王林林

【摘 要】本文主要是講述秦山第二核電廠核島DEG冷凍機(jī)組系統(tǒng)的組成，運(yùn)行原理和參數(shù)設(shè)置。對(duì)DEG冷凍水系統(tǒng)的冬季運(yùn)行，夏季運(yùn)行狀態(tài)及其他特殊情況下的運(yùn)行狀態(tài)分析，并對(duì)可能出現(xiàn)的故障描述，并提出了解決方法。

【關(guān)鍵詞】秦山第二核電廠；DEG冷凍水機(jī)組；運(yùn)行；負(fù)荷

0 概述

秦山第二核電廠核島冷凍水系統(tǒng)DEG是向DVG——輔助給水泵房通風(fēng)系統(tǒng)、DVN——核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)、DVK——核燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)、EVC——反應(yīng)堆堆坑通風(fēng)系統(tǒng)及EVR——安全殼連續(xù)通風(fēng)系統(tǒng)5個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的冷卻器連續(xù)提供冷凍水的。DEG系統(tǒng)在需要的時(shí)候向RRI005RF（為REN在線分析儀提供低溫的冷卻水）間斷提供冷凍水。DEG系統(tǒng)用來(lái)維持安全殼、乏燃料存放池大廳、輔助給水泵房以及其他KX、NX房間所需的正常運(yùn)行環(huán)境條件，防止廠房?jī)?nèi)的設(shè)備因?yàn)檫^(guò)熱的溫度而損壞。當(dāng)失去全部DEG功能時(shí)，堆坑頂部的溫度上升很快，為了避免堆坑頂部混凝土過(guò)熱，必須在11h以內(nèi)轉(zhuǎn)入正常冷停堆狀態(tài)，并立即監(jiān)測(cè)堆坑和安全殼大氣的溫度。雖然DEG系統(tǒng)并不是安全相關(guān)系統(tǒng)，僅有兩個(gè)貫穿件是安全相關(guān)的，但是它依然是保證反應(yīng)堆正常運(yùn)行諸多因素中重要一環(huán)。DEG冷凍水系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中遇到了許多問(wèn)題，本文列舉了部分問(wèn)題，并分析解決這些問(wèn)題。

1 DEG系統(tǒng)組成及運(yùn)行方式

秦山第二核電廠每個(gè)反應(yīng)堆機(jī)組有3臺(tái)DEG冷凍水機(jī)組。系統(tǒng)按3×50%的容量設(shè)計(jì)的，一個(gè)反應(yīng)堆最大負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。采用的是離心式冷水機(jī)組，電機(jī)則采用封閉式。3臺(tái)機(jī)組組成相同：1臺(tái)冷凍水循環(huán)泵，冷凍機(jī)組（包括蒸發(fā)器-壓縮機(jī)-冷凝器），RRI冷卻水和各用戶的閥門，管道及3臺(tái)機(jī)組公用的1個(gè)膨脹水箱。

DEG冷凍機(jī)組的負(fù)荷與反應(yīng)堆的運(yùn)行工況和季節(jié)相關(guān)，并隨之變化的。其設(shè)計(jì)容量為4000KW，冷凍水量688m3/h，單機(jī)制冷量為2000KW，冷凍水量350m3/h。（為直觀比較各負(fù)荷用戶和機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系，下面僅采用單機(jī)負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示各用戶負(fù)荷的大?。?/p>

以反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況時(shí)：夏季負(fù)荷量為182%，需兩臺(tái)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，每臺(tái)機(jī)負(fù)荷約為90%左右。冬季總負(fù)荷量為57.5%，單機(jī)運(yùn)行即可。因此，其設(shè)計(jì)運(yùn)行方式如下：

冬季：反應(yīng)堆功率運(yùn)行時(shí)，只需1臺(tái)冷凍機(jī)組運(yùn)行；若處于冷停堆時(shí)則允許DEG系統(tǒng)完全停運(yùn)。

夏季：反應(yīng)堆功率運(yùn)行時(shí)，需兩臺(tái)冷凍機(jī)組運(yùn)行；若處于冷停堆時(shí)則仍需保留1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。

中間季節(jié)，介于冬季和夏季之間，投運(yùn)冷凍機(jī)組情況須根據(jù)需要來(lái)確定。

2 DEG系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題淺析及改進(jìn)

2.1 DEG冬季運(yùn)行

秦山第二核電廠位于浙江海鹽，在冬天，各個(gè)廠房?jī)?nèi)環(huán)境溫度不是很高，同時(shí)根據(jù)DEG系統(tǒng)的負(fù)荷分布（冬季，DVN、DVK由SES來(lái)供應(yīng)熱水，DEG走旁路，負(fù)荷很小），冬季只有EVC、EVR、DVG系統(tǒng)需要運(yùn)行，此時(shí)即使加上DEG機(jī)組自身管線損失和泵的熱量損失，需要冷凍機(jī)組提供的負(fù)荷也只有20%左右。

