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核電廠汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)不合格問題分析

作時(shí)間:2019-07-30  來源:  作者:
   

 摘要:國內(nèi)某核電站調(diào)試期間,汽輪發(fā)機(jī)性能考核試驗(yàn)結(jié)果不合格,通過與同類機(jī)組一二回路、汽輪機(jī)參數(shù)的對比,結(jié)合現(xiàn)場排查分析的結(jié)果,綜合分析判斷考核試驗(yàn)不合格的主要原因?yàn)橹鹘o水流量測量虛高,并提出了解決建議,可為其它核電機(jī)組電功率異常降低分析處理提供參考。DtE壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
 
國內(nèi)某核電站采用的是 CPR1000 壓水堆核電機(jī)型,汽輪機(jī)廠家根據(jù)《汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程》(ASME PTC-6)提供性能試驗(yàn)性能修正項(xiàng),將試驗(yàn)測量電功率修正至設(shè)計(jì)熱力系統(tǒng)和設(shè)計(jì)參數(shù)下,得到汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)結(jié)果。在某核電站 A1 機(jī)組調(diào)試期間,試驗(yàn)結(jié)果為 1075.81MW,低于設(shè)計(jì)值(1086MW)約 10.19MW,但同類型 B1 機(jī)組性能考核試驗(yàn)結(jié)果高于設(shè)計(jì)值。本文通過對 A1、B1 二回路熱力系統(tǒng)對比分析,明確了機(jī)組異常問題的分析處理方向,結(jié)合現(xiàn)場排查處理驗(yàn)證情況,#后確定了問題的主要原因及建議處理措施。
 
1 汽輪發(fā)電機(jī)組性能考核試驗(yàn)介紹
核電站熱力循環(huán)系統(tǒng)如圖 1 所示。所用的汽輪機(jī)為飽和蒸汽、飽和蒸汽、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī),由 1 個(gè)雙流道高壓缸(HP)和 2 個(gè)雙流道、雙排汽低壓缸(LP)組成。
機(jī)組熱力循環(huán)簡圖
滿功率運(yùn)行狀態(tài)下,蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的飽和蒸汽進(jìn)入高壓缸膨脹做功,從高壓缸流道的第 6 級后抽取部分蒸汽送到 7# 高加和汽水分離再熱器用于加熱給水和 MSR(汽水分離再熱器)一級再熱,從高壓缸流道的第 9 級后抽取部分蒸汽送到 6# 高加用于加熱給水。高壓缸的排汽一部分送往除氧器,大部分排往位于低壓缸兩側(cè)的 2 臺汽水分離再熱器,經(jīng)汽水分離后進(jìn)入兩級再熱器再熱,再熱汽源來自高壓缸抽汽和新蒸汽。從汽水分離再熱器出來的過熱蒸汽進(jìn)入低壓缸內(nèi)繼續(xù)膨脹做功。從低壓缸流道第 3 級后、第 5 級后、第 7 級后和第 9 級后抽汽分別送至 4#、3#、2# 和 1# 低壓加熱器進(jìn)行加熱凝結(jié)水。低壓缸的排汽排入冷凝器,并被海水冷卻成為凝結(jié)水。
 
凝結(jié)水由凝結(jié)水泵抽出升壓后經(jīng)疏水加熱器和四級低壓加熱器被加熱后,送到除氧器,混合式除氧器通過高壓缸排汽實(shí)現(xiàn)對凝結(jié)水的加熱和除氧作用,主給水泵從除氧水箱底部吸水,將水升壓后經(jīng) 6# 和 7# 高壓加熱器進(jìn)一步加熱,#后通過給水流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入蒸汽發(fā)生器二次側(cè),吸收反應(yīng)堆冷卻劑熱量轉(zhuǎn)變成飽和濕蒸汽,再進(jìn)入主蒸汽系統(tǒng),從而完成熱力循環(huán)。電站實(shí)際運(yùn)行中,各項(xiàng)熱力運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)參數(shù),這種偏離會對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,結(jié)廠家給出的修正項(xiàng),考慮電廠機(jī)組出力的考核針對的為常規(guī)島汽輪發(fā)電機(jī)組整體(含輔機(jī)),因此修正項(xiàng)目只需考慮常規(guī)島前后的邊界條件,包括功率因數(shù)、主蒸汽壓力、主蒸汽濕度、熱功率、循環(huán)水進(jìn)水溫度、循環(huán)水流量等。
 
