王紅福，高鈺文，劉愛明，熊樹欽

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

0 引言

電廠常規(guī)汽輪機熱力性能試驗被廣泛用于技術改造或運行方式指導，適用于不需要最小不確定度的熱力性能指標為目的的場合。通過測量蒸汽、給水和疏水的壓力、溫度、流量等參數(shù)，準確獲得汽輪機的熱力性能數(shù)據(jù)，以進行精確的實際熱平衡計算。目前國內核電廠汽輪機熱力性能試驗多采用ASME PTC 6簡化規(guī)程試驗方法。

隨著夏季的來臨，海水溫度逐漸升高，凝汽器冷卻能力下降，機組出力會逐漸下降。為響應國家提出的節(jié)能減排、降低汽輪機組熱耗率水平、提高企業(yè)競爭力的號召，有必要對運行機組的出力水平進行分析評價。因此本文采用常規(guī)汽輪機熱力性能試驗方法，對某核電公司1號和2號機組的夏季工況出力進行分析和計算，了解機組當前運行狀況，查看機組是否滿足設計保證值要求，發(fā)現(xiàn)機組運行中存在的異常和故障，為提升機組出力提供優(yōu)化建議。

1 夏季機組出力現(xiàn)狀

提取2019年5月初至7月底每日 14∶00-16∶00的機組運行數(shù)據(jù)平均值進行統(tǒng)計分析，得到發(fā)電機出口電功率、核島熱功率隨時間的變化曲線，如圖1所示。

從圖1可以看出，核島熱功率一直維持在設計值的99.5%～100%之間，但機組出力從5月中旬開始逐漸下降，主要原因為5月中旬循環(huán)水溫（海水溫度）達到17.5℃，凝汽器背壓無法維持設計值。隨著循環(huán)水溫進一步升高，凝汽器背壓逐漸增大，凝汽器冷卻能力下降，最終導致發(fā)電機出口電功率逐漸下降。凝汽器背壓、循環(huán)水溫隨日期的變化曲線如圖2所示。

圖1 發(fā)電機出口電功率和核島熱功率隨日期的變化

圖2 機組凝汽器背壓和循環(huán)水溫隨日期的變化

從圖1和圖2中可以看出，發(fā)電機出口電功率與循環(huán)水溫負相關，凝汽器背壓與循環(huán)水溫正相關。通過擬合得到機組出力隨循環(huán)水溫變化的擬合曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 1號機發(fā)電機出口電功率與循環(huán)水溫的擬合曲線

圖4 2號機發(fā)電機出口電功率與循環(huán)水溫的擬合曲線

將發(fā)電機出口電功率測量值的擬合曲線與設計曲線對比，如圖5所示。從圖5可知，發(fā)電機出口電功率與設計曲線變化趨勢一致，且實際值均小于設計值。在循環(huán)水溫較低時發(fā)電機出口電功率與設計值偏差較小，隨著循環(huán)水溫逐漸升高，偏差越來越大。

圖5 發(fā)電機出口電功率隨循環(huán)水溫的變化

2 出力修正計算及分析

2.1 試驗方法介紹

核電廠發(fā)電過程中的熱功轉換是通過水蒸氣的熱力循環(huán)來實現(xiàn)的。蒸汽發(fā)生器、高壓缸、汽水分離再熱器、低壓缸、凝汽器、低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器等一些主要設備及其連接管道構成了核電站二回路主循環(huán)，如圖6所示。

常規(guī)汽輪機熱力性能試驗方法，需要在機組二回路中布置壓力、溫度、流量等測點，測點位置見圖6中標示位置，以保證采集到的試驗數(shù)據(jù)通過計算能夠得到所需要的試驗結果，且計算結果的精度滿足要求。本次試驗為常規(guī)性能試驗，因此較全面性能試驗減少了大量試驗測點的布置。

圖6 核電廠二回路循環(huán)簡圖

2.2 計算公式

機組凈出力可用下式計算［1］：

式中：Wnet為機組凈出力；Wg為發(fā)電機出口電功率；Wexc為勵磁變消耗電功率。

計算中修正系數(shù)可按下式確定：

式中：Ctotal為總修正系數(shù)；Ci為各參數(shù)修正系數(shù)。

修正后的機組凈出力計算公式：

式中：Wcorrected為修正后的機組凈出力；Wnet為測量的機組凈出力。

2.3 試驗計算與分析

為了分析當前夏季工況下機組出力是否滿足設計保證值，提取機組正常運行期間試驗數(shù)據(jù)，通過計算修正到設計工況下進行分析［2］。機組設計工況及保證值如表1所示。

通過數(shù)據(jù)采集得到機組滿功率正常運行2 h的數(shù)據(jù)，通過整理和計算得到熱平衡計算所需的機組運行參數(shù)，如表2所示。

通過修正曲線，對影響汽輪機性能的運行參數(shù)進行修正，包括主蒸汽濕度、凝汽器真空、加熱器疏水端差、補水率、老化、蒸發(fā)器排污、核島熱功率等。修正系數(shù)見表3，修正后的機組凈出力見表4。

表1 機組設計工況及保證值

表2 機組各測點運行參數(shù)

表3 機組凈出力修正系數(shù)

表4 機組凈出力修正值 （MWe）

從表4中可知，1號和2號機組凈出力由運行狀況修正到額定工況及夏季工況時，能夠滿足機組保證值要求。表3中列出1號和2號機組運行參數(shù)的修正系數(shù)，正值是對機組有利的影響因素，負值為對機組不利的影響因素，修正系數(shù)絕對值越大，對機組運行影響越大。其中凝汽器真空、補水率、蒸發(fā)器排污率、核島熱功率對機組影響較大，且產(chǎn)生較大的不利影響。

