反应堆应急柴油发电机组冷却水液位异常分析

陈庆旭 文万军 雷超 黄献 高俭 汪可

摘要：应急柴油发电机组是反应堆的重要组成部分，在正常电源全部失去的情况下，均有能力满足应急配电系统的要求，以确保应急负荷的连续供电[1]。冷却水系统是应急柴油发电机组里面一个重要组成系统，本文主要对应急柴油发电机组冷却水系统中的高温水系统中高温膨胀水箱液位异常上升做出故障分析，并解决此次故障，间接保障了反应堆的安全稳定运行。

关键词：应急柴油发电机;高温膨胀水箱;高温水循环泵

中图分类号：TL341                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0114-02

0  引言

反应堆应急柴油发电机组作为全厂应急安全电源与核安全直接相关，用于在外电源失去的情况下为允许短时供电中断的负载供电，同时作为不允许供电中断负荷的后备电源。反应堆应急柴油发电机组冷却水液位异常上升直接关系到反应堆应急柴油发电机组在接受启动指令后运行时，由于高温冷却水循环水量减少[2]或冷却液污染，而造成反应堆应急柴油发电机组高温冷却水水温高报警而停机[3]，直接影响到反应堆的安全运行，且高温膨胀水箱溢留会造成环境污染。本文基于反应堆应急柴油发电机组冷却水液位异常上升作出俩点原因分析及判断，有效的解决了该问题，从而保障反应堆应急柴油发电机组稳定运行。

1  应急柴油发电机组

1.1 应急柴油发电机组重要系统简介

反应堆应急柴油发电机組存在目的是为了在反应堆的厂用工作电源和辅助电源都发生故障时，确保机组安全停堆和防止关键设备损坏。从而在保护燃料元件不受损坏和保证核安全方面发挥非常重要的作用。应急柴油发电机组主要由燃油系统、润滑油系统、压缩空气系统、进排气系统、低温冷却水系统、高温冷却水系统组成。

1.2 高温冷却水系统

高温冷却水系统：用于在应急柴油发电机组运行时冷却缸套和燃烧进气，并在应急柴油发电机组处于备用状态时预热润滑油和应急柴油发电机缸套，以满足应急柴油发电机的应急启动要求。

2  故障现象

某反应堆应急柴油发电机组投入热备用状态中时，现场值班员巡视发现应急柴油发电机组旁边的水处理箱液位上升，导致冷却液从水处理箱溢流到现场，结合系统设计发现水处理箱的液位上升只能是高温膨胀水箱溢流或者是低温膨胀水箱溢流，于是对高温膨胀水箱和低温膨胀水箱进行检查，由于低温膨胀水箱系统在机组预热时不会参与循环且实际液位也在正常范围，而高温膨胀水箱液位（500mm）处于溢流状态，故液位上升原因只能是高温膨胀水箱导致。

3  应急柴油发电机组高温膨胀水箱液位异常上升原因分析

结合反应堆柴油发电机组冷却水系统高温水原理图（图 1）进行分析，导致应急柴油发电机组高温膨胀水箱液位异常上升有以下两种原因：

①雨水进入高温膨胀水箱;

②冷却水管路堵塞导致液位异常上升。

3.1 雨水浸入高温膨胀水箱

高温膨胀水箱在应急柴油发电机组中充当于稳压器作用，实时为高温冷却水系统补充损失的冷却水保证高温水系统管道中充满足量的冷却水液并参与应急柴油发电机组的循环预热过程，保障预热系统的稳定运行。高温膨胀水箱设置在厂房屋顶，没有采取避雨措施，于是对高温膨胀水箱的顶盖密封及法兰密封进行检查，未发现有渗漏的异常，故排除此原因。

3.2 高温膨胀水箱补水管道堵塞导致液位异常上升

为验证冷却水管路堵塞导致液位异常上升这一原因，设计了以下方案：

试验前，记录应急柴油发电机组高温膨胀水箱的液位，通过将应急柴油发电机组投至为热备用状态运行2小时后，再将应急柴油发电机组热备用状态切除，热备用状态切除5分钟后对高温膨胀水箱液位观察，如此往复试验三次。

