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某核电机组汽机轴封系统改进方案研究

2018-01-04李继兵桑钱锋

科技视界 2018年25期
关键词:跳闸核电机组改进

李继兵 桑钱锋

【摘 要】某核电机组汽机轴封系统在机组联调期间频繁出现跳闸的现象。为保证汽轮发电机组运行的安全稳定,本文从出现频繁跳闸的原因入手,对机组联调期间采取的措施进行介绍,并重点对其它可实施的改进措施进行分析,以期提供多种解决方案,后续从根本上解决轴封系统频繁跳闸的问题。

【关键词】核电机组;轴封系统;跳闸;改进

中图分类号:TK228 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2018)25-0028-002

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.012

【Abstract】The gland seal system used in a nuclear power plant was frequently tripped during the unit start-up.In order to ensure the safe and stable operation of Turbine generator set,some measures were adopted based on the reason of trip defect of the gland seal system.And in this text, some other improvement measures were analyzed intensively , which can provide the solution for trip defect of the gland seal system and the issue can be solved fundamentally.

【Key words】Nuclear power plant; Gland sea systeml; Trip; Improvement

0 引言

轴封系统[1-2](CET)是保障汽轮机安全运行的重要系统,在正常运行中轴封系统能防止空气由大气漏人汽机或蒸汽由汽机漏入大气,凝汽器保持真空状态时需要保持轴封供气。若失去轴封系统,会造成热力效率的损失,同时还会导致轴承热力分布不均,汽轮机设备无法安全运行等多种运行问题[3-4]。

某項目采用CET系统流程示意简图如图1,其轴封蒸汽源采用了辅助蒸汽(SVA)单汽源,在机组启动和低负荷范围内,通过供汽控制阀(CET051VV)向轴封母管供应轴封密封蒸汽。随着负荷的增加,从高压缸轴封漏入的轴封蒸汽母管的蒸汽量也增加,当漏气量满足低压缸轴封密封压力要求时,机组进入自密封状态,供汽控制阀关闭,防止密封蒸汽母管中压力升高,同时排汽控制阀打开(CET5051VV),将过量蒸汽排入凝汽器。当蒸汽母管压力低于设定值时,汽封供汽调节阀打开,以保证汽封母管压力在正常范围内。

图1 某核电机组CET系统简图

1 CET频繁跳闸问题说明及原因浅析

在CET1051VV自动投运之后,调试人员发现CET1051VV阀前压力波动大,经常导致CET1051VV反复启闭,轴封系统无法顺利自动投运,该现象在机组执行瞬态试验时尤为明显。CET跳闸的情况会使轴封系统随着散失,在该状况下调试人员只能现场进行手动干预,存在响应较慢的问题。

该问题发生的原因主要在于设计单位与厂家的接口问题。该项目最初厂家所给的设计文件对轴封汽源有严格品质控制要求:即压力在3.0bar.g~7.0bar.g,蒸汽过热度5K,温度小于193℃。而SVA汽源为约4%湿度的饱和蒸汽(1.2Mpa.a;188℃),经过调节阀SVA311VV降压后,辅助蒸汽压力降至6.5bar.a(162℃;3%湿度),降压后仍不能满足CET对汽源品质要求。

另由于CET管道内压力波动较大,在系统自动调节过程中SVA311VV与CET1051VV两个调节阀同时动作,由于两个阀门之间管道容积有限(DN150mm,长度约2m),压力变化缓冲能力有限,在轴封系统快速投用时,导致CET调节阀前压力波动较大,当压力不满足3.0bar.g~7.0bar.g逻辑限制范围,导致CET2001NP(CET1051VV的调节控制器)跳闸,调节阀被闭锁,当压力条件满足时阀门再次打开,导致阀门多次频繁动作。

2 CET频繁跳闸问题现场改造方案简介

2.1 调节阀PID参数优化

上节已经提到,CET系统采用的是两个调节阀(SVA311VV及CET1051VV)共同调节。为保证两个阀门共同调节的效果,调试人员在调试过程中对两个阀门的PID参数进行调节,将CET1051VV的响应速度适当调慢,而将SVA311VV的响应速度加快,最终使得两个阀门的响应可以匹配,此方法可以一定程度上减少瞬态工况CET管道内的压力波动。

