柴油機(jī)（中/冷卻水）海水熱交換器對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性的影響及改善思路淺談

王泉　李寅光　李屹

【摘 要】核安全無論是在核電站設(shè)計(jì)、建造，還是調(diào)試、運(yùn)行期間，都是需要優(yōu)先考慮的問題。保障核安全要做許多方面的工作，本論文從秦山一廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組基本功能和運(yùn)行方式、海水熱交換器存在的主要問題和解決問題的一些思路和方法著手，從一個(gè)側(cè)面來探討提高應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性，確保在事故工況下能為專設(shè)安全設(shè)施提供應(yīng)急電源，保證核電站的安全。

【關(guān)鍵詞】功能；熱交換器；內(nèi)漏

中圖分類號(hào)： TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）23-0070-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.028

【Abstract】Nuclear safety in nuclear power plant design，construction，and during debugging and running，is a priority for the problem.Nuclear security to do a lot of work，this paper from the qinshan plant emergency diesel generator set the basic function and operation mode，main problems of water heat exchanger，and some ideas and methods to solve the problem，from one side to discuss to enhance the operation reliability of the emergency diesel generator set，make sure that under accident conditions to set up safety facilities to provide emergency power supply，ensure the safety of nuclear power plant.

【Key words】Function；Heat exchanger；Internal leakage

1 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)基本功能和運(yùn)行方式

秦山核電站的3套應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組和相關(guān)設(shè)備組成了廠用1E級(jí)交流電力系統(tǒng)。每個(gè)專設(shè)安全通道由一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)供電，第三臺(tái)（2#）柴油發(fā)電機(jī)組作為1#/3#的檢修備用。在廠用電源失電時(shí)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為各自專設(shè)安全設(shè)施通道的一個(gè)獨(dú)立電源，發(fā)揮其作用。各柴油發(fā)電機(jī)在實(shí)體上和電氣上是彼此獨(dú)立的，用于使應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)和加載的控制設(shè)備在電氣上和實(shí)體上也是獨(dú)立的。

在電廠廠外電源失電的工況下，廠用電由主發(fā)電機(jī)通過高壓廠變提供，安全停堆所需的廠用電力則由設(shè)置在廠內(nèi)的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)供電。

1.1 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組基本功能

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是核電站以下事故工況時(shí)，為應(yīng)急設(shè)施提供電源：

（1）外電網(wǎng)突然斷電工況；

（2）主回路失失去冷卻劑同時(shí)外電網(wǎng)失電。

1.2 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式

當(dāng)6KV安全母線由于失去廠外電源而失壓，但反應(yīng)堆沒有發(fā)生事故，低電壓繼電器便自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，等待4s鐘后斷開6KV安全母線進(jìn)線開關(guān)601/602，掃除母線上除1#--4#堆用變壓器（變壓器所帶大于55KW的電動(dòng)機(jī)負(fù)載也掃除）以外的所有負(fù)荷。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)按專設(shè)安全設(shè)施失電后所需的供電要求自動(dòng)接至安全母線，并按預(yù)定程序帶載。

發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故（LOCA），如果廠外電源仍可供電，安注驅(qū)動(dòng)信號(hào)程序起動(dòng)必要的與安全相關(guān)設(shè)備和應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，但應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)不合上，安全母線也不執(zhí)行掃負(fù)荷，此時(shí)僅按安注帶載程序起動(dòng)負(fù)荷。

發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故（LOCA），同時(shí)廠外電源失電時(shí)，安注驅(qū)動(dòng)信號(hào)起動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，6KV安全母線I/II段上的低電壓繼電器發(fā)出安全母線失電信號(hào)，等待4s鐘后斷開601/602開關(guān)，掃除母線上除1#--4#堆用變壓器（變壓器所帶大于55KW的電動(dòng)機(jī)負(fù)載也掃除）以外的所有負(fù)荷。當(dāng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)達(dá)到額定電壓和頻率時(shí)，出口開關(guān)自動(dòng)合上。專設(shè)驅(qū)動(dòng)程序按安注或失電程序使應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組帶上負(fù)荷。廠外電源恢復(fù)后，即可通過同期裝置將安全母線（由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電）和公用母線并列，然后斷開應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組出口開關(guān)。