2 熱力系統(tǒng)運(yùn)行對比分析
2.1 考核試驗(yàn)整體對比
采用 A1、B1 單次考核試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如表 1,A1 修正性能考核試驗(yàn)結(jié)果較 B1 偏低 27.8MW。根據(jù)文獻(xiàn)分析,鑒于主蒸汽壓力對機(jī)組功率的修正可能存在偏差,剔除主蒸汽壓力的修正項(xiàng)后,A1 修正后出力比 B1 偏低 22.6MW。由 2 臺機(jī)組的修正出力偏差可知,影響#大的為熱功率,主蒸汽濕度、循環(huán)水溫度、流量和功率因素對機(jī)組出力影響較小。
 汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)結(jié)果對比
2.2 熱功率測量對比
A1 和 B1 試驗(yàn)熱功率與 KME(熱工儀表測量系統(tǒng),能夠通過二次側(cè)熱工參數(shù)反算一回路熱功率,電廠實(shí)際運(yùn)行控制參考值)計(jì)算方法相同,2 臺機(jī)組試驗(yàn)熱功率與 KME 測量值均存在一定偏差,其中 A1 試驗(yàn)測量值比 KME 值偏小 9.1MW,而 B1 試驗(yàn)測量值比 KME 值偏小 4.5MW,通常 1MW 熱功率影響電功率約0.4MW,這可能是由主給水流量孔板差壓不同引起。2 臺機(jī)的給水流量差壓分析表明(表 2),B1 機(jī)組差壓測量一致性較好,A1 機(jī)組二環(huán)路與對側(cè)儀表測量數(shù)據(jù)與 KME數(shù)據(jù)有 1.83kPa 的偏差,影響熱功率約 9.15MW,影響電功率約 3.66MW。主給水流量采用流量孔板閥測量系統(tǒng),其測量誤差是 KME 測量誤差的#大來源,F(xiàn)場流量差壓變送器(這里的流量差壓變送器其實(shí)就是孔板流量計(jì)中配套的智能差壓變送器,以下簡稱流量差壓變送器)、主給水流量孔板安裝前校驗(yàn)合格,偏差可能與孔板閥測量系統(tǒng)制造、安裝相關(guān),也與孔板片在運(yùn)行期間迎面角的磨損、迎面光潔度的變化、孔板結(jié)垢、給水管道結(jié)垢等因素相關(guān)。
主給水流量差壓測量偏差對比
2.3 二回路輔助系統(tǒng)對比
(1)回?zé)嵯到y(tǒng)熱力性能對比;?zé)嵯到y(tǒng)能夠確保熱量的有效回收,影響其性能的參數(shù)主要包括蒸汽管道壓降、加熱器端差、等給水焓升分配等。抽汽管道壓降增大、加熱器端差增大,相當(dāng)于抽汽點(diǎn)前移,做功量降低。對比 2 臺機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)分析表明(表 3),回?zé)嵯到y(tǒng)性能接近且優(yōu)于設(shè)計(jì)值,對回?zé)嵯到y(tǒng)的上下端差進(jìn)行功率修正,A1 修正量為 -0.2MW,而 B1 為 0.8MW,對機(jī)組出力的影響不明顯。
(2)再熱系統(tǒng)熱力對比。再熱系統(tǒng)即為汽水分離再熱器及附屬管道,系統(tǒng)主要目的是除濕、再熱,降低低壓缸排汽濕度,提高汽輪機(jī)效率。在設(shè)計(jì)上,要求汽水分離再熱器的分離效率要高,再熱壓損和端差要小,再熱器第四管程掃汽流量合理。
表 3 回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)對比
對比表明 2 臺機(jī)組再熱系統(tǒng)性能均優(yōu)于設(shè)計(jì)值(表 4),表現(xiàn)為端差較小,過熱度大于設(shè)計(jì)值。且 A1 的過熱度大于B1,從而對 A1 的低壓缸做功有利。但再熱系統(tǒng)作為整個(gè)熱力系統(tǒng)的一份子,其性能優(yōu)良是以多抽汽為代價(jià)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),A1 的高再、低再抽汽流量(78.47kg/s、81.30kg/s)均大于 B1(71.20kg/s、78.93kg/s),引起 MSR 出口蒸汽溫度偏高約5.4℃。高壓再熱器和低壓再熱器抽汽量增加,引起高壓缸做功蒸汽量減小,反而降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性,因此需根據(jù)第四管程掃氣溫差調(diào)整抽汽流量。