相关试验数据如表 1，根据应急柴油发电机组高温冷却水从静止状态到循环状态再到静止状态中高温膨胀水箱液位变化的过程，且应急柴油发电机组低温冷却水和滑油液位均无变化的情况下，可以判定应急柴油发电机组高温膨胀水箱上涨根本原因为管路堵塞。

整个高温水系统处于密封状态，高温水管路全部采用碳钢材料焊接而成，大部分管道管径均为DN60，只有进出高温膨胀水箱的管道管径为DN20（图1冷却水系统高温水原理图中管道1和管道2），且应急柴油发电机组投入热备用状态时，高温冷却水的压力约为0.8bar，由于高温冷却水系统中只有管路2为补水管路且依靠重力自流补充管路所需冷却水，所以管道2为堵塞造成系统管路中空气增多，从而导致高温膨胀水箱液位上升。

3.3 高温膨胀水箱补水管道堵塞根本原因

根据对冷却水现场取样，并和设计指标进行对比分析如表2。

反应堆柴油发电机组冷却液主要由去离子水和乙二醇以及磷酸钠、钼酸钠按照一定比例混合而成，具有防锈防腐蚀防结垢的功能。通过高温冷却水数据表（表2）发现高温冷却水电导率严重超标，且高温冷却液中含有油成分，导致冷却液防锈防腐蚀，不易产生水垢的功能丧失，造成高温冷却水系统补水管路结垢堵塞。

正常运行的高温冷却水系统中不应该含油，但却出现在高温冷却水系统中，通过对应急柴油发电机组分析，应急柴油发电机组滑油和冷却水混合有以下两种原因：

3.3.1 机组内部高温水/滑油板式换热器内漏

反应堆柴油发电机组在热备用状态时高温水压力约为0.8bar，滑油压力约为0.4bar，而反应堆柴油发电机组在运行过程中高温水压力约为3bar，滑油压力约为6bar，如果有内漏现象，那么反应堆柴油发电机组滑油系统中就会有冷却水的成分，通过检验滑油，发现滑油中不含有冷却液成分，故排除机高温水/滑油板式换热器内漏造成。

3.3.2 高温水循环泵轴封损坏

反应堆应急柴油发电机组运行时曲轴带动机组内部高温冷却水循环泵为高温冷却水提供循环动力。由于反应堆柴油发电机组在运行过程中观察到高温水冷却水泵轴封的泄露孔有液体渗透出来（图2），这样就可以肯定反应堆柴油发电机组在运行时滑油通过高温水循环泵轴封进入到高温水冷却系统中，导致高温冷却水变质丧失不易结垢功能，故冷却水油份超标是导致管路堵塞的根本原因。

4  高溫冷却水管路堵塞处理

考虑反应堆柴油发电机组高温冷却水中含有油造成结垢堵塞，首先对反应堆柴油发电机组内部高温冷却水循环泵进行更换，其次使用合格的去离子水对反应堆柴油发电机组高温冷却水系统管路进行串洗（通过每天更换新的去离子水注入高温水系统管路串洗，让反应堆柴油发电机组高温水预热泵运行，使管道去离子水一直处于循环状态），将反应堆柴油发电机组高温冷却水系统的污垢和油去除，串洗一天后反应堆柴油发电机组高温膨胀水箱液位无上升变化（如图3），串洗11天后解决反应堆柴油发电机组高温冷却水水质问题。最后加注符合要求的冷却液，对反应堆应急柴油发电机组进行定期试验检查，反应堆应急柴油发电机组运行正常，有效的解决了反应堆柴油发电机组高温膨胀水箱液位异常上升。

5  结论

本文基于反应堆应急柴油发电机组冷却水液位异常上升，通过对反应堆应急柴油发电机组进行分析，找到反应堆应急柴油发电机组冷却水液位异常上升根本原因，通过更换反应堆柴油发电机组内部高温冷却水循环泵和串洗高温冷却水系统管路，彻底解决反应堆应急柴油发电机组问题，为反应堆安全稳定的运行提供有利保障。

参考文献：

[1]高俭.反应堆应急柴油发电机组启动超时研究[J].内燃机与配件，2020（01）：76-78.

[2]赵鑫.柴油发电机组冷却系统故障分析[J].山东工业技术， 2015（11）：174.

[3]郭宏强，肖海瑞.发电柴油机滑油高温故障原因分析与排查[J].山东工业技术，2014（8）：13.