李繼兵　桑錢(qián)鋒

【摘 要】某核電機(jī)組汽機(jī)軸封系統(tǒng)在機(jī)組聯(lián)調(diào)期間頻繁出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象。為保證汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定，本文從出現(xiàn)頻繁跳閘的原因入手，對(duì)機(jī)組聯(lián)調(diào)期間采取的措施進(jìn)行介紹，并重點(diǎn)對(duì)其它可實(shí)施的改進(jìn)措施進(jìn)行分析，以期提供多種解決方案，后續(xù)從根本上解決軸封系統(tǒng)頻繁跳閘的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】核電機(jī)組；軸封系統(tǒng)；跳閘；改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0028-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.012

【Abstract】The gland seal system used in a nuclear power plant was frequently tripped during the unit start-up.In order to ensure the safe and stable operation of Turbine generator set，some measures were adopted based on the reason of trip defect of the gland seal system.And in this text， some other improvement measures were analyzed intensively ， which can provide the solution for trip defect of the gland seal system and the issue can be solved fundamentally.

【Key words】Nuclear power plant； Gland sea systeml； Trip； Improvement

0 引言

軸封系統(tǒng)[1-2]（CET）是保障汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)，在正常運(yùn)行中軸封系統(tǒng)能防止空氣由大氣漏人汽機(jī)或蒸汽由汽機(jī)漏入大氣，凝汽器保持真空狀態(tài)時(shí)需要保持軸封供氣。若失去軸封系統(tǒng)，會(huì)造成熱力效率的損失，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致軸承熱力分布不均，汽輪機(jī)設(shè)備無(wú)法安全運(yùn)行等多種運(yùn)行問(wèn)題[3-4]。

某項(xiàng)目采用CET系統(tǒng)流程示意簡(jiǎn)圖如圖1，其軸封蒸汽源采用了輔助蒸汽（SVA）單汽源，在機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷范圍內(nèi)，通過(guò)供汽控制閥（CET051VV）向軸封母管供應(yīng)軸封密封蒸汽。隨著負(fù)荷的增加，從高壓缸軸封漏入的軸封蒸汽母管的蒸汽量也增加，當(dāng)漏氣量滿(mǎn)足低壓缸軸封密封壓力要求時(shí)，機(jī)組進(jìn)入自密封狀態(tài)，供汽控制閥關(guān)閉，防止密封蒸汽母管中壓力升高，同時(shí)排汽控制閥打開(kāi)（CET5051VV），將過(guò)量蒸汽排入凝汽器。當(dāng)蒸汽母管壓力低于設(shè)定值時(shí)，汽封供汽調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，以保證汽封母管壓力在正常范圍內(nèi)。

圖1 某核電機(jī)組CET系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

1 CET頻繁跳閘問(wèn)題說(shuō)明及原因淺析

在CET1051VV自動(dòng)投運(yùn)之后，調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)CET1051VV閥前壓力波動(dòng)大，經(jīng)常導(dǎo)致CET1051VV反復(fù)啟閉，軸封系統(tǒng)無(wú)法順利自動(dòng)投運(yùn)，該現(xiàn)象在機(jī)組執(zhí)行瞬態(tài)試驗(yàn)時(shí)尤為明顯。CET跳閘的情況會(huì)使軸封系統(tǒng)隨著散失，在該狀況下調(diào)試人員只能現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，存在響應(yīng)較慢的問(wèn)題。

該問(wèn)題發(fā)生的原因主要在于設(shè)計(jì)單位與廠家的接口問(wèn)題。該項(xiàng)目最初廠家所給的設(shè)計(jì)文件對(duì)軸封汽源有嚴(yán)格品質(zhì)控制要求：即壓力在3.0bar.g～7.0bar.g，蒸汽過(guò)熱度5K，溫度小于193℃。而SVA汽源為約4%濕度的飽和蒸汽（1.2Mpa.a；188℃），經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥SVA311VV降壓后，輔助蒸汽壓力降至6.5bar.a（162℃；3%濕度），降壓后仍不能滿(mǎn)足CET對(duì)汽源品質(zhì)要求。

