劉高+李斯亮+駱真榮

摘要：本文介紹了某核電機組凝汽器抽真空系統(tǒng)的組成和功能；根據(jù)機組啟動工況中的若干現(xiàn)象，分析了啟動工況中凝汽器背壓與抽真空系統(tǒng)運行方式的轉(zhuǎn)換需求；同時，結(jié)合真空形成原理，對啟動工況中抽真空系統(tǒng)運行方式進行優(yōu)化；最后針對一些異常工況，提供解決問題的思路。

關(guān)鍵詞：抽真空；設(shè)備布置；啟動工況；冷凝

0 引言

在啟動工況中，凝汽器真空達到額定真空的時間與真空泵抽真空能力和密封水溫度、循環(huán)水流量和溫度、凝汽器體積和冷卻面積等因素相關(guān)。凝汽器真空泵組的出力大小是凝汽器真空形成的主要因素，但是，若不能充分利用真空形成機制，將造成極大的人力和物力浪費。

1 系統(tǒng)描述

1.1 系統(tǒng)簡介

凝汽器真空系統(tǒng)的作用是抽出凝汽器中隨蒸汽帶入的不凝結(jié)氣體和由大氣漏入的空氣，建立和持凝汽器的真空，提高汽輪機組的經(jīng)濟性。核電站的凝汽器真空系統(tǒng)與常規(guī)火電廠的凝汽器真空系統(tǒng)功能相同，滿足汽輪機在各種運行工況下抽真空的要求，并有效地將凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體排出[1]。

1.2 系統(tǒng)組成

該核電機組的汽輪機是一臺單軸、三缸四排汽、單背壓凝汽式汽輪機。凝汽器真空系統(tǒng)由三套并聯(lián)的抽氣系統(tǒng)和一個真空破壞系統(tǒng)組成。在每套抽氣系統(tǒng)中，有一臺兩級液環(huán)式電動真空泵、一臺密封水熱交換器、一個氣水分離器、一臺密封水泵及真空測量系統(tǒng)等。

每臺凝汽器有兩個殼體，底部熱井相連，每個殼體包含兩個冷卻鈦管管束，每個鈦管管束汽側(cè)有一根抽氣管。相間的管束組成A、B兩列冷卻回路，兩列抽氣管道經(jīng)電動隔離閥后匯合于抽氣母管，從抽氣母管分別送至三臺真空泵入口。自凝汽器汽側(cè)抽出的不凝結(jié)氣體和少量蒸汽混合物，分別被送往三套抽氣裝置中的一套、兩套或三套，具體套數(shù)根據(jù)運行工況確定。由真空泵排出的不凝結(jié)氣體，進入氣水分離器，在分離器中進行氣水分離。水經(jīng)過冷卻后回到真空泵，不凝結(jié)氣體由分離器頂部排入大氣或氣體排放系統(tǒng)。

1.3 系統(tǒng)特點

凝汽器抽真空系統(tǒng)動力裝置為水環(huán)式真空泵。該真空泵配備密封水泵，用來提供真空泵運行時所需工作液及軸承密封裝置冷卻。密封水泵將密封水打入冷卻器，然后分兩路進入真空泵：a.直接進入泵體；b.在泵吸入口噴淋入口的空氣。由于冷卻器由海水冷卻，與凝汽器冷卻水源相同，理論上，真空泵極限真空與凝汽器極限真空一樣。

在凝汽器汽側(cè)部分，凝汽器抽真空系統(tǒng)抽氣管伸入至鈦管管束中部的空冷區(qū)；正常情況下，鈦管管束下端不與凝結(jié)水接觸。由于存在以上布置特點，將導(dǎo)致在凝汽器接收蒸汽之前，凝結(jié)水與凝汽器冷卻水之間無法進行有效的熱量交換，當(dāng)凝結(jié)水泵運行時，凝結(jié)水溫度將持續(xù)上升。

2 系統(tǒng)運行

2.1 系統(tǒng)運行條件

凝汽器抽真空系統(tǒng)的投運將給汽輪機引入冷源，抽吸效果會導(dǎo)致漏氣部位溫度降低?？紤]到汽輪機軸承漏氣，在凝汽器抽真空過程中會吸入較多臟空氣，軸承齒可能磨損，因此，需將汽輪機盤車及軸封系統(tǒng)投入，保證汽輪機軸系受熱均勻和密封。該機組在設(shè)計中，汽輪機軸封系統(tǒng)冷卻器由凝結(jié)水系統(tǒng)冷卻，因此，在汽輪機軸封系統(tǒng)投運前，必須啟動凝結(jié)水泵。在凝結(jié)水系統(tǒng)運行期間，凝結(jié)水溫度會不斷上升，通過動態(tài)換水的方式，凝結(jié)水泵能夠長期運行，凝結(jié)水溫度約高出室溫20℃。

