汽机旁路系统减温水控制阀改进

刘献斌

【摘 要】方家山核电项目安裝两台百万机组，1号机组调试期间发现，汽轮机旁路系统喷淋减温水控制阀GCT125/127VL开启后，下游压力达不到要求压力，本文分析了导致阀后压力低的原因及处理过程。

【关键词】GCT；减温水；压力低

0 概述

反应堆功率要跟修汽轮机负荷变化，当汽轮机负荷锐减（如甩负荷、停机不停堆等瞬态）时，反应堆功率控制不能像汽轮机负荷的变化那样快，就会瞬时出现队功率和汽轮机功率不一致，这时，汽轮机旁路排放系统投入，维持一回路和二回路功率平衡，将多余的蒸汽排放至凝汽器或大气，当大量高温高压的蒸汽排放至凝汽器时，需要对其喷水降温，否则会导致凝汽器过热损坏。

方家山1号机组在调试期间执行TP1GCT10试验时发现，当凝结水出口母管压力维持在额定压力2.5MPa（g）时，GCT125/127VL打开后，阀后压力仅0.4 MPa（g），不能满足试验要求，分析原因，首先怀疑管路或阀门堵塞，仔细检查凝汽器内GCT的喷头，不存在堵塞，对管路进行多次冲洗后，阀后压力依然仅0.4 MPa，可以排除管道堵塞的原因，最后将GCT125/127VL的阀芯拆出检查，冲洗回装后，问题依旧，压力依然不满足要求，基本可以排除管路堵塞的原因。

查阅阀门的厂家资料，该阀门在额定流量时的压降为1.7 MPa，在不考虑管路压降的情况下，下游压力才可以满足要求。但实际试验发现，凝结水出口母管额定2.5 MPa时，下游压力仅0.4 MPa，不能满足要求，在排除了其他可能的原因后，确认导致下游压力不满足要求的原因为阀门压降较大。

1 处理过程

1.1 解决方案

咨询福清项目相关负责人，福清项目相关阀门与方家山为同型号设备，也存在同样的问题，如果采购新型号阀门进行更换，采购周期较长，将导致相应工期拖后，无法满足工程进度要求，所以决定对阀门进行简单的改造，降低阀门压降，使该阀门满足要求。

将阀门阀芯拆出检查，该阀门为调节阀，阀芯为圆筒形，周边开有103各小孔，各小孔直径和深度均相同，直径3mm，孔径深度9mm，如果要降低阀门压降，可以选择在原有基础上增开一定数目的小孔，或将原有小孔进行扩孔，为确定需要扩孔的数目，先进行分析计算。

1.2 分析计算

首先确认下游压力的目标值，咨询设计院，得到的答复是GCT125/127VL开启后，要求下游压力大于0.45 MPa（a），期望值为0.6～0.8 MPa（a），最大不超过1 MPa（a），

先前的试验过程中得到的数据时，在凝结水母管压力为2.5MPa时，阀门下游压力为0.4 MPa，该阀门距离凝结水母管距离较短，管道直径也比较大，忽略管道压降，则该阀门的实际压降约2.1 MPa，系统流量假设为Q。而阀门下游压力期望值为0.6～0.8 MPa。

我们暂定阀门下游压力为0.6MPa进行计算，阀门下游经过管道和喷嘴进入凝汽器，凝汽器压力为大气压，在整个试验过程中保持恒定，未发生变化，阀门下游压力为0.4兆帕，流量原来为Q，现在希望将阀门下游压力升高到0.6兆帕，阀门出口至凝汽器的压差增加为原来的1.5倍，根据压差与流量的平方成正比，则相应流量增加到原来的1.5的开方倍，即约1.225Q。

凝结水母管压力不变的情况下，阀门下游压力提高至0.6 MPa ，则GCT阀门压降降低为1.9MPa，回头再来计算阀笼上每个小孔的流量变化，阀笼上下游压降由原来的2.1降到了1.9，同样根据压降与流量的平方成正比，可以得出，单各小孔的流量降低为原来的0.951倍。

总流量增加为原来的1.225倍，单孔流量降低为原来的0.948倍，如果在阀笼上开孔尺寸和原有小孔保持一致，忽略计算误差，大约需要增加原来孔数目的29%，原有103各孔，大约就是30个孔，因原阀笼上已经有103个孔，再开30个孔，加工空间小，加工难度也比较大，该阀笼上的小孔大部分均匀分布，但有一部分小孔呈螺旋型分布，且距离其它小孔相对较远，数量16个，可以考虑对这部分小孔进行扩孔，增加流通能力，同样可以起到增加流量降低阀门压降的作用。

如果采取扩孔的方案，必须考虑扩孔的直径和数量，考虑到距离相对较大的小孔仅16个，其它小孔相距较近，扩孔的数目不宜太多，直径就不能太小，暂时先以直径5mm和6mm分别进行计算。

根据管路压力损失公式进行计算，ΔP=λ*1/d*ρv2/2，其中ΔP为管路压降，开孔或扩孔都是要将阀门压降降低至1.8 MPa，所以计算过程中该压降保持不变，λ为沿程阻力系数，在实际工程应用中，为计算方便，不管是层流和紊流，管线的沿程阻力系数都是采用层流是所求的沿程阻力系数进行计算。层流状态下，沿程阻力系数只与雷诺数有关，与管壁粗糙程度无关，其计算公式一般有谢才公式得来：λ=8g/C2

