基于AP1000核电厂常规岛的性能试验研究

2022-10-10杨志行富学斌府冬明金轶风王宝森杨光辉

黑龙江电力 2022年4期

杨志行，富学斌，府冬明，金轶风，王宝森，杨光辉

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030)

0 引言

AP1000核电技术是中国第三代核电自主技术，引进消化吸收再创新和自主创新，为推进中国核电产业技术水平的整体跨越，实现第三代核电AP1000的自主化、批量化建设打下了坚实的基础。AP1000核电机组常规岛是三菱公司和哈电集团联合生产，由汽轮机发电机组及其有关二回路和附属设备组成。因此，针对首台核电AP1000机组通过开展性能试验，掌握其性能指标，对核电机组的生产管理有重要意义。

该文对AP1000核电机组常规岛性能试验方法进行了说明，对基于凝结水流量及给水流量两种测量方式得出的结果进行对比分析，为核电机组的性能试验测试方法的选择提供参考。

1 性能指标的计算方法

1.1 二回路热力循环简介

二回路热力循环，是指蒸汽发生器中二回路的主蒸汽通过主蒸汽管道进入汽轮机高压缸膨胀做功，做功后的高压缸排汽通过两个汽水分离再热器之后再进入3个低压缸继续膨胀做功，汽水分离器高压缸排汽中的水分，通过两级再热器对蒸汽进行再热到过热状态，低压缸做功的乏汽进入主冷凝器进行冷凝。最后，通过低压加热器、除氧器和高压加热器进入蒸汽发生器中产生蒸汽，如此往复，实现二回路热力循环。

1.2 两种基准计算方法

目前，国内外汽轮机组的热力性能试验，普遍采用的标准是ASME PTC6—2004《汽轮机性能试验规程》。标准中规定，若验收试验各方没有预先的书面协议，机组性能验收试验一般建议首选采用测量主凝结水流量的全面试验方法[1]。

由于有时供货范围的原因，凝结水流量喷嘴由汽轮机生产厂家供货，给水流量测量装置由核岛供货商提供。因此，考核汽轮机性能时，制造厂往往更倾向于采用凝结水流量作为基准流量，考核核蒸汽供应系统(nuclear steam supply system，NSSS)热功率时，核岛供应商更倾向用自己的给水装置计算。现将两种测量方法进行比较。

1.2.1 给水流量为基准的性能计算

给水流量基准计算是以直接测量的给水流量为基准来进行。

1)汽轮机进口蒸汽流量计算

GT=GFW-GSGB-GLF-GMU

(1)

式中：GT为汽轮机进口蒸汽流量，kg/h ；GFW为给水流量，kg/h；GSGB为连续排污流量，kg/h；GLF为主蒸汽管线漏泄流量，kg/h；GMU为补水流量(系统不明漏量)，kg/h。

2)NSSS热功率计算

Pn= (GTHT-GFWHFW+GSGBHSGB)

/3 600 000

(2)

式中：Pn为NSSS(核蒸汽供应系统)热功率，MW；HT为汽轮机进口蒸汽焓，kJ/kg；HFW为给水焓，kJ/kg；HSGB为蒸汽发生器连续排污焓，kJ/kg。

3)补水计算

GMU=GMUH+GMUD+GMUF

(3)

式中：GMUH为凝汽器水位变化折算的漏泄流量，kg/h;GMUD为除氧器储水箱水位变化折算的漏泄流量，kg/h;GMUF为流量计实测的系统补水流量(正常为零)，kg/h。

4)汽轮发电机组净功率的计算

Pnet=Pg-Pexc

(4)

式中：Pg为在发电机出线端测的电功率，kW；Pexc为供给静态励磁系统的电功率， kW。

5)出力修正计算

(5)

式中：Co2为主蒸汽湿度修正系数；Co3为真空修正系数；Co4为补水率修正系数；Co5为老化修正系数；Co6为SG排污率修正系数；Co，Ф为NSSS热功率修正系数。

6)汽轮机第一级进汽压力修正计算

(6)

式中：p1st,mes为第一级进汽压力测量值，Cp1为主蒸汽压力修正系数；Cp2为主蒸汽湿度修正系数；Cp3为补水率修正系数；Cp4为SG排污修正系数；Cp，Ф为NSSS热功率修正系数。

7)最终给水温度修正计算

(7)

式中：TFW,mes为最终给水温度测量值；Cf1为主蒸汽压力修正系数；Cf2为主蒸汽湿度修正系数；Cf3为补水率修正系数；Cf4为SG排污修正系数；Cf,Ф为NSSS热功率修正系数。

8)试验热耗率(HR)计算

(8)

9)修正热耗率(HRcor)计算

(9)

式中各修正系数的数量和种类，由汽轮机组供应商的承包范围大小决定。当设备不是汽轮机组供应商供货，其性能试验时就会要求对相应设备的对应参数进行修正,例如加热器需要对其抽汽压损和端差进行修正。

