DEG冷凍系統(tǒng)的季節(jié)性問(wèn)題分析

張鴻劍 李鳳山

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽314300）

0 概述

秦山二期核島冷凍水系統(tǒng)DEG是用來(lái)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)）、EVR（安全殼連續(xù)通風(fēng)系統(tǒng)）五個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的冷卻器連續(xù)提供冷凍水的，并且在需要的時(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;本系統(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。

1 DEG冷凍機(jī)組的運(yùn)行

DEG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。下面采用單機(jī)負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示各用戶負(fù)荷的大小。

以反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況時(shí)為例：

在夏季負(fù)荷中，EVR負(fù)荷為1160kW，占單機(jī)負(fù)荷比是58%，EVC負(fù)荷為82.6kW，占單機(jī)負(fù)荷比是4%，DVN負(fù)荷為1862.7kW，占單機(jī)負(fù)荷比是83%，DVK負(fù)荷為300kW，占單機(jī)負(fù)荷比是15%，DVG負(fù)荷為116.4kW，占單機(jī)負(fù)荷比是5.6%，RRI負(fù)荷為113kW，占單機(jī)負(fù)荷比是5.6%，夏季總負(fù)荷為3634.7kW，占單機(jī)負(fù)荷比182%；

在冬季負(fù)荷中，EVR負(fù)荷為1005kW，占單機(jī)負(fù)荷比是50%，EVC負(fù)荷為82.6kW，占單機(jī)負(fù)荷比是4%，DVG負(fù)荷為70kW，占單機(jī)負(fù)荷比是3.5%，冬季總負(fù)荷為1157.6kW，占單機(jī)負(fù)荷比57.5%。

可以看出：

（1）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。而實(shí)際并聯(lián)時(shí)，3號(hào)機(jī)接近滿負(fù)荷，而1、2號(hào)機(jī)的負(fù)荷較小，嚴(yán)重不平衡。1、2號(hào)并聯(lián)時(shí)，負(fù)荷均擔(dān)，導(dǎo)葉開度都在60-80%左右，與設(shè)計(jì)基本一致。

（2）冬季總負(fù)荷量為57.5%，單機(jī)運(yùn)行即可，而實(shí)際冬季導(dǎo)葉僅在20%開度以下，即處于低負(fù)荷的不利工況下，與設(shè)計(jì)相差較大。

夏季比冬季負(fù)荷大，體現(xiàn)在安全殼外用戶上（NX，KX）；反應(yīng)堆的高狀態(tài)比低狀態(tài)時(shí)的負(fù)荷大，主要由殼內(nèi)溫度變化引起EVR/EVC的負(fù)荷變化。

而EVR，EVC屬于固定流量用戶，DVK，DVN，DVG的冷卻盤管均裝有三通控制閥，以此閥調(diào)節(jié)通過(guò)用戶的冷凍水量來(lái)6跟蹤實(shí)際負(fù)荷需求，從而改變了冷凍水回水溫度，最后通過(guò)DEG自身的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)跟蹤負(fù)荷變化。

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)，只需一臺(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)則仍需保留一臺(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)的缺陷、原因及改進(jìn)

2.1 冬季，冷凍機(jī)組處于低負(fù)荷狀態(tài)

海鹽冬天冷卻水的溫度較低，為 15-20℃，經(jīng)常運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)故障報(bào)警而自動(dòng)停機(jī)，顯示為“主電機(jī)繞組過(guò)熱”和“油溫過(guò)高”故障，造成機(jī)組不能正常運(yùn)行。

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，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=（QW-(QS+N)）/QW

在如此低的熱負(fù)荷情況下，要確保熱平衡，則必須相應(yīng)減小熱負(fù)荷，此時(shí)可以通過(guò)調(diào)小冷凝器進(jìn)出口閥門的開度，降低冷卻水流量，使制冷劑在冷凝器、蒸發(fā)器的吸放熱逐步趨于平衡，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℃。

設(shè)冷水和冷凍水溫度接近，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)是利用壓差壓送冷卻用制冷劑液來(lái)冷卻自身，壓差減少供給量就要減少，主電機(jī)有過(guò)熱危險(xiǎn)，壓差低于保護(hù)值，就跳機(jī)。另一方面，兩水溫度接近，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)頻繁啟停對(duì)零部件有傷害。

要達(dá)到正常運(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值的60%，當(dāng)?shù)陀?0%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，降低換熱效率。即使已經(jīng)聯(lián)系廠家將導(dǎo)葉（導(dǎo)葉開度控制著單位時(shí)間冷媒的壓縮量）原設(shè)計(jì)最小值20%降到10%（幸運(yùn)的是并沒有出現(xiàn)喘振，低負(fù)荷調(diào)節(jié)導(dǎo)葉容易發(fā)生喘振），也不能完全保證低負(fù)荷工況正常運(yùn)行，尤其是在10-20%冷量工況下。

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，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)。

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。

2.2 夏季時(shí)，3號(hào)機(jī)負(fù)荷較高，1號(hào)機(jī)負(fù)荷很低

由于現(xiàn)場(chǎng)管道布置，三臺(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、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)機(jī)負(fù)荷較高，1號(hào)機(jī)負(fù)荷很低）。

3號(hào)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。

夏季如果是1，3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。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，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)）。一般應(yīng)使1，2號(hào)并列運(yùn)行。

當(dāng)冷凍水進(jìn)回管路增加集分水器后，此種情況將得到解決。

3 小結(jié)

通過(guò)對(duì)DEG冷凍機(jī)組的運(yùn)行分析和運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們能更進(jìn)一步的掌握DEG系統(tǒng)的特性，對(duì)于我們更系統(tǒng)的研究DEG系統(tǒng)有所幫助。在之后的工作中，能透過(guò)經(jīng)驗(yàn)和理論，幫助我們更好的處理問(wèn)題。

［1］核島冷凍水系統(tǒng)手冊(cè)[Z].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].馬核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院.