再熱系統(tǒng)熱力參數(shù)對比
(3)冷凝器熱力性能對比。冷凝器運(yùn)行性能的優(yōu)劣,主要表現(xiàn)在冷凝器壓力、凝結(jié)水過冷度和凝結(jié)水品質(zhì)等。冷凝器循環(huán)冷卻水水質(zhì)、海生物滋生(清潔系數(shù)降低)、空氣漏入、換熱管堵管等因素影響,熱力性能下降較快,#終將引起汽輪機(jī)排汽壓力升高,機(jī)組功率降低。參考冷凝器性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算分析結(jié)果如表 5,2 臺機(jī)組修正后背壓分別為 6.96kPa 和 6.16kPa,均大于冷凝器計(jì)背壓,影響電功率約 9.2MW 和 2.7MW。A1 冷凝器的端差和過冷度均較 B1 大,A1 清潔系數(shù)為 0.55,稍小于 B1 的0.74,顯示 A1 投運(yùn)后冷凝器性能稍差于 B1。實(shí)際運(yùn)行工況下二回路溶氧含量在優(yōu)秀值以下,且冷凝器嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)秀,基本排除真空側(cè)泄漏的可能,因此需重點(diǎn)關(guān)注冷凝器鈦管污垢情況。
 冷凝器熱力性能參數(shù)對比
2.4 汽輪機(jī)本體性能對比
根據(jù)文獻(xiàn),汽輪機(jī)特征通流面積對比,如表 6,A1 的高壓缸 3 個(gè)通流級段通流面積均較 B1 偏大,#大為第二級段,但相對于設(shè)計(jì)值偏差不大。A1低壓缸第3、4 級相對于設(shè)計(jì)值和 B1 均較大,其余幾級偏差不大。通過對高低壓缸設(shè)計(jì)文件、制造完工報(bào)告核查,確認(rèn) 2 臺機(jī)組設(shè)計(jì)一致,通流尺寸超差均在允許范圍內(nèi)。利用大修窗口對高壓缸內(nèi)部通流進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)中分面有明顯汽流沖蝕痕跡,對前四級喉寬和通流間隙復(fù)測確認(rèn)均符合技術(shù)要求。因此,除低壓缸第 3、4 級段外,汽輪機(jī)本體特征通流面積在合理偏差范圍內(nèi)。
特征通流面積對比
一般來說,核電機(jī)組熱功率越高,主蒸汽壓力越低,在熱功率一定情況下,一級前壓力低,可能由于高壓缸通流偏大或?qū)嶋H熱功率偏低造成。對主調(diào)閥前后參數(shù)對比如表 7所示,A1 蒸汽發(fā)生器出口壓力及調(diào)閥前主蒸汽壓力均高于B1,但調(diào)門開度低于 B1,一級前壓力也低于 B1,高壓缸各抽汽口壓力普遍比 B1 偏低。鑒于高壓缸通流偏差不大,懷疑實(shí)際熱功率偏低,即測量熱功率虛高,對比推測 A1 的主給水流量測量存在偏高的可能。
主調(diào)閥前后參數(shù)對比
2.5 閥門、疏水器內(nèi)漏
試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析熱力系統(tǒng)不明泄漏率低于 0.026%,符合ASME PTC-6 試驗(yàn)規(guī)程中不明泄漏率不超過 0.1% 的要求。參考文獻(xiàn)對常規(guī)島熱力系統(tǒng)進(jìn)行了內(nèi)漏檢查,確認(rèn) A 類閥門存在 5 個(gè)內(nèi)漏、B 類閥門疏水器存在 24 個(gè)內(nèi)漏。此外,系統(tǒng)熱靜力疏水器存在頻繁觸發(fā)高液位報(bào)警的情況,報(bào)警頻率達(dá)到15 ~ 20min/ 次(設(shè)計(jì) 60min/ 次),VVP107/108SN 甚至長期報(bào)警無法復(fù)位,這會導(dǎo)致蒸汽從疏水旁路排放,影響機(jī)組效率。
 
