百万千瓦等级核电厂汽轮发电机组非核蒸汽冲转风险分析及应对措施

曹宇华 朱宁

福建福清核电有限公司 福建福清 350318

通过汽轮机非核蒸汽冲转试验，能够及早暴露和发现汽轮机及其相关系统的问题，征对试验过程的发现的问题采取相应的纠正处理措施，从而保证了汽轮发电机组正常并网发电以及在运行期间能安全正常地工作。此试验涉及系统多，试验复杂，因此在非核蒸汽冲转前进行全面的重大风险分析并制定应对措施是必要的。

1 非核冲转汽水流程及实施过程

1.1 非核冲转汽水流程

由于凝结水精处理系统还未具备投运条件，凝结水系统也未进行联合冲洗，凝结水去除氧器的水质达不到要求，所以非核冲转期间不投入低压加热系统，非核冲转的给水来源于除氧器中的除盐除氧水。汽轮机冲转前主蒸汽管道预热和汽水分离再热系统的预热完成后，蒸汽发生器供水由辅助给水切换到启动给水系统供应，汽轮机挂闸后，蒸汽发生器产生的饱和蒸汽经过汽轮机发电机做功后排入凝汽器冷凝，启动凝结水泵通过小流量管线打循环，并通过控制凝汽器至常规岛废液收集系统阀门进行凝汽器水位调节[1]。

1.2 非核冲转实施过程

（1）确认各系统已投运并运行良好，记录汽轮机冲转前相关参数；

（2）执行主汽门严密性试验，汽轮机转速小于75rpm，试验合格；

（3）首次冲转至100rpm，进行摩擦检查试验，就地汽轮机打闸；

（4）重新升速，第二次冲转至100rpm暖机30min；

（5）首次冲转至200rpm，暖机1h；

（6）首次冲转至500rpm，暖机30min；

（7）转至1500rpm，维持10min，主控应急控制盘上手动打闸停机，主盘车在汽轮机转速下降至一定值时与汽轮机大轴自动啮合。

2 非核冲转风险分析及应对措施

非核冲转涉及了二回路的大部分汽水系统，非核冲转也是这些系统首次实现联合运行，各系统的自动控制功能需要得到验证，有的系统在非核冲转过程中还没有实现自动控制，这就需要大量的人工干预。为保证非核蒸汽冲转安全、顺利进行，对各项风险点进行清理，从电、汽、气、油、水各方面考虑，分别制定对策。例如：制定完善的组织机构，各专业组分工明确，遇到问题有人处理；在汽轮机平台、主控室、电器柜间建立通讯，保证现场和主控信息沟通及时，同时就地和主控的停机按钮处都有专人进行监护，汽轮机运行异常时可以保证实现汽轮机停机；在高温高压介质通过的区域拉警示带，禁止无关人员进入，确保人员的安全。

2.1 汽轮发电机组异常超速风险

风险分析：汽机控制系统、超速保护系统动作不正常或汽轮机高、中压主汽门或调节门出现卡涩、关闭不严、关闭不及时都会导致汽轮机异常超速。汽轮机超速后果严重，转速无法控制、机组振动增大、轴瓦温度升高，严重时导致叶轮松动变形、叶片及围带脱落、轴承损坏、动静摩擦，甚至断轴、飞车。

应对措施：汽轮机冲转前进行主汽门严密性试验，试验合格后才进行冲转；超速保护通道试验合格，超速保护装置均应正常投入工作；按要求进行定期试验，确认主汽门与调节汽门开启关闭灵活、无卡涩现象；确认超速保护通道正常。

2.2 汽轮机进水风险

风险分析：非核冲转还要利用蒸汽发生器的储能提供主蒸汽，主蒸汽流量瞬间突增主蒸汽降压后闪蒸的主蒸汽湿度过大，造成蒸汽带水；轴封处密封不严，供汽管道疏水不畅，积水或疏水进入汽缸；汽缸本体疏水不畅通；汽水分离再热器管板温度太低，高压缸排汽经过汽水分离再热器湿度增大。以上几种因素都会导致汽轮机进水，汽轮机进水会导致轴向推力增大，推力瓦磨损甚至烧瓦；引起动静间隙消失发生碰磨；导致大轴弯曲；汽机高温金属部件产生永久变形；热应力过大引起金属部件裂纹等。

