王超

【摘 要】本文介紹了秦山第二核電廠電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的主要構(gòu)成，闡述了電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的功能和運(yùn)行方式，并針對(duì)系統(tǒng)投運(yùn)期間所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，提出了解決措施。

【關(guān)鍵詞】DEL；運(yùn)行；故障

0 前言

秦山第二核電廠電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）是一閉合回路的冷凍水系統(tǒng)，主要為電氣廠房相關(guān)設(shè)備提供7℃的冷卻水。該系統(tǒng)雖然是非安全相關(guān)系統(tǒng)，但由于其停運(yùn)會(huì)造成電氣廠房的溫度升高，最終導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，故它間接地對(duì)核電廠的運(yùn)行安全性有著至關(guān)重要的作用。本文除了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹外還在系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前投運(yùn)以來(lái)出現(xiàn)的問(wèn)題，分析原因，探討解決辦法和改進(jìn)措施，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和其他電廠具有一定的借鑒意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)成、功能及運(yùn)行方式

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

秦山第二核電廠每個(gè)機(jī)組的電氣廠房冷凍水系統(tǒng)DEL由以下設(shè)備構(gòu)成：

1）2 ×100%冗余的冷水機(jī)組001GF（002GF），其中一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。每臺(tái)冷水機(jī)組又包括：一臺(tái)蒸發(fā)器；一臺(tái)由RRI水冷卻的管殼式冷凝器；一臺(tái)螺桿式壓縮機(jī)；一條R134a制冷劑回路；一臺(tái)風(fēng)冷直聯(lián)式電機(jī)；一條潤(rùn)滑油回路；一臺(tái)油分離器等；

2）2臺(tái)雙通氣動(dòng)控制閥200VN（201VN）；

3）2×100%冗余的電動(dòng)冷凍水泵001和002PO，其中一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)備用；

4）1個(gè)冷凍水儲(chǔ)存罐002BA，用來(lái)向DVC系統(tǒng)冷卻盤(pán)管提供冷凍水。它的用途是當(dāng)兩臺(tái)冷水機(jī)組都斷水時(shí)，保證有15分鐘的獨(dú)立供水時(shí)間。儲(chǔ)存罐安裝在能回收其整個(gè)容積的貯存槽中；

5）1個(gè)波動(dòng)箱001BA，由氮?dú)饧訅海ìF(xiàn)已取消氮?dú)饧訅海?，波?dòng)箱上裝有安全閥提供超壓保護(hù)。

1.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)主要是給DVC、 DVL、 DVE通風(fēng)系統(tǒng)的冷卻盤(pán)管提供7℃（設(shè)計(jì)值）的冷凍水。

DEL冷凍水系統(tǒng)為非安全相關(guān)系統(tǒng)。但由于DEL系統(tǒng)故障后，電氣廠房?jī)?nèi)的溫度升高會(huì)最終導(dǎo)致電廠核電機(jī)組的停運(yùn)，故它間接地對(duì)核電廠的運(yùn)行安全性有貢獻(xiàn)。由柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)兩個(gè)電氣系列（系列A和系列B）進(jìn)行應(yīng)急供電。

1.3 運(yùn)行方式

1.3.1 正常運(yùn)行

在正常運(yùn)行工況下，本系統(tǒng)一個(gè)系列（一臺(tái)冷凍水泵和一臺(tái)冷水機(jī)組）連續(xù)運(yùn)行。冷凍水回路和RRI系統(tǒng)上的各手動(dòng)閥門(mén)整定在正確位置，蒸發(fā)器中冷凍水流量為恒定值。

每個(gè)系列（冷水機(jī)組+冷凍水泵）由一條獨(dú)立的線路供電，由一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)做備用電源（系列A對(duì)應(yīng)于001GF，系列B對(duì)應(yīng)于002GF）。

冷凍水兩個(gè)系列設(shè)計(jì)時(shí)不考慮自動(dòng)地互為備用，在每個(gè)系列管路上可就地進(jìn)行手動(dòng)切換。冷水機(jī)組和冷凍水泵由就地啟動(dòng)和停運(yùn)。