另由于CET管道內(nèi)壓力波動(dòng)較大，在系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中SVA311VV與CET1051VV兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同時(shí)動(dòng)作，由于兩個(gè)閥門(mén)之間管道容積有限（DN150mm，長(zhǎng)度約2m），壓力變化緩沖能力有限，在軸封系統(tǒng)快速投用時(shí)，導(dǎo)致CET調(diào)節(jié)閥前壓力波動(dòng)較大，當(dāng)壓力不滿(mǎn)足3.0bar.g～7.0bar.g邏輯限制范圍，導(dǎo)致CET2001NP（CET1051VV的調(diào)節(jié)控制器）跳閘，調(diào)節(jié)閥被閉鎖，當(dāng)壓力條件滿(mǎn)足時(shí)閥門(mén)再次打開(kāi)，導(dǎo)致閥門(mén)多次頻繁動(dòng)作。

2 CET頻繁跳閘問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)改造方案簡(jiǎn)介

2.1 調(diào)節(jié)閥PID參數(shù)優(yōu)化

上節(jié)已經(jīng)提到，CET系統(tǒng)采用的是兩個(gè)調(diào)節(jié)閥（SVA311VV及CET1051VV）共同調(diào)節(jié)。為保證兩個(gè)閥門(mén)共同調(diào)節(jié)的效果，調(diào)試人員在調(diào)試過(guò)程中對(duì)兩個(gè)閥門(mén)的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將CET1051VV的響應(yīng)速度適當(dāng)調(diào)慢，而將SVA311VV的響應(yīng)速度加快，最終使得兩個(gè)閥門(mén)的響應(yīng)可以匹配，此方法可以一定程度上減少瞬態(tài)工況CET管道內(nèi)的壓力波動(dòng)。

2.2 供汽管路加裝電加熱器

在廠家的文件中明確規(guī)定有著5K蒸汽過(guò)熱度的要求，此過(guò)熱度要求直接作為CET1051VV開(kāi)啟的閉鎖條件，即在機(jī)組低功率工況下，如輔助蒸汽供汽在不滿(mǎn)足過(guò)熱度要求的話，CET1051VV無(wú)法開(kāi)啟，即無(wú)法利用輔助蒸汽（SVA）提供CET密封蒸汽，汽輪發(fā)電機(jī)組將失去軸封蒸汽保護(hù)。

為滿(mǎn)足蒸汽的過(guò)熱度要求，可以采取對(duì)供汽管道內(nèi)的蒸汽再加熱的方法，再加熱可以通過(guò)加裝適當(dāng)功率的電加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，為了保證廠家要求的5K過(guò)熱度要求，啟機(jī)前現(xiàn)場(chǎng)在SVA311VV調(diào)閥前增加了一個(gè)加熱器。

圖2 SVA311VV前加加熱器示意圖

在增加加熱器后，可以將進(jìn)入CET1051VV前的蒸汽提前進(jìn)行加熱處理，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證能夠達(dá)到5K的過(guò)熱度要求，從而滿(mǎn)足該閥門(mén)的開(kāi)啟條件。

2.3 蒸汽過(guò)熱度優(yōu)化

設(shè)計(jì)蒸汽過(guò)熱度的目的是為了避免蒸汽管道中疏水進(jìn)入汽機(jī)內(nèi)，造成軸端汽封損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)組動(dòng)靜部件磨損、大軸彎曲或水沖擊，會(huì)造成機(jī)組安全受到?jīng)_擊，從而降低機(jī)組的運(yùn)行壽命。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于本身SVA的蒸汽即為帶有一定飽和度的飽和蒸汽，完成暖管后蒸汽中不會(huì)帶有疏水。因此在考慮蒸汽過(guò)熱度時(shí)可以適當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化，將過(guò)熱度的裕量適當(dāng)降低，一方面依然可以保證一定的過(guò)熱度，不會(huì)導(dǎo)致軸封供氣帶水的情況；另一方面將過(guò)熱度降低可以使過(guò)熱度在機(jī)組運(yùn)行時(shí)更容易滿(mǎn)足，減少軸封蒸汽供汽閥門(mén)閉鎖的可能性?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際將蒸汽過(guò)熱度由5K降低為1K，在更改的初期，對(duì)各種工況下，軸封蒸汽管道的疏水情況均進(jìn)行定期檢查，結(jié)果表明，過(guò)熱度更改后不會(huì)造成軸封輔助蒸汽供汽中含有疏水，而造成對(duì)于汽機(jī)的傷害。