根據(jù)機(jī)組熱平衡的計(jì)算公式：

ε=■×100/100

ε—熱平衡量（%），Qw—冷凝器熱負(fù)荷（kcal/h），QS—制冷量（kcal/h），N—電機(jī)功率，KW

其中冷凝器熱負(fù)荷的計(jì)算公式：

Qw=cMwΔtw（kcal/h）

c—比熱（kcal/kg.℃），Mw—冷卻水流量（m3/h），Δtw—冷卻水溫差（℃）

機(jī)組制冷量的計(jì)算公式：

QS=cMsΔts（kcal/h）

c—比熱（kcal/kg.℃），Ms—冷凍水流量（m3/h），Δts—冷凍水溫差（℃）

設(shè)冷水的溫度接近冷凍水溫度，這樣造成冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓差過(guò)小，而制冷機(jī)的主電機(jī)是利用它們之間的壓差來(lái)壓送冷卻用制冷劑液來(lái)冷卻主電機(jī)，壓差減少供給量就要減少，主電機(jī)就會(huì)有產(chǎn)生過(guò)熱的危險(xiǎn)，壓差低于保護(hù)值，就跳機(jī)。另一方面，設(shè)冷水的溫度接近冷凍水溫度，當(dāng)機(jī)組導(dǎo)葉放在“自動(dòng)”位時(shí)，即使采取關(guān)小冷卻水流量等辦法，冷凍水出水溫度很快就降到低于6℃，出現(xiàn)“自停待啟”現(xiàn)象，等冷凍水出水溫度回升至12℃時(shí)，制冷機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行，但是，大型制冷機(jī)頻繁啟、停很容易將機(jī)組傳動(dòng)齒輪等部件損壞。在如此低的熱負(fù)荷情況下，要確保機(jī)組的熱平衡，則必須相應(yīng)減小機(jī)組的熱負(fù)荷，此時(shí)可以通過(guò)調(diào)小冷凝器進(jìn)出口閥門的開(kāi)度，降低冷卻水流量，使制冷劑在冷凝器、蒸發(fā)器的放熱、吸熱速度逐步趨于平衡，冷卻水溫度上升，冷凝壓力提高，使冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之差大于0.25MPa或保證冷卻水進(jìn)口溫度不低于15°。但是在實(shí)際操作中，要達(dá)到機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)所需的冷卻水量，必須通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)整和觀察。同時(shí)對(duì)冷凍機(jī)來(lái)說(shuō)，冷卻水量的調(diào)節(jié)不是無(wú)限制的，對(duì)DEG來(lái)說(shuō)，要求冷卻水的最小流量為正常流量的60%，當(dāng)冷卻水流量低于60%時(shí)，冷凝器中的冷凝管不是全部充滿水，而是有部分空氣進(jìn)入冷凝器，降低冷凝器的換熱效率。即使現(xiàn)在已經(jīng)聯(lián)系廠家將導(dǎo)葉（導(dǎo)葉開(kāi)度控制著單位時(shí)間冷媒的壓縮量，故導(dǎo)葉開(kāi)度與機(jī)組負(fù)荷呈正比關(guān)系）原設(shè)計(jì)最小值20%降到10%（幸運(yùn)的是導(dǎo)葉開(kāi)度降到10%并沒(méi)有出現(xiàn)喘振，低負(fù)荷調(diào)節(jié)導(dǎo)葉時(shí)，是很容易發(fā)生喘振的），也不能完全保證機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行工況正常運(yùn)行，尤其是在10-20%冷量工況下。

在冬季，目前只有將機(jī)組導(dǎo)葉放在“手動(dòng)”狀態(tài)下，才能維持連續(xù)運(yùn)行，因?yàn)閷?dǎo)葉放在手動(dòng)時(shí)，低溫自動(dòng)停機(jī)溫度從6℃降到5℃，停機(jī)溫度升高了1℃，在最冷季節(jié)就靠1℃之差，保持在6℃左右勉強(qiáng)運(yùn)行。即使調(diào)低導(dǎo)葉設(shè)計(jì)最小值，即使將導(dǎo)葉放在手動(dòng)，冬季最冷時(shí)候冷凍水出水溫度有時(shí)仍降到低于5℃，出現(xiàn)冷凍水溫度過(guò)低緊急停機(jī)。對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行非常不利。

目前，秦山二期3/4#擴(kuò)建核電機(jī)組通過(guò)對(duì)DEG導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)的改造、旁通裝置的增加、設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及加工裝配精度等級(jí)等方面的提高，確保擴(kuò)建工程DEG冷水機(jī)組不會(huì)出現(xiàn)原機(jī)組的缺陷并能在全年工況下安全可靠運(yùn)行尤其是在低負(fù)荷工況下安全運(yùn)行。主要包括：（1）改進(jìn)壓縮機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)門，使制冷量的調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大。（2）在冷凝器和蒸發(fā)器之間增加一個(gè)旁通。