2.2 供汽管路加装电加热器

在厂家的文件中明确规定有着5K蒸汽过热度的要求,此过热度要求直接作为CET1051VV开启的闭锁条件,即在机组低功率工况下,如辅助蒸汽供汽在不满足过热度要求的话,CET1051VV无法开启,即无法利用辅助蒸汽(SVA)提供CET密封蒸汽,汽轮发电机组将失去轴封蒸汽保护。

为满足蒸汽的过热度要求,可以采取对供汽管道内的蒸汽再加热的方法,再加热可以通过加装适当功率的电加热器来实现。如图2所示,为了保证厂家要求的5K过热度要求,启机前现场在SVA311VV调阀前增加了一个加热器。

图2 SVA311VV前加加热器示意图

在增加加热器后,可以将进入CET1051VV前的蒸汽提前进行加热处理,经现场验证能够达到5K的过热度要求,从而满足该阀门的开启条件。

2.3 蒸汽过热度优化

设计蒸汽过热度的目的是为了避免蒸汽管道中疏水进入汽机内,造成轴端汽封损坏,严重时会造成机组动静部件磨损、大轴弯曲或水冲击,会造成机组安全受到冲击,从而降低机组的运行寿命。

在实际运行过程中,由于本身SVA的蒸汽即为带有一定饱和度的饱和蒸汽,完成暖管后蒸汽中不会带有疏水。因此在考虑蒸汽过热度时可以适当进行优化,将过热度的裕量适当降低,一方面依然可以保证一定的过热度,不会导致轴封供气带水的情况;另一方面将过热度降低可以使过热度在机组运行时更容易满足,减少轴封蒸汽供汽阀门闭锁的可能性。现场实际将蒸汽过热度由5K降低为1K,在更改的初期,对各种工况下,轴封蒸汽管道的疏水情况均进行定期检查,结果表明,过热度更改后不会造成轴封辅助蒸汽供汽中含有疏水,而造成对于汽机的伤害。

2.4 CET1051VV前管道冷态备用

实际在机组启动过程中投运CET(或CET意外停运后再次重新自动停运)时发现:尽管已经加装并投运了加热器,但在投运CET后发现CET1051VV还是会因为过热度小于1K而被闭锁开启,导致CET无法投运或者意外停运后无法自动重新投运。

造成该问题的原因主要是:由于CET1051VV开启前,前面管道内的SVA蒸汽长时间处于无法流动的状态,这种状况下加热器处于自身防止干烧等损害等的保护,会自动停运,又会造成蒸汽的过热度不满足。

为解决现场投运时出现的这个问题,现场采取投运前将CET1054VV(CET1051VV的手动旁路阀,参见图2)手动开至一定开度(根据后面机组运行的实际经验,一般开度置为15%-20%),保证管道内蒸汽的长期流动性,加热器一旦具备投运条件后,即满足CET1051VV开启的条件,轴封系统可以顺利投运。在高功率平台时,也始终保持旁路阀CET1054VV的开启,一旦机组进行瞬态试验或进行突然降功率操作,辅助蒸汽一路可以迅速投运,而不受过热度的闭锁条件制约,即实现CET1051VV阀前管道冷态备用。

该方案实现较为方便,并能很好地解决现场过热度的需求及辅助轴封蒸汽管道冷态备用的问题,但同时也存在以下的缺点:一方面在初始投运阶段,由于手动开启CET1054VV,必将导致一部分不满足品质要求的蒸汽进入轴封;另一方面,机组高功率运行时,按设计使用高压缸漏入蒸汽作为轴封蒸汽汽源,此时CET1054VV的开启必然造成辅助蒸汽的部分浪费[5]。

