高俭 GAO Jian 雷超 LEI Chao 魏大明 WEI Da-ming 曹宇 CAO Yu 杜坤 DU Kun 胡启帅 HU Qi-shuai 杨松 YANG Song 李淼 LI Miao

摘要： 柴油发电机组作为反应堆安全系统，柴油机作为备用电源在发生失电事故时系统启动运行为反应堆设备提供可靠的控制、动力电源保证反应堆安全停堆。冷却水系统作为柴油发电机系统重要组成部分，在系统运行时为系统提供冷源，保证机组安全稳定运行，在机组备用期间起到预热作用，保障机组处于随时可用状态。冷却水系统故障会造成机组启动困难、运行不稳定，影响反应堆的安全。本文通过对冷却水系统原理及设备功能进行分析，给出相应问题处理方案并实施，消除了冷却水系统故障，恢复了机组功能，为反应堆安全稳定运行提供了有力保障。

Abstract： The diesel generator set is used as the reactor safety system and the diesel engine is used as the standby power supply. In case of power loss accident， the system starts and operates to provide reliable control and power supply for the reactor equipment and ensure the safe shutdown of the reactor. As an important part of the diesel generator system， the cooling water system provides a cold source for the system during system operation， ensures the safe and stable operation of the unit， plays a preheating role during the standby period of the unit， and ensures that the unit is available at any time. The failure of cooling water system will lead to difficult startup and unstable operation of the unit， and affect the safety of the reactor. This paper analyzes the principle and equipment function of the cooling water system， gives the corresponding problem treatment scheme and implements it， eliminates the failure of the cooling water system， restores the unit function， and provides a strong guarantee for the safe and stable operation of the reactor.

关键词： 反应堆;高温冷却水;柴油发电机组;热备

Key words： reactor;high temperature cooling water;diesel generator set;hot standby

中图分类号：TM623                  文献标识码：A                  文章编号：1674-957X（2021）22-0153-02

0  引言

应急柴油发电机组是反应堆的重要组成部分，其作为应急电源，承担着在出现全厂区正常电源丧失情况下接到启动信号后立即启动且能完成重要安全设备带载，具有保障设备安全稳定运行的安全功能。冷却水系统主要功能是用于控制柴油机的工作温度和驱散多余的热能[1]。机组的冷取水系统主要由高温水循环系统、低温水循环系统和膨胀水箱/补充回路组成。高、低温水循环系统通过各自系统的输送泵保障流体介质在柴油机和热交换器重循环流动带载多余的热量，而膨胀水箱、补水系统主要是对循环冷却水的水質进行化学处理，以避免由于水质引起的柴油机零部件的结垢和腐蚀情况发现，同时补充由于蒸发而减少的水量。在机组热备工况下发现机组高温冷却水水箱液位异常上升溢流、冷却水预热温度不满足系统启动要求影响机组启动运行。柴油发电机组启动性能与环境温度有关，尤其对核电机组，要求机组在任何时候都能正常启动，并在最短时间内逐级加载到全负荷[2]，定期试验期间发现机组高温冷却水进机压力异常，无法有效导出机组热量导致机组异常停机，严重影响机组安全稳定运行，本文通过对冷却水系统原理及设备功能进行分析，给出相应问题处理方案并实施，有效解决机组冷却水系统问题。

1  冷却水系统简介

机组冷取水系统主要由高温水循环系统、低温水循环系统和膨胀水箱/补充回路组成。本文主要讨论高温冷却水循环系统。冷却水成分为90%的去离子水加上10%的乙二醇、50±15mg/L的钼酸钠、250±20mg/L的磷酸钠，高温冷却水循环系统由：机带高温水泵、电加热器、高温水预热泵、风冷器散热器、高温水膨胀水箱、加药泵、机组高温水恒温阀、高温水管路、控制系统等组成。机组高温水循环水路在机组运行和热备过程中分为两条不同的路线。热备期间机组冷却水由电加热器加热经高温水预热泵进入机组对机组进行预热。在机组运行期间加热器、高温水预热泵停止工作，机组高温冷却水经过机带高温水泵冷却机组后进入风冷散热器冷却水后从新进入机组工作。机组热备与运行冷却回路通过机组恒温阀实现切换工作。

机组热备期间高温冷却水加热温度设定为水温低于55℃加热，冷却水水温高于65℃停止加热，热备期间机组高温水进机压力范围为0.5bar-1.0bar。恒温阀工作温度为75℃-83℃，工作压力范围为2.5bar-3.5bar。

2  高温冷却水循环系统故障

运行人员在机组热备期间巡视发现：①在环境温度0℃-20℃时机组高温冷却水水温维持于40℃-45℃之间不满足机组热备设定温度55℃-65℃，在环境温度25℃-30℃时，机组水温满足设定温度;②热备过程中高温膨胀水箱液位上升，严重时溢流至加药水箱;③机组定期检查运行期间出现高温水超温停机事件（机组高温冷却水水温>95℃），同时伴随高温膨胀水箱液位上升。