安裝在波動(dòng)箱附近的就地壓力測(cè)量裝置（001LP），指示是否需要手動(dòng)補(bǔ)水，正常運(yùn)行壓力在0.25—0.35MPa.g，壓力下降表示回路有泄漏或需要補(bǔ)水，補(bǔ)水來(lái)自SED的除鹽水，壓力過(guò)高有可能引起安全閥開(kāi)啟，冷凍水泵入口壓力低于0.20MPa.g時(shí)產(chǎn)生泵入口壓力低報(bào)警，波動(dòng)箱補(bǔ)水以后還需要在就地通過(guò)鑰匙手動(dòng)復(fù)位低壓報(bào)警。

1.3.2 特殊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

冷凍水系統(tǒng)的兩個(gè)系列之間設(shè)有連通管，利用隔離閥012VD能使一個(gè)系列的冷水機(jī)組與另一個(gè)系列的冷凍水泵一起運(yùn)行。這種聯(lián)結(jié)方式可使一個(gè)系列的冷水機(jī)組故障時(shí)，另一個(gè)系列的冷水機(jī)組不受冷凍水泵故障的影響，反之亦然。但此時(shí)要求兩條電氣系列同時(shí)有效。

1.3.3 失去廠外電源

DEL冷凍水系統(tǒng)的設(shè)備可由柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急供電。當(dāng)A系列和B系列電源喪失時(shí)，冷凍水設(shè)備斷開(kāi)。一旦由柴油發(fā)電機(jī)組恢復(fù)正常供電，冷凍水泵自動(dòng)重新啟動(dòng)，接著冷水機(jī)組重新手動(dòng)啟動(dòng)，冷水機(jī)組按正常順序恢復(fù)負(fù)載。如果由柴油發(fā)電機(jī)對(duì)作為備用的冷水設(shè)備恢復(fù)供電，相應(yīng)的冷水機(jī)組和冷凍水泵將由運(yùn)行人員就地恢復(fù)運(yùn)行。

2 主要設(shè)備的控制運(yùn)行

DEL系統(tǒng)冷水機(jī)組的壓縮機(jī)采用螺桿式壓縮機(jī)，制冷劑采用對(duì)臭氧層無(wú)破壞的R134a，分子式為C2H2F4，蒸發(fā)器和冷凝器均為臥式布置，制冷劑經(jīng)過(guò)螺桿式壓縮機(jī)被壓縮成高溫高壓的汽態(tài)制冷劑，冷凝器中經(jīng)過(guò)RRI水冷卻以后變成高壓的制冷液，再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥（也稱(chēng)膨脹閥）節(jié)流降壓以后變成低溫低壓的制冷液，由于節(jié)流后的制冷劑溫度比冷凍回水的溫度低很多，在蒸發(fā)器中制冷劑吸收冷凍回水熱量逐漸汽化，冷凍回水得到了冷卻，完成制冷過(guò)程的一個(gè)基本循環(huán)，制冷劑吸收熱量逐漸變成汽-液混合物甚至過(guò)熱的制冷劑，被壓縮機(jī)吸入，重新進(jìn)行壓縮-冷凝-節(jié)流-蒸發(fā)，完成制冷循環(huán)過(guò)程。制冷循環(huán)的基本原理實(shí)質(zhì)是逆卡諾循環(huán)（如圖1）。

圖1 制冷循環(huán)的基本原理

在制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中必不可少的四大件，其中壓縮機(jī)是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放出熱量的設(shè)備，將蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)功所轉(zhuǎn)化的熱量一起傳遞給冷卻介質(zhì)帶走。節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，同時(shí)控制和調(diào)節(jié)流入蒸發(fā)器中制冷劑液體的數(shù)量，并將系統(tǒng)分為高壓側(cè)和低壓側(cè)兩大部分。蒸發(fā)器是輸送冷量的設(shè)備，制冷劑在其中吸收被冷卻工質(zhì)的熱量實(shí)現(xiàn)制冷。冷水機(jī)組流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 冷水機(jī)組流程簡(jiǎn)圖