3 其余改造方案的可行性分析

现场为保证CET轴封系统快速自动投运的要求,采取了上述的多种手段,目前将轴封调节阀旁路 阀CET1054VV手动打开,同时加热器一直投用,保证轴封母管的热备用,此方案可能造成轴封母管蒸汽温度偏高、旁路阀小流量长期使用影响其寿命的缺点。

同时由于采用双阀控制,尽管已对阀门PID进行了调节,但在瞬态工况仍不可避免出现双阀调节紊乱的现象。

针对以上现状,本文将提出以下改进方案,以供后续机组进行改造使用。

3.1 取消过热度限制

厂家增加过热度的限制主要是保证进入轴封的是饱和蒸汽,防止有水进入,造成对汽机内部的损伤[6]。若能保证进入轴封的蒸汽已充分进行疏水是可以忽略过热度的要求的。因此建议在轴封供气母管(SVA管道)及轴封母管的最低点增加疏水装置,以保证在加入蒸汽中存在疏水的情况下可以将疏水全部带走,旨在保证最终进入轴封的蒸汽式完全饱和的。在此条件下可以取消过热度的限制,甚至可以取消加热器。

取消过热度的限制后,可以满足正常的CET启动条件,因此也不需要常开手动旁路阀。此方案存在的风险即无法在理论上保证完全去除蒸汽中的疏水,因此该方案还需进一步研究。

3.2 增加启动旁路

考虑到取消过热的方案的难度及CET1051VV阀前管道增加伴热带的,可以采用增加启动旁路的方式来解决系统冷备用无法自动启动的问题。

增加启动旁路思路为:在CET管道上增加一路直接排冷凝器的启动旁路,功能同CET1054VV,即在低功率阶段一直保持其开启,以保证机组进行状态变化时(轴封由自密封转为SVA提供蒸汽),轴封蒸汽管道内一直有蒸汽处理流动状态,从而加热器能保持投运,过热度等蒸汽参数均能保证系统投运要求,即CET1051VV一直处理热备用状态,即需要利用辅气供轴封时能立即投运CET1051VV。

考虑到运行过程的经济性,增加的启动旁路一直开启的话会导致部分蒸汽连续排向冷凝器,势必会造成一部分的蒸汽损失。因此在此启动旁路应设置一电动隔离阀,并设置相应逻辑:在超过一定功率(如40%PN,轴封采用自密封)时阀门自动关闭,而功率降至一定负荷(也可按40%PN),阀门打开,实现上述提及的冷备用功能。

3.3 系统内采用单阀控制

SVA311VV和CET1051VV共同调节时难以避免调试紊乱的问题。产生双阀控制的根本为系统设计时未能统筹考虑厂家与设计院之间的功能需求。因此建议后续进行系统设计时能充分考虑双方的接口,取消一个调节阀,采用单阀控制的思路,能在根本上避免双阀控制造成的系统内的压力波动。

4 结论

本文对某核电机组轴封系统出现频繁跳闸的问题进行简介及原因分析,并对现场为解决该问题采用的相关手段进行了介绍及效果分析。除此以外,对其它相关的可行性方案如取消过热度、增加启动旁路、采用单阀控制的改进方案也一并进行相应的说明,供后续系统继续改造时使用,以期能彻底对轴封系統出现频繁跳闸的问题。

【参考文献】

[1]曹智强.轴封蒸汽电加热器在国产联合循环汽机辅助系统配置中的作用,热力透平,2003,No 4:254-257.

[2]王犇.某核电厂汽轮机低压转子膨胀异常分析与处理, 2018,No 3:144-146.

[3]戎朝阳.1000MW 超超临界汽轮机轴封汽温控制,发电设备,2010,No 4:261-264.

[4]张鹏.西门子1000MW超超临界汽轮机防止汽封抱轴的分析与处理,应用能源技术,2010,No 10:9-11.

[5]胡娜.AP1000核电机组辅汽及轴封供汽汽源综合经济改造,能源研究与管理,2017,No 4:105-108.

[6]罗吉江.AP1000核电汽轮机轴封系统调试,热力透平,2017,No 4:298-301.

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