应对措施：主蒸汽隔离阀打开前对主蒸汽管线进行充分暖管并排尽疏水；冲转前汽缸、高、中压阀体、蒸汽管线疏水阀开启；冲转前进行汽水分离再热器预热，二级管板预热到140℃左右；汽轮机运行时，密切监视汽机振动、轴向位移、胀差、推力瓦温度，现场要巡视汽轮机，确认机组运行正常、轴封处无异音；运行中注意监视主蒸汽温度变化，如汽温变化过大，应立即采取措施或停机；停机之后转子惰走阶段不允许过早停止轴封供汽，防止冷气、冷水进入；紧急情况下，汽轮机手动打闸停机。

2.3 汽轮发电机组润滑油断油烧瓦风险

风险分析：润滑油、顶轴油系统泄漏；主油泵工作不正常；交、直流油泵自动联锁不正常，造成事故时供油不正常。以上几个因素都会导致润滑油部分或全部丧失，润滑油部分或全部丧失会导致轴瓦动静摩擦加剧，轴瓦温度升高，有跳机风险，严重时，造成轴颈损坏，汽轮发电机损坏。

应对措施：冲转前验证辅助油泵、应急油泵的启动逻辑；汽轮机润滑油系统启动后现场检查边界的完好性；系统运行时监视润滑油系统运行参数、各轴承温度。轴承温度异常增加，达到自动跳机值，立即打闸停机并破坏真空，手动停运主盘车，若高压缸温度高于150℃，启动辅助盘车试盘转子，若转子可以盘动，则每半小时盘180度，直至缸温降至150℃以下。

2.4 盘车不可用风险

风险分析：盘车电源故障、盘车控制柜卡件故障都会导致主盘车不可用。汽轮机非核冲转前主盘车不可用将会导致汽轮机无法进行冲转；汽轮机冲转至1500rpm打闸停机，转速降至一定值时主盘车无法啮合，此时若高压缸温度高于150℃，辅助盘车又无法投入，则可能使汽机大轴受热不均产生弹性弯曲。

应对措施：汽轮机润滑油系统相关的逻辑已经验证并合格；汽轮机首次冲转前检查汽轮机辅助盘车可用性，机组启动前连续盘车时间至少不得少于24h，若盘车中断应重新计时；安排安装公司行车人员24小时值班，临时盘车工具准备就位；汽轮机降速至定值时检查主盘车自动啮合，主盘车不可用投入辅助盘车，辅助盘车不可用及时联系承包商人员用行车每半小时盘车180度，并有专人跟踪。

2.5 除氧器水质不合格风险

（1）氧含量高风险。

风险分析：除氧器加热蒸汽不足或排大气阀未开启，达不到热力除氧的效果；化学加药装置的联氨加入量不正确，加入量少；除氧器补入太多的除盐水。以上几个因素都会导致除氧器水质含氧量高，氧含量比较大，造成系统内管道及设备的腐蚀加大。

应对措施：除氧器制水时确保排大气的阀门开启；辅助蒸汽供汽至除氧器的阀门手动操作灵活，能维持除氧器压力达到0．02MPa．g；除氧器制水前根据最终注入的除盐水量估算应加入的联氨量，启动给水泵沿再循环运行，在启动给水泵入口加入联氨；除氧器加入的除盐水不能太高，除氧器有足够的空间，保证水和蒸汽 有足够的热交换时间，使气体有足够的时间从水中溢出。

