核电汽轮机MS R疏水及排汽系统设计说明

2014-04-16王萍陈昭芳

机械工程师 2014年1期

关键词：热器控制阀水箱

王萍，陈昭芳

（1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046；2.中国船舶重工集团公司第七〇三研究所，哈尔滨 150078）

0 引言

与火电汽轮机进汽介质为过热蒸汽相比，核电汽轮机蒸汽的主要特点是：大量的流体介质都是饱和蒸汽，汽、水混合物或是饱和水。因此设计核电汽轮机MSR系统时，必须考虑两相流对管道、阀门等产生的影响，必须用双向流动的理论和实践来设计疏水系统。

实践证明，MSR疏水及排汽系统中的故障都与系统的选择、估算和布置有关。为保证该系统安全、可靠地运行，必须对系统设备有充分的了解。现以某电站为例，进行详细的说明。

1 MSR加热蒸汽管线

MSR采用两级再热方式，高压缸抽汽作为第一级加热蒸汽汽源，不需要调节阀进行调节，仅配置了逆止阀和有隔离作用的电动阀。因此该管道的设计压力取相应抽汽点蒸汽压力的1.1倍，最大工作温度取相应压力下的饱和温度。

来自核岛的主蒸汽作为第二级加热蒸汽汽源，设置了温度控制阀组，分别为预热阀、温度控制阀、旁路阀，配置预热阀的管线上应设置孔板，以减少对管束的热冲击。该管道的最大工作压力取自核岛反应堆蒸发器设计压力的1.1倍，温度为相应压力下的饱和温度。

2 MSR疏水及扫汽系统设计

MSR疏水系统分为壳体疏水箱、低压再热器疏水箱和高压再热器疏水箱，分别有自己独立的汽平衡管，以保证疏水通畅。为得到正常的水位控制，疏水箱在正常液位时的水量能停留大概30s左右。当一级再热器停运时，如果二级再热器恢复正常运行，二级再热器疏水量约为正常疏水量的2倍，因此设计疏水箱时，其容量按最大热平衡疏水量的2倍选取。

每台疏水箱分别设有正常和紧急疏水管路。从疏水箱至加热器或冷凝器的疏水管道，其流速取1～1.2 m/s。管路上设置的常位和高位控制阀分别与疏水箱上设置的液位变送器联锁。正常运行时，疏水排至加热器；液位升高时，高位控制阀打开，排至冷凝器，直至疏水箱高液位回落至正常液位后，高位控制阀关闭。二者的容量均按最大计算疏水量进行计算，也就是按照阀全开时通过130%的流量进行计算，因此均能满足运行要求。阀门均设有阀位反馈装置。常位控制阀在三失状态（失气、失电、故障）设为失效关，高位控制阀在三失状态（失气、失电、故障）设为失效开。要注意的是：如果一只阀失灵而开启，则含有高速弹状水的蒸汽就可能通过疏水管道被送到附近的冷凝器，在设计接管时要考虑上述可能性。

为避免控制阀进口出现两相流，阀门布置时必须先竖直向下，再水平布置，使增大的静压头足以克服沿途管道的损失。鉴于阀后两相流引起的管道振动、噪音、对管道的冲蚀，建议阀后管道选用不锈钢材料。

给水加热器和疏水箱间的逆止阀的功能，是用来阻止流体从加热器反流到疏水箱。在机组解列或甩负荷时，能最大限度地减小逆向闪蒸。由于疏水为饱和水，且与加热器压力的压差不大，因此该系统中所有逆止阀的运行条件都是极为苛刻的，因而也易失效。应设置限位开关或加装电磁阀。

MSR再热器管子冷凝水的过冷会导致出口段的管子和焊缝开裂，引起运行故障，影响换热效率，因此要用扫汽将冷凝水充分排出，以降低过冷度。在管束处设置蒸汽和疏水温度测点，通过调节排汽管路上的Y型阀的开度，使得蒸汽温度和疏水温度近似相等，保证疏水被充分排出。

3 疏水泵设计及保护

疏水泵采用单级、单吸、卧式离心泵，由交流电机驱动。根据泵进口侧设备的静压（疏水箱）及管线系统的压力降，计算出进口侧介质的压力，也就是吸入压力；根据泵出口侧设备（除氧器）的静压及管线系统的最大压力降，求出出口侧介质的压力，即输出压力。进、出口侧介质的压力差即为泵所需的压头。在计算时，疏水箱的液位应取低—低液位。为避免泵进口流体出现两相流，因此要求系统有效气蚀裕量与装置必需气蚀裕量之比不小于1.8。同时在疏水泵的出口设置了最小流量控制阀，当泵的出口流量小于其额定流量的25%时，该控制阀始终处于开启状态；当大于额定流量的25%时，该控制阀关闭，以保护疏水泵，防止温度过高引起泵跳闸。