2.4 CET1051VV前管道冷態(tài)備用

實(shí)際在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中投運(yùn)CET（或CET意外停運(yùn)后再次重新自動(dòng)停運(yùn)）時(shí)發(fā)現(xiàn)：盡管已經(jīng)加裝并投運(yùn)了加熱器，但在投運(yùn)CET后發(fā)現(xiàn)CET1051VV還是會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱度小于1K而被閉鎖開(kāi)啟，導(dǎo)致CET無(wú)法投運(yùn)或者意外停運(yùn)后無(wú)法自動(dòng)重新投運(yùn)。

造成該問(wèn)題的原因主要是：由于CET1051VV開(kāi)啟前，前面管道內(nèi)的SVA蒸汽長(zhǎng)時(shí)間處于無(wú)法流動(dòng)的狀態(tài)，這種狀況下加熱器處于自身防止干燒等損害等的保護(hù)，會(huì)自動(dòng)停運(yùn)，又會(huì)造成蒸汽的過(guò)熱度不滿(mǎn)足。

為解決現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)時(shí)出現(xiàn)的這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采取投運(yùn)前將CET1054VV（CET1051VV的手動(dòng)旁路閥，參見(jiàn)圖2）手動(dòng)開(kāi)至一定開(kāi)度（根據(jù)后面機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般開(kāi)度置為15%-20%），保證管道內(nèi)蒸汽的長(zhǎng)期流動(dòng)性，加熱器一旦具備投運(yùn)條件后，即滿(mǎn)足CET1051VV開(kāi)啟的條件，軸封系統(tǒng)可以順利投運(yùn)。在高功率平臺(tái)時(shí)，也始終保持旁路閥CET1054VV的開(kāi)啟，一旦機(jī)組進(jìn)行瞬態(tài)試驗(yàn)或進(jìn)行突然降功率操作，輔助蒸汽一路可以迅速投運(yùn)，而不受過(guò)熱度的閉鎖條件制約，即實(shí)現(xiàn)CET1051VV閥前管道冷態(tài)備用。

該方案實(shí)現(xiàn)較為方便，并能很好地解決現(xiàn)場(chǎng)過(guò)熱度的需求及輔助軸封蒸汽管道冷態(tài)備用的問(wèn)題，但同時(shí)也存在以下的缺點(diǎn)：一方面在初始投運(yùn)階段，由于手動(dòng)開(kāi)啟CET1054VV，必將導(dǎo)致一部分不滿(mǎn)足品質(zhì)要求的蒸汽進(jìn)入軸封；另一方面，機(jī)組高功率運(yùn)行時(shí)，按設(shè)計(jì)使用高壓缸漏入蒸汽作為軸封蒸汽汽源，此時(shí)CET1054VV的開(kāi)啟必然造成輔助蒸汽的部分浪費(fèi)[5]。

3 其余改造方案的可行性分析

現(xiàn)場(chǎng)為保證CET軸封系統(tǒng)快速自動(dòng)投運(yùn)的要求，采取了上述的多種手段，目前將軸封調(diào)節(jié)閥旁路 閥CET1054VV手動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)加熱器一直投用，保證軸封母管的熱備用，此方案可能造成軸封母管蒸汽溫度偏高、旁路閥小流量長(zhǎng)期使用影響其壽命的缺點(diǎn)。

同時(shí)由于采用雙閥控制，盡管已對(duì)閥門(mén)PID進(jìn)行了調(diào)節(jié)，但在瞬態(tài)工況仍不可避免出現(xiàn)雙閥調(diào)節(jié)紊亂的現(xiàn)象。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，本文將提出以下改進(jìn)方案，以供后續(xù)機(jī)組進(jìn)行改造使用。