但是對(duì)于1/2#機(jī)組來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題在設(shè)備上比較難解決。只能在冬季工況下，加大巡檢力度。我覺(jué)得可以對(duì)DEG系統(tǒng)進(jìn)行改造，在冬季用RRI設(shè)冷水代替冷凍水。但這是個(gè)龐大的改造項(xiàng)目，不僅僅是工程浩大，還要考慮到設(shè)冷水的流量。

2.2 DEG系統(tǒng)夏季運(yùn)行

由于現(xiàn)場(chǎng)的管道布置，3臺(tái)冷水機(jī)組的進(jìn)出水不能均勻混合并分配，造成偏流。特別是1號(hào)、3號(hào)兩臺(tái)制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，冷凍水各自循環(huán)一條回路，使制冷機(jī)的負(fù)荷分配不均（3號(hào)冷凍機(jī)負(fù)荷較高，1號(hào)冷凍機(jī)負(fù)荷很低）。3號(hào)冷凍機(jī)負(fù)荷接近滿負(fù)荷，在回水溫度（負(fù)荷）變化時(shí)，導(dǎo)葉來(lái)回波動(dòng)，會(huì)造成驅(qū)動(dòng)齒輪在大力矩下動(dòng)作，損壞傳動(dòng)齒輪。且機(jī)組負(fù)荷增大時(shí)，會(huì)立即引起3號(hào)機(jī)過(guò)電流緊急停機(jī)，這時(shí)極易損壞壓縮機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)部件（轉(zhuǎn)速高達(dá)12000rpm）。如果是1號(hào)、3號(hào)冷凍機(jī)并列運(yùn)行，1號(hào)機(jī)一直在接近停車值的低負(fù)荷運(yùn)行，這對(duì)壓縮機(jī)不利，減少機(jī)組壽命。若3號(hào)機(jī)突然跳閘，1號(hào)機(jī)負(fù)荷突增，導(dǎo)葉突開(kāi)，亦會(huì)損壞導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，夏季最好避免使3號(hào)機(jī)接近滿負(fù)荷和1號(hào)機(jī)負(fù)荷過(guò)低（可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)），即可避免以上風(fēng)險(xiǎn)。一般應(yīng)使1號(hào)、2號(hào)冷凍機(jī)并列運(yùn)行。目前，實(shí)際為當(dāng)1號(hào)或2號(hào)冷凍機(jī)組故障檢修時(shí)，應(yīng)使3號(hào)冷凍機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，停運(yùn)另一臺(tái)冷凍機(jī)組。

2.3 冷凍機(jī)組目前其它缺陷及注意事項(xiàng)

夏季和過(guò)度季節(jié)，備用機(jī)組會(huì)從外部高溫環(huán)境奪熱，使冷媒蒸發(fā)，進(jìn)入機(jī)組油腔，使得油箱液面上有冷媒積聚，呈泡狀。此時(shí)冷媒裝量相對(duì)減少，影響機(jī)組制冷能力和油的性能，也使得油箱液位不準(zhǔn)確。機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)，導(dǎo)葉開(kāi)啟過(guò)快，造成油箱中冷媒迅速蒸發(fā)，攜油進(jìn)入蒸發(fā)器，使油裝量減少；冷媒含油影響蒸發(fā)器的傳熱效率，故應(yīng)盡量避免負(fù)荷突變。根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)3臺(tái)冷凍機(jī)組都有跑油，且跑油量不同。在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)及時(shí)關(guān)注冷媒和油的裝量變化，并及時(shí)投入提純裝置。目前，1號(hào)、2號(hào)冷凍機(jī)一開(kāi)機(jī)就投入冷媒提純裝置，3號(hào)冷凍機(jī)則根據(jù)油位來(lái)判斷是否投入。并且，冷凍機(jī)組盡量不能設(shè)置在遠(yuǎn)控位置。高負(fù)荷遠(yuǎn)方啟動(dòng)，會(huì)使導(dǎo)葉開(kāi)的過(guò)快或大力矩時(shí)動(dòng)作頻繁，損壞導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)且造成油箱中冷媒蒸發(fā)攜油，造成油位降低。

3 總結(jié)

通過(guò)此文，我們能更進(jìn)一步的掌握DEG系統(tǒng)的特性，在工作中，能幫助我們更好的解決生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中碰到的問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]DEG系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].秦山第二核電廠.

[2]LC170H-6P離心式制冷機(jī)使用說(shuō)明書[Z].重慶通用工業(yè)集團(tuán).

[3]秦山二期擴(kuò)建工程DEG冷水機(jī)組設(shè)備規(guī)格書[Z].核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院.

[責(zé)任編輯：王楠]