2.2 典型凝汽器抽真空過程

按照HEI標準，在啟動工況下30分鐘內(nèi)將凝汽器的真空提高到33.86kPa.a；在正常運行時用一臺泵保持凝汽器真空在5.1kPa.a。

在啟動工況下，開啟抽氣管線A、B兩列電動隔離閥，連續(xù)啟動三臺真空泵，凝汽器真空在兩個小時內(nèi)迅速降低。在凝汽器真空達到8kPa.a后，停運兩臺真空泵，保留一臺真空泵運行。凝汽器真空根據(jù)當(dāng)時循環(huán)水溫度，緩慢降低，最后維持在5-7kPa.a運行。

3 異常工況分析

在凝汽器抽真空過程中，當(dāng)凝汽器壓力達到凝結(jié)水飽和蒸汽壓時，凝結(jié)水溫度會逐漸降低，最終溫度約比循環(huán)冷卻水溫度高10℃。起初分析認為這是由于真空泵抽吸作用，凝結(jié)水不斷汽化，起到降溫的作用。抽出的凝結(jié)水蒸汽在真空泵內(nèi)凝結(jié)，并隨真空泵工作液流至真空泵分離罐；該部分凝結(jié)水補充真空泵密封冷卻水，同時，使分離罐液位保持高位運行（正常液位為180-250mm，實際穩(wěn)定在溢流液位——300mm，保護高液位為330mm）。由于真空泵密封水提供泵軸承冷卻，密封水存在損耗，真空泵分離罐液位的變化說明被汽化的凝結(jié)水量較大。

在機組熱態(tài)功能試驗過程中，凝汽器真空系統(tǒng)處于兩臺真空泵、A列循環(huán)冷卻水泵運行狀態(tài)，并保持凝汽器在4.9kPa.a壓力下運行；根據(jù)試驗安排，啟動B列循環(huán)冷卻水泵后，凝汽器真空迅速降低至3.1kPa.a，主控室立即停運一臺真空泵，最終凝汽器壓力穩(wěn)定在5.3kPa.a。

在機組正常啟動期間，A列循環(huán)冷卻水泵運行，凝汽器抽真空后，將抽氣管線電動隔離閥置于自動控制。按照自動邏輯，B列抽氣管線電動隔離閥關(guān)閉。在隨后的一個小時，凝結(jié)水溫度由41℃降至38℃，凝汽器真空由7kPa.a降至5.5kPa.a；同時，分離罐水位降低，并開始進行間斷補水，說明真空泵抽出的蒸汽變少。結(jié)合凝汽器抽真空系統(tǒng)設(shè)備布置來看，B列抽氣管線電動隔離閥關(guān)閉后，蒸汽在流向A列抽氣管線電動隔離閥時，在A列循環(huán)冷卻水的鈦管區(qū)域被冷卻。蒸汽被冷卻的量加大，冷卻效果變好。

凝汽器抽真空的原理是利用真空泵抽出凝汽器內(nèi)的不凝氣體，使凝結(jié)水在飽和蒸汽壓下，保持良好的真空度。當(dāng)凝汽器壓力下降到一定范圍內(nèi)后，由于凝結(jié)水汽化，水蒸氣占用真空泵抽氣能力，導(dǎo)致真空無法下降。當(dāng)汽化后的水蒸汽大量凝結(jié)后，真空泵入口吸入氣體中空氣份額增加，使真空不斷降低，直至達到真空泵極限能力；同時，凝結(jié)后的水蒸氣區(qū)域，能夠形成與冷卻水鈦管溫度相當(dāng)?shù)恼婵?，并能在提供冷卻水時，長期保持。

4 結(jié)語

結(jié)合以上實例，可以得出結(jié)論——由于凝結(jié)水并未與循環(huán)冷卻水鈦管接觸，冷卻只能通過蒸汽與鈦管的接觸；凝結(jié)水汽化后，冷卻回流，熱量被冷卻水帶走。因此，對于凝汽器抽真空提出幾點建議：1.凝汽器降壓初期，應(yīng)保證抽氣管道通暢，開啟所有抽氣管線隔離閥，使不凝氣體能夠及時排除；2.凝汽器壓力接近額定壓力時，應(yīng)控制凝結(jié)水蒸汽走向，使其經(jīng)過冷卻區(qū)域，冷凝回流，降低凝結(jié)水溫度；3.盡可能多的投入循環(huán)冷卻水，以增加冷卻面積。

參考文獻：

[1]陳濟東.大亞灣核電站系統(tǒng)及運行[M].北京原子能出版社，1998.

作者簡介：

劉高（1989—），男，湖北，助理工程師，大學(xué)本科，水利水電工程，主要從事核電廠常規(guī)島及BOP系統(tǒng)調(diào)試工作。

李斯亮（1990—），男，重慶，助理工程師，大學(xué)本科，核工程與核技術(shù)，主要從事核電廠常規(guī)島及BOP系統(tǒng)調(diào)試工作。

駱真榮（1989—），男，廣西，助理工程師，大學(xué)本科，熱能與動力工程，主要從事核電廠生產(chǎn)準備及運行工作。