除氧器抽汽回路阀门关闭瞬态对核岛热功率的影响分析

梅晓好， 宋放放， 赖强

（1.大亚湾核电运营管理有限责任公司， 广东 深圳， 518124； 2.东方电气集团东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000）

1 前言

核电厂给水系统除氧器主要有以下功能：

（1）向给水泵、 启动给水泵提供连续、 具有一定温度、 流量的含氧量合格的给水；

（2）为给水泵提供足够的有效净吸入压头， 保证给水泵不发生汽蚀， 维持该泵正常运行；

（3）为给水系统提供必要的给水储备容量， 保证在蒸汽发生器给水需求量和供水能力短时间不协调时加以调节；

（4）接收循环中的工质， 如高压加热器的放气和疏水、 蒸汽发生器排污后的凝结水、 除氧器加热源以及低压给水器系统送来的凝结水等：

根据汽轮机不同的运行工况， 除氧器采用不同的加热蒸汽汽源对其内部的水进行加热： 在机组启动时， 利用辅助蒸汽分配系统对除氧器内的水进行加热除氧， 由辅助蒸汽调节阀维持除氧器内压力； 在机组正常运行时， 利用高压缸抽汽（高压抽排汽） 加热除氧， 此时除氧器内压力取决于高压缸的排汽压力； 在汽机脱扣、 甩负荷、 低负荷等瞬态工况下使用主蒸汽维持除氧器压力，以防止主给水泵发生汽蚀。

除氧器抽汽管道上设置有抽汽隔离阀、 抽汽止回阀。 抽汽管道阀门主要功能包括： 防止汽轮机进水以及事故工况下隔离抽汽防止汽轮机超速。其可靠性会影响汽轮机设备的安全， 因此在机组运行期间需要进行阀门定期试验。

在阀门试验以及正常运行期间， 现场出现过抽汽隔离阀关闭后持续一段时间无法打开， 阀门重启后， 除氧器压力降低导致抽汽量增加， 引起核岛热功率超设计基准的现象。

基于上述现象， 有必要详细分析除氧器抽汽回路阀门关闭时对机组功率的影响， 找出最合理的降功率数值。 在进行定期试验或出现关闭瞬态时， 根据分析结果进行机组降功率操作， 以保证机组、 设备以及系统安全。

2 分析思路及计算方法介绍

2.1 分析思路

除氧器抽汽回路阀门在关闭一段时间后又重新打开， 此时若机组电功率不变， 除氧器抽汽量迅速增加， 此种情况下核岛热功率也会迅速增加。为避免出现此处超设计基准的问题， 要对如下3种工况进行分析：

（1）阀门关闭时， 机组额定电功率不变对核岛热功率的影响；

（2）阀门关闭时， 核岛热功率不变对机组电功率的影响；

（3）阀门关闭后重新打开， 核岛热功率不变对机组电功率的影响。

2.2 计算方法

使用一种工程实用且精确度高的“核电厂汽轮机热力系统计算程序” 进行系统热平衡计算。其主要依据汽轮机变工况热力性能特点， 通过建立核电站热力数据库， 采用汽轮机特征通流面积、汽轮机排汽焓值计算法和疏水平衡法等理论进行分析计算。 建立的热平衡图模型如图1 所示。