3 現(xiàn)場排查處理
基于以上分析,利用合適窗口,進(jìn)行了針對性的排查處理,如下:
(1)針對 ARE 主給水流量壓差左右側(cè)偏差較大問題,執(zhí)行了引壓管線對稱改造、取壓口毛刺處理、儀表隔離閥解體檢修,左右側(cè)壓差偏差降低到 0.5% 以下。
(2)針對主給水流量測量孔板片可能存在的污垢、磨損等問題,大修期間執(zhí)行了解體檢查和更換工作。
(3)針對回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽流量偏大,根據(jù)第四管程溫差控制掃氣閥開度,降低高再、低再抽汽流量至合理水平。
(4)針對凝汽器傳熱性能偏低,大修期間執(zhí)行了膠球沖洗,提升了凝汽器傳熱性能。
(5)針對閥門內(nèi)漏及疏水器頻繁波動,大修期間執(zhí)行了閥門、疏水器解體檢查,消除密封面沖蝕、疏水器閥芯夾渣、疏水器旁路閥沖蝕異常,增大了熱靜力式疏水器閥芯行程、優(yōu)化液位開關(guān)布置,將閥門內(nèi)漏及疏水器波動調(diào)整到了正常水平。
 
為驗(yàn)證主給水流量測量的準(zhǔn)確性,引入引入 AMAG 公司(Advanced Measurement & Analysis Group Inc.)超聲波流量計(jì)對主給水流量進(jìn)行了驗(yàn)證。其原理是在主給水管道的上下游安裝多組超聲波測量探頭(圖 2),超聲波流量計(jì)在 A 和 B 捕捉渦旋信號并計(jì)算出 τ,從而計(jì)算出流體流量。
 AMAG 超聲波流量計(jì)測量原理圖
式中,qm 為管道流體流量,kg/s;Co 為流型修正系數(shù),無量綱;A 為管道面積,m2;ρ 為流體密度,kg/m3;L 為上下游長度,m;t 為同一個(gè)渦旋信號進(jìn)過 A 和 B 探頭所用的時(shí)間,s。
超聲波流量計(jì)測量結(jié)果
通過比較 2 種測量方式測量主給水流量的流量數(shù)據(jù),得知 2 環(huán)路流量偏差#大,為 10.44kg/s,其他 2 個(gè)環(huán)路偏差較小且穩(wěn)定。整體上相比超聲波流量計(jì),孔板測量流量偏高大約 1%。其測量不確定度受管道焊縫、粗糙度、現(xiàn)場噪聲帶來的流型系數(shù)的不確定度影響,修正后 3 個(gè)環(huán)路不確定度分別為 0.40%、0.43%、0.82%,考慮孔板測量流量不確定為0.77% 左右,可以確定二環(huán)路孔板測量流量存在虛高,一、三環(huán)路孔板測量流量存在虛高的可能。
 
4 結(jié)語
綜合以上分析排查處理,基本消除了 A1 機(jī)組熱力系統(tǒng)存在的內(nèi)漏和不合理運(yùn)行狀態(tài),其發(fā)電能力提升了約 5MW,但與設(shè)計(jì)值還存在一定偏差。根據(jù)超聲波流量計(jì)直接驗(yàn)證及其它參數(shù)佐證,已基本鎖定主要原因?yàn)橹鹘o水流量測量虛高,該虛高可能與孔板閥制造、安裝有關(guān),受制于現(xiàn)場布置,無法采用有效的排查手段,后續(xù)建議通過對主給水流量孔板閥采取包絡(luò)性更換,參考孔板流體測量的要求,對拆下孔板閥進(jìn)行進(jìn)一步的檢查,以鎖定根本原因。

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