3  高温冷却水循环系统故障分析

高温冷却水系统存在三项问题：①机组热备期间高温冷却水膨胀水箱液位异常问题;②机组运行期间高温冷却水超温事件;③预热温度不满足设定要求。

3.1 机组热备过程中问题分析

在机组热备过程中，高温水经过高温水电加热器加热后通过换热器加热润滑油，加热后的高温水与润滑油一起进入机组，对机组起到预热作用，使机组始终处于热备状态。核查机组电加热器运行状态，机组电加热器功率为24kW，通过查证设计文件电加热器功率满足机组热备要求，现场投用机组热备，检查加加热器运行电流电压均正常，冷却水出口压力正常，检查各设备状态发现高温膨胀水箱、风冷散热器冷却水温度在热备期间出现上升，温度稳定于40℃-45℃，图1为机组内部高温冷却水图。

结合图1分析热备过程，在机组热备期间冷却水由G3口进入加热汽缸套、空冷器过机带高温水泵后回至G1口最终回到G3口形成一个闭合循环回路。在该循环回路中高温冷却水膨胀水箱起到补水稳压角色，不直接参与加热循环，风冷散热器不进入循环路线中，恒温阀B、C口均处于关闭状态。

因高温膨胀水箱、风冷散热器冷却水温度在热备期间均出现上升情况，说明部冷却水进入到了高温膨胀水箱、风冷散热器中通过分析图1若恒温阀C出口开启热备时冷却水经G2口进入到风冷散热器中使风冷散热器温度上升，且增加了热备期间加热冷却水的水量，按正常热备冷却水路线可得，电加热器只对机组内冷却水进行加热，若恒温阀故障，电加热器加热范围扩大为机组内部冷却水，风冷散热器内部冷却水，如此会导致热备期间冷却水温度低于设定温度。

高温冷却水膨胀水箱液位异常上升说明有水进入水箱中，高温冷却水膨胀水箱与整个冷却水回路只有两个接口：①补水接口;②蒸汽膨胀接口。预热过程中冷却水只能通过蒸汽膨胀接口、补水接口处进入水箱，高温冷却水水箱温度上升。

但热备过程中水箱温度上升的同时伴随这冷却水液位上升问题而机组热备过程中冷却水的循环动力完全由高温水预热泵提供，当热备工况稳定后高温膨胀水箱液位应保持不变，而水箱出现液位上升情况说明管路中出现堵塞情况，现场对系统管路进行检查发现在热备情况下当水箱出现液位上升时，手动拧松风冷散热器两端与膨胀水箱蒸汽排气管连接处后，管道会有大量气体排出，在排气过程中高温水膨胀水箱液位开始下降。说明机组蒸汽排放管路出现堵塞，在热备过程中产生的水汽无法正常及时排除，将设备内冷却水憋回水箱导致水箱液位上升，同时高温冷却水水箱温度上升。

通过对问题分析可得出两项结论：①机组恒温阀出现故障;②机组蒸汽排放管路出现堵塞。

3.2 机组运行中故障分析

在机组运行期间出现高温冷却水超温停车事件，在反复多次试验中同样出现了超温停车，在试验过程中发现机组运行期间，高温冷却水压力瞬间出现波动，压力急剧下降由3.1bar降至1.6bar，同时高温冷却水膨胀水箱液位出现上升。出现压力下降则说明冷卻水流量减少，机组运行过程中冷却水动力由机带高温水泵单泵提供，机带高温水泵运行与机组主轴转动情况相关，机组转速稳定时机带高温水泵正常运行，高温冷却水膨胀水箱液位出现上升说明进入水箱水量大于流出水箱水量，冷却水水量减少冷却能力下降，导致机组超温停机。

考虑到机组热备期间水箱液位同样出现液位上升情况，对机组进行再次启机验证，在机组运行期间，运行人员手动拧松风冷散热器两端与膨胀水箱蒸汽排气管连接处，进行手动排气，机组连续运行2小时高温膨胀水箱液位正常未出现波动，高温冷却水压力正常未出现波动。因此得出结论：机组蒸汽排放管路出现堵塞。

4  高温冷却水循环系统故障处理

通过现场分析及试验导致机组三项问题：①机组热备期间高温冷却水膨胀水箱液位异常问题;②机组运行期间高温冷却水超温事件;③预热温度不满足设定要求，的原因为：①机组恒温阀故障;②机组蒸汽排放管路堵塞。对相应问题进行整改：①更换机组高温冷却水恒温阀;②对机组蒸汽排放管路进行排查。

通过对机组故障恒温阀的更换限定了机组热备期间冷却水的加热范围，提高了机组热备期间冷水水温，通过对机组蒸汽管路的清理，保障了蒸汽管路的通常消除了机组热备运行期间高温膨胀水箱液位异常上升的问题，消除了机组运行期间冷却水超温停机风险，保障了机组运行安全，恢复了机组功能。

5  总结

本文主要介绍柴油发电机组在热备运行过程中高温冷却水系统出现的故障通过全面分析，找到此故障的根本原因，有效地解决了此次问题，为以后反应堆应急柴油发电机组运行出现类似问题能够快速精准找到根本原因，高效的保障反应堆应急柴油发电机组的运行，同时为反应堆的稳定运行提供有力保障。

参考文献：

[1]肖宁.船用柴油机冷却水系统处理[J].工程技术，2016，2，7.

[2]吴瑞斌.发电柴油机组冷却水温度升高原因分析与处理[J].内燃机与配件，2019.

[3]荀向红.某型柴油发电机组冷却水系统故障及改进措施[J].柴油机.