图1 核电汽轮机热平衡图

3 除氧器抽汽回路阀门关闭各工况计算分析

3.1 除氧器抽汽回路阀门关闭后重新抽汽量计算

除氧器抽汽管道阀门意外关闭后重启， 假设机组功率不变， 除氧器抽汽量增加。

3.1.1 计算说明

将除氧器抽汽管道抽汽口至除氧器之间的阀门、 管道阻力简化为一孔板。 根据机组TMCR 工况参数， 按式（1）计算孔板孔径。

式中， 相关参数说明见表1。

表1 孔板孔径计算

当除氧器抽汽管道阀门关闭冷却一段时间后突然打开时， 计算可通过的最大蒸汽流量。

3.1.2 最大抽汽量计算

根据机组TMCR 工况热平衡图以及给水除氧器系统流程图计算孔板孔径结果见表1。

3.1.3 计算孔板可通过最大蒸汽流量

假设除氧器抽汽管道阀门关闭后， 突然打开，在机组功率不变时， 除氧器抽汽管道可通过最大蒸汽流量见表2。

表2 抽汽流量计算

假设除氧器抽汽管道阀门关闭后突然打开，机组功率不变， 至除氧器的蒸汽流量增加， 除氧器抽汽管道可通过的最大蒸汽流量为125.85 kg/s。

3.2 热平衡计算

针对不同工况采用热平衡计算程序进行热平衡计算。

（1）工况1： 除氧器抽汽管道阀门关闭时， 维持机组额定电功率不变。

机组在额定电功率下运行， 若除氧器抽汽管道阀门关闭， 机组功率仍保持1 086.9 MWe运行，由于系统缺陷运行， 机组所需蒸汽流量增加， 核岛热功率为2 930 MWt， 超过额定热功率。

（2）工况2： 除氧器抽汽管道阀门关闭时， 维持核岛热功率不变。

除氧器抽汽管道阀门关闭， 若保持核岛额定热功率约2 904 不变， 由于至除氧器的加热蒸汽量为零， 进入6 号高加的主给水温度将降低， 相应高压缸至6 号高压给水加热器的抽汽量增加，同时由于机组系统缺陷运行， 机组功率将降低至约1 075 MWe。

（3）工况3： 除氧器抽汽管道阀门关闭后重新打开， 维持核岛热功率不变。

除氧器抽汽管道阀门关闭后稳定在某一负荷运行。 若该抽汽阀门重新打开， 至除氧器的蒸汽流量增加， 根据3.1 节估算该条件下蒸汽流量约为125.85 kg/s。 如果机组电功率保持不变， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 进入高压缸的蒸汽流量也相应增加， 调节阀开度增大， 核岛热负荷也随之增加。 抽汽阀门关闭后重新打开， 若保持核岛额定热功率约2 903 MWt不变， 机组系统缺陷运行，功率将降低至约967.9 MWe。

4 结论

在除氧器抽汽管道阀门关闭及重新打开时，从机组安全角度分析3 种假定工况下的高压缸抽汽、 回热系统， 对比分析详见表3。

表3 机组安全热平衡工况计算结果对比

结合核电厂机组额定工况、 工况1、 工况2、工况3 热平衡图及表2 可知：

（1）工况1， 机组电功率仍保持1 086.9 MWe，由于除氧器抽汽管道阀门关闭， 系统有缺陷运行，该电功率下运行需更多主蒸汽流量， 核岛热功率也增加至2 930 MWt， 核岛已超过额定热功率。

（2）工况2， 除氧器抽汽管道阀门关闭， 为防止核岛超额运行， 将热功率降至核岛额定热功率，系统缺陷运行， 机组电功率降低至1 075.78 MWe。虽然工况2 的核岛热功率没有超限， 但6～7 号高压给水加热器的热负荷分别为额定工况的1.83 倍、1.22 倍， 且6 段抽汽管道的蒸汽流速为37.0 m/s，超过了NB/T 20193（核电厂常规岛汽水管道设计技术规范）推荐湿蒸汽管道流速（20～35 m/s）上限。

（3）工况3， 机组在除氧器抽汽管道阀门关闭条件下运行， 若该抽汽阀门重新打开， 至除氧器的最大蒸汽流量约为125.85 kg/s（该流量为最大极限流量）。 如机组功率维持额定功率不变， 至除氧器的蒸汽流量突然增加， 进入高压缸的蒸汽流量也相应增加， 调节阀开度增大， 核岛热负荷也随之增加。 若保持核岛热功率不变， 机组功率需降低至967.9 MWe。

因此， 从机组安全方面考虑， 当除氧器抽汽管道阀门关闭， 建议将机组电功率降至967.9 MWe， 可避免除氧器抽汽管道阀门关闭后重新开启的瞬态下核岛热功率超过设计值的风险。