“华龙一号”核电汽轮发电机组非核冲转方案优化研究

孔海波 许福南

摘 要：核电机组在热态功能试验期间，大部分在带核运行前都会执行汽轮发电机组非核蒸汽冲转试验，以验证汽轮发电机组的制造、安装质量。根据“华龙一号”核电的汽轮发电机组的技术特点，为了维持汽轮发电机组在额定转速的持续时间，分析并提出优化措施，并指导推广至其它核电机组的汽轮发电机非核蒸汽冲转试验中。

关键词：核电;汽轮发电机;冲转;优化

1、引言

汽轮发电机组作为核电站的能量转换的枢纽关键设备，其制造和安装的质量的验证具有重要的意义，非核蒸汽冲转的试验方案基于机组带核运行前进行汽轮发电机组的冲转至额定转速的试验验证，提前发现设备制造和安装的缺陷，控制核电机组整体进度风险。非核冲转存在一个技术性的难题，核岛反应堆未启动，无法提供裂变能，只能通过稳压器的电加热器和主回路的反应堆冷却剂泵运行产生的热量提供有限功率的热源，蒸汽发生器产生的蒸汽量不足以维持汽轮发电机组长期在额定转速运行。维持汽轮发电机组在额定转速更长的时间，对于设备具有重大的意义，意味着有更充裕的时间对汽轮发电机组的运行状态进行各项检查。

2、汽轮发电机非核蒸汽冲转方案优化分析

为了实现延长汽轮发电机停留在额定转速平台的时间，总体的优化思路主要有以下几个方向。第一，提高用于汽輪发电机冲转的蒸汽储量;第二、提高热源的能量储量;第三、提高给水的温度;第四、减少蒸汽的非做功损失。

提高汽轮发电机的蒸汽储量主要的在于提高非核冲转前蒸汽发生器的二次侧的水量，提高冲转期间的持续供汽的能力。提高热源的能量储量，在于提高核岛一回路的持续供热能力，为蒸汽发生器产热提供更多的交换热。提高给水的温度，主要的目的是为了提高进入蒸汽发生器的给水初参数，在产生同量蒸汽的情况下，消耗更少的一回路热量，同时也能减低触发一回路温度变化速率限制的概率。减少蒸汽的非做功损失的主要目的是为了将蒸汽发生器产生的饱和蒸汽尽最大化的用于做功，减少其它途径的蒸汽消耗。

4、汽轮发电机非核蒸汽冲转优化措施

为了使非核蒸汽冲转时汽轮发电机维持在额定转速的持续时间尽可能长，根据优化的方向分析，主要从以下几方面采取优化措施。

（1）提高蒸汽发生器的初始水位，机组在热态功能试验期间，蒸汽发生器二次侧的水位正常维持在0米，非核冲转前将蒸汽发生器的水位提高至﹢0.9m，在冲转期间，汽轮发电机升至暖机转速390rpm，进行汽轮机暖机时，可加大给水补水量，将蒸汽发生器的水位重新补充回升至0.9米，并且汽轮发电机组从390rpm升至额定转速1500rpm时，在确保一回路参数不超限制的前提下，尽量保证给水流量保持在较大流量，以减缓蒸汽发生器的水位下降的速率。另外，冲转前隔离蒸汽发生器排污系统也可减少高温饱和水的水量和热能损失，对维持蒸汽发生器的液位也有一起作用。

（2）提高热源的能量储量主要在于控制一回路的热工参数，核岛的安全运行受到一系列的限制，比如一回路的的温降速率限制是影响非核冲转持续时间的关键参数，要求小于56℃/h，如果温降速率超过这一限值，将对设备和管道产生较大的热应力，对一回路的设备寿命和安全运行产生较大的影响。一回路的最低温度也受到限值，不得低于238℃，一旦低于该温度限值，机组运行模式将后撤。控制一回路的能量储备主要有以下方法，将稳压器的初始液位提高，正常运行液位的范围在+2.6米至-4米，尽量将稳压器的水位提高至+2.6米，容控箱的液位尽可能提高至1.9米。390RPM平台暖机结束隔离下泄回路;上充流量需要适当加大控制，700rpm之前能将稳压器液位控制在2.5米以上，之后逐渐关小补水流量，800rpm时维持较低流量6立方米每小时以下即可，在液位低于-3.米时开始加大上充，能维持-3.5米左右液位即可。

（3）提高给水温度，在非核冲转期间，二回路水循环不具备建立条件，采用的是除氧器独立制水，水质合格后，非核冲转时给蒸汽发生提供合格给水。同类型机组在除氧器制水时，将除氧器的除盐水加热至100℃左右，压力微正压，目的是为了进行热力除氧。卡拉奇核电项目为了提高给水初始参数，利用辅助蒸汽将除氧器的水温加热至170℃左右，压力升高至0.5MPa左右，将给水焓值提高了约50%左右。同时为了最大限度提高进入蒸汽发生器的给水水温，提前一天将除氧器制好的水打入蒸汽发生器，对高压加热器旁路管和主给水管内的初始温度较低给水进行置换，确保非核冲转时进入蒸汽发生器的给水初始参数更高。

（4）减少蒸汽的非做功损失。蒸汽发生器产生的蒸汽在进入汽轮发电机做功前和做功的中间过程产生的损失。主要在两方面的优化措施，第一，汽轮机轴封系统的汽源从主蒸汽供汽切换为辅助锅炉供汽或公用辅汽供汽;第二、对汽水分离再热器的二级再热器进行预热，蒸汽经过高压缸做功后，减少通过汽水分离再热器时产生的热损。

（5）优化非核冲转升速率设置，汽轮发电机正常启机冲转时升速率在热应力不受限制的情况下，升速率设定值为300rpm/min，从暖机转速390rpm升速至额定转速1500rpm共需花3.7分钟，升速率值越大，汽轮机冲转时的汽耗率越高，需要消耗更多的蒸汽，一回路供热的总量越少，同时一二回路的运行波动大，不利于状态控制，根据汽轮发电机的升速率限制要求，升速率值最低不得低于84rpm/min，综合考量后，最终确定升速率值修改为100rpm/min，将暖机转速390rpm升速至额定转速1500rpm延长至11.1分钟，整个机组冲转期间的运行参数更稳定，使额定转速保持更长时间提供了保证。

5、结论

海外华龙一号的非核蒸汽冲转在国内同型号的核电机组的非核冲转中，进一步采取的优化措施，充分验证了优化方案的可行性。在实际的冲转过程中，采取优化措施后，汽轮发电机在额定转速的维持时间持续了13分30秒左右，超越了国内同型号的华龙一号机组的持续时间。采取的优化措施也可对后续机组的非核冲转提供优化思路。

参考文献：

[1]陈兴.1000MW汽轮发电机组非核蒸汽冲转试验方案优化的探索与实践【J】.科技视界，2018.34（11）：030-002

作者简介：孔海波（1986-），男，湖南长沙人，工程师，长期从事常规岛工艺调试工作。