3.1 取消過(guò)熱度限制

廠家增加過(guò)熱度的限制主要是保證進(jìn)入軸封的是飽和蒸汽，防止有水進(jìn)入，造成對(duì)汽機(jī)內(nèi)部的損傷[6]。若能保證進(jìn)入軸封的蒸汽已充分進(jìn)行疏水是可以忽略過(guò)熱度的要求的。因此建議在軸封供氣母管（SVA管道）及軸封母管的最低點(diǎn)增加疏水裝置，以保證在加入蒸汽中存在疏水的情況下可以將疏水全部帶走，旨在保證最終進(jìn)入軸封的蒸汽式完全飽和的。在此條件下可以取消過(guò)熱度的限制，甚至可以取消加熱器。

取消過(guò)熱度的限制后，可以滿(mǎn)足正常的CET啟動(dòng)條件，因此也不需要常開(kāi)手動(dòng)旁路閥。此方案存在的風(fēng)險(xiǎn)即無(wú)法在理論上保證完全去除蒸汽中的疏水，因此該方案還需進(jìn)一步研究。

3.2 增加啟動(dòng)旁路

考慮到取消過(guò)熱的方案的難度及CET1051VV閥前管道增加伴熱帶的，可以采用增加啟動(dòng)旁路的方式來(lái)解決系統(tǒng)冷備用無(wú)法自動(dòng)啟動(dòng)的問(wèn)題。

增加啟動(dòng)旁路思路為：在CET管道上增加一路直接排冷凝器的啟動(dòng)旁路，功能同CET1054VV，即在低功率階段一直保持其開(kāi)啟，以保證機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)變化時(shí)（軸封由自密封轉(zhuǎn)為SVA提供蒸汽），軸封蒸汽管道內(nèi)一直有蒸汽處理流動(dòng)狀態(tài)，從而加熱器能保持投運(yùn)，過(guò)熱度等蒸汽參數(shù)均能保證系統(tǒng)投運(yùn)要求，即CET1051VV一直處理熱備用狀態(tài)，即需要利用輔氣供軸封時(shí)能立即投運(yùn)CET1051VV。

考慮到運(yùn)行過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，增加的啟動(dòng)旁路一直開(kāi)啟的話會(huì)導(dǎo)致部分蒸汽連續(xù)排向冷凝器，勢(shì)必會(huì)造成一部分的蒸汽損失。因此在此啟動(dòng)旁路應(yīng)設(shè)置一電動(dòng)隔離閥，并設(shè)置相應(yīng)邏輯：在超過(guò)一定功率（如40%PN，軸封采用自密封）時(shí)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，而功率降至一定負(fù)荷（也可按40%PN），閥門(mén)打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)上述提及的冷備用功能。

3.3 系統(tǒng)內(nèi)采用單閥控制

SVA311VV和CET1051VV共同調(diào)節(jié)時(shí)難以避免調(diào)試紊亂的問(wèn)題。產(chǎn)生雙閥控制的根本為系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)未能統(tǒng)籌考慮廠家與設(shè)計(jì)院之間的功能需求。因此建議后續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)能充分考慮雙方的接口，取消一個(gè)調(diào)節(jié)閥，采用單閥控制的思路，能在根本上避免雙閥控制造成的系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)。

4 結(jié)論

本文對(duì)某核電機(jī)組軸封系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁跳閘的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)介及原因分析，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)為解決該問(wèn)題采用的相關(guān)手段進(jìn)行了介紹及效果分析。除此以外，對(duì)其它相關(guān)的可行性方案如取消過(guò)熱度、增加啟動(dòng)旁路、采用單閥控制的改進(jìn)方案也一并進(jìn)行相應(yīng)的說(shuō)明，供后續(xù)系統(tǒng)繼續(xù)改造時(shí)使用，以期能徹底對(duì)軸封系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁跳閘的問(wèn)題。

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