3 機組優(yōu)化建議

根據(jù)上述修正計算結果可知，在機組運行期間影響機組發(fā)電出力的主要因素有凝汽器背壓、補水率、排污率、核島熱功率、閥門內漏等［3］，由此提出優(yōu)化建議。

3.1 降低凝汽器背壓

設計工況下凝汽器背壓每提升1 kPa，機組凈出力下降12.3 MWe。因此降低凝汽器背壓，對于機組功率的提升非常重要。

3.1.1 降低循環(huán)水入口水溫

循環(huán)水入口水溫與凝汽器背壓成正相關，通過設計曲線可知，循環(huán)水溫達到20℃時，循環(huán)水溫增加1℃，凝汽器背壓增加0.23 kPa，機組凈出力降低2.8 MWe。循環(huán)水溫達到30℃時，循環(huán)水溫增加1℃，凝汽器背壓增加0.4 kPa，機組凈出力降低5 MWe。循環(huán)水溫越高，降低1℃循環(huán)水溫可顯著增加機組出力。調研發(fā)現(xiàn)周邊采用深水取水的某電廠循環(huán)水溫比該核電廠低6℃左右。因此循環(huán)水采用深水區(qū)取水可顯著提高機組出力。

3.1.2 凝汽器真空邊界查漏

根據(jù)凝汽器的結構，對凝汽器真空邊界查漏，找出存在密封不嚴的位置并進行堵漏。3.1.3 對凝汽器傳熱管進行沖洗

機組經(jīng)過長時間運行，凝汽器傳熱管壁內側存在一定的積垢及海生物附著，降低傳熱效率，從而影響凝汽器背壓。建議大修期間對凝汽器傳熱管進行沖洗。

3.2 降低凝汽器補水

設計工況下補水率每提升0.1%，機組凈出力下降0.45 MWe。凝汽器補水是由于二回路水泄漏到外部引起，降低二回路的閥門外漏情況，減少跑冒滴漏的發(fā)生，可顯著降低補水率。建議對二回路的閥門進行查漏，消除明顯的閥門外漏，減少二回路水損失。

3.3 提高核島熱功率

設計工況下其他參數(shù)不變時，核島熱功率每提升1%，機組凈出力上升14 MWe。在保證機組安全的前提條件下，提高核島熱功率可顯著提高機組出力。

3.4 降低蒸發(fā)器排污

設計工況下，蒸發(fā)器排污率每提升0.1%，機組凈出力下降0.45 MWe。蒸發(fā)器排污流量設計范圍為0.061%～0.61%最大蒸汽流量，目前實際排污流量為0.81%，如果排污率減低到0.61%，則機組凈出力可提高0.9 MWe；如果排污率減低到最低0.061%，則機組凈出力可增加3.4 MWe。建議在滿足蒸發(fā)器二次側水質指標要求的前提下，優(yōu)化蒸發(fā)器排污運行方式，降低排污率，提高機組出力。

3.5 降低疏水旁路閥門及凝汽器旁路閥門內漏

疏水旁路閥、凝汽器旁排閥泄漏會使本來用于做功的水及蒸汽直接進入凝汽器中，這部分熱量被循環(huán)水帶走，直接損失很大。另一方面，由于高溫水及水蒸氣漏入凝汽器中，會增加冷凝器熱量，影響凝汽器背壓，進而影響機組出力。

3.5.1 降低蒸汽和抽汽管線的疏水器旁路閥泄漏

建議對主蒸汽管線、抽汽管線的疏水器旁路閥進行查漏，降低閥門泄漏量，并消除疏水器液位高誤報警信號引起的閥門誤開情況。

3.5.2 降低應急疏水旁路閥泄漏率

系統(tǒng)疏水如果走應急旁路進入凝汽器，會使疏水熱量未被完全利用就被循環(huán)水帶走，引起主給水溫度降低，從而影響機組出力。建議對低壓加熱器、高壓加熱器、汽水分離再熱器等主要熱力設備的應急疏水旁路閥進行查漏，降低閥門內漏。

3.5.3 降低凝汽器旁排閥泄漏

凝汽器旁排閥管道較粗且介質為高溫蒸汽，對電功率影響較大。建議對凝汽器旁排閥進行查漏，降低閥門內漏。該閥門內漏量不容易測量，但一般可以定性說明泄漏量大小，閥后溫度越高，閥門內漏越大；閥后溫度越接近凝汽器溫度，閥門密封性越好［4-5］。

4 結論

本文采用了常規(guī)汽輪機性能試驗方法，在機組二回路上布置壓力、溫度、流量等測點，通過采集的數(shù)據(jù)對汽輪發(fā)電機組進行分析和計算。

1）分析了當前機組夏季工況下的實際運行狀況，發(fā)電機出口電功率與設計值變化趨勢一致，但存在一定的偏差。

2）通過修正計算，證明了當前機組運行狀況滿足保證值要求。并根據(jù)修正計算結果，對凝汽器背壓、補水率、排污率、核島熱功率、閥門內漏等方面給出了優(yōu)化建議，為機組出力潛力挖掘提供參考和思路。

第5個全民國家安全教育日活動主題：堅持總體國家安全觀，統(tǒng)籌傳統(tǒng)安全和非傳統(tǒng)安全，為決勝全面建成小康社會提供堅強保障。