(yīng)加裝帶用濾網(wǎng)和排污袋的“Y”形過濾器，來排除蒸汽中的水分，防止水錘的發(fā)生，如CET管線的Y過濾器；

4）所有蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的蒸汽調(diào)節(jié)器必須提供疏排水裝置。必須避免回水管的位置在疏水器的上方；

5）在停止供水后蒸汽容易彌漫的地方，盡快啟動(dòng)其他的循環(huán)泵，消除蒸汽，如啟動(dòng)ADG001PO。

冷凝水誘導(dǎo)水錘屬于冷凝事件，即“蒸汽泡快速潰滅水錘”。它發(fā)生在當(dāng)蒸汽泡完全的被過冷的凝結(jié)水包圍的時(shí)候。由于蒸汽把它的熱釋放到周圍的凝結(jié)水和管壁中，從氣態(tài)改變?yōu)橐簯B(tài)。由于液體只占有原氣態(tài)體積的幾百到千分之一（這取決于進(jìn)入的蒸汽的壓力）。這樣，就在冷凝水中原蒸汽泡所占的空間形成了一個(gè)低壓空泡，周圍的冷凝水將猛沖進(jìn)來充滿這個(gè)空間，冷凝水撞擊的結(jié)果將產(chǎn)生超壓并發(fā)出撞擊管壁的聲響。這個(gè)超壓后果嚴(yán)重。

影響冷凝水誘導(dǎo)水錘的因素有：

1）蒸汽的壓力；

2）冷凝水的過冷度；

3）空泡中的不凝結(jié)氣體；

4）空泡的大小。

如果蒸汽壓力很高，冷凝水是過冷的，沒有不凝結(jié)氣體，且空泡足夠大，這將會(huì)產(chǎn)生足夠的壓力擊壞鐵質(zhì)的閥門，導(dǎo)致蒸汽泄漏，焊縫脹裂。

好的設(shè)計(jì)和操作的就要避免把高壓蒸汽和過多的冷凝水混和在一起，確保蒸汽總管疏水干凈，蒸汽不會(huì)進(jìn)入回水管線。然而，當(dāng)蒸汽通過疏水器進(jìn)入冷凝水管線當(dāng)中的時(shí)候水錘是會(huì)發(fā)生的，這時(shí)就會(huì)經(jīng)常聽到猛烈的撞擊聲。

3 運(yùn)行操作注意事項(xiàng)

針對(duì)常規(guī)島發(fā)生的水錘現(xiàn)象，常規(guī)島運(yùn)行操作人員要注意以下幾點(diǎn)：

1）高壓蒸汽和過冷的凝結(jié)水相接觸就會(huì)是一個(gè)不穩(wěn)定的和潛在的易爆混合物。

2）不可以讓蒸汽進(jìn)入充滿過冷凝結(jié)水的管道。當(dāng)蒸汽進(jìn)入冷的管線時(shí)要一直保持警惕。

3）讓過冷的凝結(jié)水進(jìn)入蒸汽充滿的管線要比讓蒸汽進(jìn)入過冷的凝結(jié)水的管線還要危險(xiǎn)。

4）帶壓力的蒸汽管線中充滿過冷凝結(jié)水，不要先嘗試排水，首先應(yīng)關(guān)掉蒸汽，然后排水。如果已打開了疏水，發(fā)生水錘，則要的關(guān)掉它并把蒸汽放掉。管線中的水錘可能繼續(xù)發(fā)生直到蒸汽排盡。

5）在一個(gè)隔離的管道中過冷的凝結(jié)水和它上方的蒸汽將會(huì)處于休眠狀態(tài)。打開的入口蒸汽閥門或者打開一個(gè)排水閥將會(huì)觸發(fā)水錘事件。

4 結(jié)語

通過對(duì)水錘現(xiàn)象的分析，提醒生產(chǎn)運(yùn)行人員、設(shè)計(jì)人員關(guān)注水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生原理和破壞力，為了保護(hù)設(shè)備，保護(hù)人員安全，需要認(rèn)真分析反饋現(xiàn)場(chǎng)的水錘問題，采取必要的補(bǔ)救措施和設(shè)計(jì)改造，從而保證機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[責(zé)任編輯：王楠]