（2）给水钠离子和阳离子电导率超标风险。

风险分析：补给水水质不合格会导致除氧器内给水钠离子和阳离子电导率超标，给水阳离子电导率超标，造成系统腐蚀或结垢，尤其会加剧蒸汽发生器传热管的腐蚀。

应对措施：严格控制补给水的水质，水质合格后才能向除氧器供水。

（3）给水PH值异常。

风险分析：除氧器补给水不合格或氨水加入量不合适都会导致给水PH偏离正常值。

应对措施：除盐水向除氧器补水前先化学取样分析补给水水质合格；除氧器中给水PH低于正常值，需增加氨水的加入量；除氧器中给水PH高于正常值，除氧器需要重新换水。

（4）给水悬浮物超标。

风险分析：汽轮机首次冲转前，除氧器还没有进行冲洗，除氧器内材料腐蚀产生的腐蚀产物溶解在水里，导致悬浮物超标。

应对措施：常规岛除盐水分配系统向除氧器补水，再经过疏水管线排向凝汽器，除氧器换水，直到悬浮物达到标准。

2.6 汽轮发电机组大轴弯曲风险

风险分析：汽轮机安装不合理，导致动静部分间距减小，汽轮机进汽后热胀冷缩会使动静部分接触；汽轮机转子受热不均匀；主蒸汽温度突变，造成胀差变化过大，动静部件碰摩；以上几种因素都可能导致大轴弯曲事故。

应对措施：非核冲转前，对汽轮机监视系统每一个测点进行逐项清理，保证每个仪表已安装就位，仪表信号在控制画面上显示正确；汽轮机本体上的跳机信号都已验证完成；汽轮机启动前，盘车连续运行24h，检查汽轮机振动、胀差、轴向位移、偏心、汽缸金属温度测量元件正常；升速和运行过程中注意监视机组的振动、胀差、汽缸膨胀、轴向位移、高中压缸温度、汽缸上下缸温差等参数，参数达到跳机值确保汽轮机自动或手动停机，；冲转过程中保证汽轮机疏水阀保持打开；停机之后凝汽器处于正常的大气压之前（有真空度），不允许停止轴封供汽。停机之后高压缸金属温度大于150℃不允许停运盘车。

2.7 工业安全风险

风险分析：非核冲转中，蒸汽系统安装完成后首次进入高温高压的蒸汽，蒸汽阀门法兰连接处螺栓未拧紧，密封不严，会有蒸汽泄漏，有人员烫伤风险，漏汽量大会导致热损耗增大，汽轮机非核冲转可能达不到额定转速； 蒸汽管道保温有部分未包好，人员触摸管道有烫伤风险；如果油系统有泄漏 ，漏油处又有焊接等工作时存在火灾风险[2-3]。

应对措施：试验前，在高温高压区域拉警示带，无关人员不允许入内；试验过程中有专人进行现场巡视，严禁在油系统区域进行焊接作业。

2.8 其它风险

风险分析：汽轮机非核蒸汽冲转后，由于汽轮机及相关蒸汽管道中湿度增加，可能导致材料的腐蚀。影响后续机组投运后的蒸汽品质，也有可能导致部分阀门的密封不严，造成阀门的内漏。

应对措施：投入汽轮机干风保养系统，实现对蒸汽管道、高压缸、中压缸、低压缸、汽水分离再热器壳侧、汽水分离再热器壳侧疏水箱、凝汽器的保养。本系统包括两个可拆卸的风道和两个移动式空气干燥再生装置。空气经过空气干燥再生装置，从汽水分离再热器的人孔进入，最终从凝汽器人孔排出，空气去向如下：

（1）进入高压缸排气管道，再经过高压缸并通过主汽阀到主蒸汽母管，最后经旁排系统进入冷凝器；

（2）进入中压缸后排至低压缸，并通过低压缸进入凝汽器；

3 汽轮机非核冲转风险预案实施

针对汽轮机非核蒸汽冲转，结合现场实际情况，对冲转过程中可能遇到的问题进行分析、讨论，每一项风险都制定应对措施。非核蒸汽冲转前应编制《汽轮机非核冲转风险预案》，方案中需详细的列出非核冲转可能遇到的风险及采取的应对措施。 试验过程中应对每个风险点都安排专人跟踪，预防事故发生，一旦有不安全的因素确保及时发现并采取措施避免不必要的后果[4-5]。

4 结语

非核蒸汽冲转前进行详细的风险分析，并制定对应的应对措施，确保了非核蒸汽冲转顺利、安全的实现；同时，对非核蒸汽冲转后的材料腐蚀风险做了分析并制定了可行的纠正措施，因此本论文可以用于指导百万千瓦等级汽轮机非核蒸汽冲转试验。