1.2.2 凝结水为基准计算

凝结水量计算基准是以凝结水测量为基准，推算给水流量，如图1所示，计算式各量含义见表1，其他性能指标的计算方法同式(1)～(9)一致。

图1 用凝结水流量推算给水流Fig.1 Calculation of feed water flow with condensate flow

表1 计算用量定义Table 1 Definition of calculation quantities

1)除氧器的质量平衡

GCE=GC+GEXT+GMSD+GHPD+GMUD

(10)

凝结水流量采用喷嘴测量，湿气分离器疏水流量和高加疏水流量采用孔板测量。而除氧器抽汽为湿蒸汽，不能直接进行测量，而是需要通过除氧器的能量平衡计算得出。

2)除氧器的能量平衡

GCEHCE=GCHC+GEXTHEXT+

GMSDHMSD+GHPDHHPD+GMUDHCE

(11)

3)至蒸发器的给水流量

GFW=GCE+GFPI-GFPE

(12)

以凝结水为基准的计算方法与以给水流量为基准的计算方法有所不同。

1.3 两种基准计算方法比较

从凝结水为基准的计算中可以看出，以凝结水流量推算给水流量，比直接测量给水流量需要用到一些辅助流量的测量(用孔板)，还需要测量一些介质的压力、温度来计算其焓值，还有一些小流量需要用设计值，由此势必将增大结果的不确定度。

凝结水流量基准使用的测点要比给水基准的多，因此其试验成本要高于给水流量基准的成本，计算过程也比给水流量基准的繁琐，如果设计有检查孔，能够在试验前、后进行检查确认流量元件没有明显的或可测出的变化(安装前进行校验)，其获得的给水流量不确定度优于采用凝结水流量推算的给水流量[2-3]。因此，机组检修前、后的性能试验使用给水基准既经济又方便。

ASME PTC6—2004中推荐的是使用低β值喉部取压喷嘴，文中汽轮机组制造商使用的是ASME PTC6—2004推荐的喷嘴测量凝结水流量来推算结果，核岛制造商是使用本国生产的超声波流量计直接测量给水流量[4-5]。给水流量和凝结水流量测量设备来自不同的制造商，进行机组考核试验时，主流量基准不能取得一致时，通常多按照各自的流量测量设备分别试验，下面就两种基准得出的数据进行比较。无论采取哪种主流量为基准计算机组的性能指标，其主要因素都集中在边界条件修正上面。作为核岛的制造商希望自己测量出来的给水流量更靠近或超过设计值，以便能达到NSSS热功率设计目标；而常规岛汽轮机组的制造商则更希望凝结水推测出的给水流量距离设计值有一段偏差，以便能有更大的修正空间，来达到汽轮机组的设计出力。

2 机组性能分析

2.1 试验数据分析

性能试验在额定工况下进行，试验进行两次，一次正式试验(test1)，一次重复性试验(test2)。主要试验数据及各修正参数对热耗率的影响结果见表2、表3。

表2 试验主要数据Table 2 Main test data

从表2中可以看出，两次额定工况性能试验的主要数据偏差较小，由于海水温度等客观原因引起机组真空与设计值之间有1.8～2.0 kPa的偏差，是导致发电机出口功率的实际值与设计值偏差20 MW的主要原因。

表3中数据，机组试验真空比设计真空高1.827 kPa，使机组热耗率升高195.427 kJ/(kW·h)。NSSS热功率3 401.793 MW，比设计值3 415 MW低13.207 MW，使机组热耗率升高42.24 kJ/(kW·h)。从表3中可以看出，机组真空和NSSS热功率偏差是影响机组热耗率升高的主要原因。

表3 各修正参数对热耗率的影响Table 3 Influence of correction parameters on heat rate

2.2 试验结果

以凝结水流量基准和给水流量基准进行试验测量，分别对机组进行额定工况出力、SCR工况的出力、第一级进汽压力、最终给水温度四项测试，其两组性能指标见表4、表5 。

表4是以凝结水流量为基准计算机组各性能指标。

表4 凝结水流量基准计算结果Table 4 Calculation results of condensate flow benchmark

表5是以给水流量为基准计算机组各性能指标。

表5 给水流量基准计算结果Table 5 Calculation results of feedwater flow benchmark

从表4和表5中可以看出，两种基准的各性能指标修正后均优于保证值。

在凝结水流量基准下test1和test2的额定工况修正后出力偏差为0.11%，在给水流量基准下test1和test2的额定工况修正后出力偏差为0.08%，根据ASME PTC6—2004中规定，重复性试验结果在0.25%的偏差内，就算两次试验合格，因此，两种基准试验均合格。另外，test1中凝结水流量基准和给水流量基准的额定工况修正后出力偏差为0.22%，test2两个基准的额定工况修正后出力偏差为0.24%。可以看出，对本试验样本来说，即使不同的主流量基准计算出的偏差也比较小，说明两个基准的计算结果的准确度较好。