式中R为水力半径，n为管道的糙率，管道的糙率变化不大，可以忽略不计。

将管径3mm、5mm、6mm，分别代入上述公式，可以得出沿程阻力系数，再代入沿程压力损失公式进行计算。计算过程不再赘述，可以得出相同压差下，不同直径小孔内流速的比值。

当压差不变，孔径分别为3mm、5mm、6mm时，三种不同孔径内水的流速比值为2.07：2.906：3.28，再乘以孔的截面积，则孔内流量的比值为18.63：72.65：118.08，即1个5mm的孔相当于3.899个3mm的孔，1个6mm的孔相当于6.338个3mm的孔。

如果增开3mm的孔需要30个，如果扩5mm孔，需要扩10.34个孔，如果扩6mm的孔，则需要5.62个孔。

考虑设计院给出的压力期望值为0.6～0.8 MPa，再将下游压力设定为0.7 MPa，代入上述公式再次进行计算，得出结果为，如果扩5mm的孔需要15.34个，如果扩6mm的孔需要8.3个。

1.3 实施情況

在计算结果的基础上对阀门进行改造，考虑计算的误差和管道阻力的变化，实施的时候先拿一个阀门进行改造，按计算结果的的2/3实施，根据改造后的试验结果再进行下一步操作。

首先在阀门125VL上实施改造，将阀门的阀笼取出后进行扩孔，选择扩10个5mm的孔，将扩好孔的阀笼回装后再次执行TP1GCT10试验，当凝结水母管压力为额定压力时，阀后压力接近0.6 MPa，与计算记过基本一致，第二次进行扩孔，125扩至13个5mm的孔，127扩11个5mm的孔，当阀笼回装后发现，125VL下游压力略高于0.6 MPa，相反127阀门下游压力已经达到0.9 MPa，与计算结果相差非常大，现场仔细核实，发现127VL相应的管道从125VL相应管道上游接出，当127VL扩孔后，流量增大，发生抢水现象，导致125VL上游压力降低，从而导致125VL扩了较多的孔，压力反而偏低。同时，125VL与127VL安装高度相同，但下游压力表安装标高不一致，127VL下游压力表安装位置比125VL下游压力表安装位置低7m左右，同样导致127VL下游压力显示偏高。在这样的情况下，对125VL再次扩孔至16个5mm的孔，再次执行试验，125VL下游压力0.68MPa，127VL下游压力0.88，去除标高引起的偏差，试验结果已满足试验要求。

2 后续

在1号机组执行TP1RRC59停汽轮机不停堆试验时发现，当汽轮机停运后，125VL/127VL下游压力先持续降低，最低降至0.4MPa后缓慢回升，从反应堆保护信号来看，已经非常接近保护定值，当125VL/127VL开启10秒后，如果下游压力低于0.45MPa（a），将触发凝汽器故障或凝汽器不可用信号，将导致停堆事件发生。该压力表显示为表压，折算成绝对压力也仅为0.5MPa（a），已经非常接近保护定值。

分析原因如下

（1）紧急停机后，反应堆功率短时间仍维持在较高水平，多余的蒸汽排至凝汽器，蒸发器水位自动控制，进水量并未大幅降低，主给水流量也没有大幅降低，但汽轮机各级抽气逆止阀和隔离阀关闭，进入各级加热器的蒸汽中断，疏水减少，进入除氧器的疏水减少，导致除氧器液位降低，除氧器液位调节阀自动开大，凝结水流量升高，进而导致凝结水母管压力降低，125VL/127VL下游压力自然随着凝结水母管压力降低而降低

（2）前期在执行TP1GCT10试验时，凝汽器不具备抽真空条件，压力为大气压，而汽轮机正常运行时，凝汽器内为真空状态，压力进3KPa（a），GCT喷嘴下游压力比试验条件下低了0.1MPa左右，进而导致相同条件下125VL/127VL下游压力比试验条件下低了将近0.1 MPa。

这种情况下，必须对阀门再次进行扩孔，该阀门下游直接通至凝汽器，正常运行情况下无法执行，待汽轮机组停运，凝汽器破坏真空后执行，考虑到机组安全需要，同时又不能超过设计院给出的压力上限，在凝汽器内为大气压的情况下，按阀后1MPa进行计算，每次按计算结果的2/3数目进行扩孔，经三次扩孔后，两个阀门阀后压力均为0.98左右，满足机组要求，同时也未超出设计院给出的压力上限

同时对2号机组的阀门进行了改造，参数参考1号机组，改造后的阀后压力与1号机组基本一致。

3 结束语

在2号机组执行TP2RRC59停汽轮机不停堆试验时，125VL/127VL下游压力最低降低至0.65MPa，保持在设计院期望值附近，距保护定值仍有足够的余量，确保瞬态过程中不会因参数变化导致触发停堆信号。保证了机组的安全稳定运行，提高了机组的安全性。

【参考文献】

[1]陈松华.减压孔板的设计与计算[J].给水排水，1997.23.

[责任编辑：朱丽娜]