在本機(jī)組內(nèi)，潤(rùn)滑、密封和控制都是通過(guò)油來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在壓縮機(jī)啟動(dòng)之前有一臺(tái)油泵提供壓縮機(jī)軸承的潤(rùn)滑和密封。油泵為一小型正排量泵，從二次圖上可以看出如果油泵沒(méi)有建立起足夠的油壓來(lái)閉合油壓開(kāi)關(guān)，則壓縮機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。在壓縮機(jī)啟動(dòng)以后，出口與進(jìn)口的壓差如果足夠使油來(lái)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行注入和潤(rùn)滑，則在一定時(shí)間之后會(huì)發(fā)出一個(gè)停用油泵的信號(hào)。油泵在運(yùn)行時(shí)進(jìn)入壓縮機(jī)的油壓由一個(gè)油壓調(diào)節(jié)閥來(lái)控制。位于油泵出口管線與油分離器之間的一個(gè)旁路管線一個(gè)一體化的安全閥跨接與泵的進(jìn)出口，保護(hù)泵防止超壓。油泵還給能量控制器提供油來(lái)使控制器位于最低負(fù)荷位置。

油注入壓縮機(jī)需要維持在一個(gè)恒定的溫度范圍內(nèi)，所以經(jīng)壓縮機(jī)出來(lái)的油氣混合物的溫度也需要保持在一個(gè)合適的溫度范圍內(nèi)，這由冷媒的蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在冷凝器后有一管線將液體冷媒注入壓縮機(jī)，通過(guò)一個(gè)注射閥門(mén)可以有效的保證注入油的溫度在設(shè)計(jì)限值之內(nèi)。注入管線上的電磁閥在驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連鎖帶電開(kāi)啟，在電機(jī)停運(yùn)時(shí)電磁閥停電關(guān)閉。如圖3所示。

圖3 液體注入冷卻示意圖

在壓縮機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，排出與吸入端之間的壓差會(huì)變得很大，這會(huì)對(duì)機(jī)組相關(guān)管線和儀表產(chǎn)生損壞，所以設(shè)置了一個(gè)由三個(gè)閥門(mén)組成的旁路管線。如圖4所示。

圖4 旁路管線作用原理圖

PM3調(diào)節(jié)閥是一個(gè)伺服控制主閥，其功能決定于一起使用的先導(dǎo)閥的數(shù)目和類(lèi)型。本系統(tǒng)采用了兩個(gè)先導(dǎo)閥平行并列布置。它提供了兩個(gè)非常重要的功能：

1）在壓縮機(jī)啟動(dòng)和停運(yùn)時(shí)平衡吸入端和排出端之間的壓差。

2）排出端壓力高時(shí)排向吸入端。

其閥門(mén)動(dòng)作情況如下（表1）：

表1

在停運(yùn)時(shí)，首先EVMNO電導(dǎo)閥失電開(kāi)，然后開(kāi)PM3閥，EVMNO設(shè)置成帶電關(guān)失電開(kāi)，是基于失電安全原則考慮。啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，需要減小壓縮機(jī)吸入段與排出端之間的壓差EVMNO保持開(kāi)啟（電磁閥失電），但PM3需要壓差達(dá)到0.2bar時(shí)才會(huì)開(kāi)啟。當(dāng)起動(dòng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，EVMNO先導(dǎo)電磁閥帶電，使PM3主閥關(guān)閉。

CVP先導(dǎo)閥只感應(yīng)PM3主閥的進(jìn)口壓力（即壓縮機(jī)的排出端壓力），與吸入端壓力無(wú)關(guān)。在壓力超過(guò)CVP的設(shè)定值0.4bar時(shí)，主閥全開(kāi)，這樣足以保證卸壓之用。

3 故障分析與處理

DEL系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐，產(chǎn)生了許多問(wèn)題，現(xiàn)將常見(jiàn)故障、原因及處理方法總結(jié)如下（表2）：

表2

4 結(jié)束語(yǔ)

電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到核電廠的經(jīng)濟(jì)效益，而且間接關(guān)系到電廠的運(yùn)行安全性。因此，在電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的運(yùn)行過(guò)程中，一方面要加強(qiáng)運(yùn)行人的技術(shù)，深入的了解系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，另一方面提高電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的維護(hù)水平。對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題加以重視，盡快解決，保證電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦山第二核電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）系統(tǒng)手冊(cè)[S].

[2]吳劍.簡(jiǎn)述電氣廠房冷凍水機(jī)組[Z].