在三臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)故障導(dǎo)致6KV安全母線均失去柴油發(fā)電機(jī)供電方式時(shí)，按失去二個(gè)廠內(nèi)獨(dú)立電源對(duì)待。如果只有一個(gè)6KV安全段失去柴油發(fā)電機(jī)供電方式，則按失去一個(gè)廠內(nèi)獨(dú)立電源對(duì)待。

失去一個(gè)廠內(nèi)獨(dú)立電源時(shí)，電站允許運(yùn)行72小時(shí)，超過72小時(shí)應(yīng)手動(dòng)降功率，要求在6小時(shí)內(nèi)使電站處于4A階段，并在以后的30小時(shí)內(nèi)使電站處于冷停堆狀態(tài)；

失去二個(gè)廠內(nèi)獨(dú)立電源時(shí)，應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)恢復(fù)一個(gè)電源，否則應(yīng)在6小時(shí)內(nèi)使電站處于4A階段，并在以后的30小時(shí)內(nèi)使電站處于冷停堆狀態(tài)，并且從開始失電時(shí)起，7天內(nèi)恢復(fù)第二套應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。

2 應(yīng)急柴油機(jī)的（中/冷卻水）海水熱交換器系統(tǒng)的功能

應(yīng)急柴油機(jī)設(shè)立了通道獨(dú)立的海水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和中冷水系統(tǒng)，以最終利用海水系統(tǒng)帶走柴油機(jī)機(jī)體、空冷器和機(jī)油系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。

柴油機(jī)冷卻水采用化學(xué)除鹽水，主要帶走柴油機(jī)缸體及增壓器的熱量，冷卻水經(jīng)高溫水泵、機(jī)體、增壓器、熱交換器和溫度調(diào)節(jié)器回到冷卻水箱，熱量通過熱交換器由海水帶走。暖機(jī)時(shí)熱水管或電加熱器對(duì)冷卻水箱進(jìn)行加熱，將水加熱到55℃左右，預(yù)熱水泵按0.1Mpa壓力連續(xù)加熱機(jī)體，而柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)預(yù)熱水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

柴油機(jī)中冷水系統(tǒng)同樣采用一組化學(xué)除鹽水，主要排出空冷器和機(jī)油系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。中冷水箱的水經(jīng)低溫水泵加壓后經(jīng)空冷器，并聯(lián)進(jìn)入機(jī)油熱交換器，再經(jīng)中冷熱交換器冷卻，回到中冷水箱。

3 應(yīng)急柴油機(jī)的（中/冷卻水）海水熱交換器存在的主要問題及對(duì)機(jī)組的影響

應(yīng)急柴油機(jī)的中冷水和冷卻水是化水車間供給的除鹽水，其本身的水質(zhì)是有保證的。但由于冷卻水管材選取、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上存在缺陷，導(dǎo)致經(jīng)過十幾年的運(yùn)行后，結(jié)垢、減薄現(xiàn)象十分嚴(yán)重。2002年EDG冷卻水經(jīng)多次換水后，水仍很混，水質(zhì)很差。#3EDG冷卻水進(jìn)水管道解體后發(fā)現(xiàn)被腐蝕得相當(dāng)嚴(yán)重，柴油機(jī)機(jī)頭進(jìn)水管內(nèi)壁附有不少黑色、類似橡膠的物質(zhì)；中冷卻水箱中也發(fā)現(xiàn)有黑色的懸浮物；2#EDG大修時(shí)，拆下高溫水泵入口管及各缸冷卻水回水支管，發(fā)現(xiàn)高溫水泵泵體及葉輪（片）生銹，回水支管有一層很厚的銹，增壓器進(jìn)水空心螺釘已銹蝕。據(jù)此可認(rèn)為2#EDG冷卻水管路均已嚴(yán)重生銹。

R6期間，2#柴油機(jī)大修時(shí)，發(fā)現(xiàn)冷卻水熱交換器傳熱管破損引起海水進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，造成冷卻水進(jìn)出口支管全部堵死，水套全部堵死。事后更換了16個(gè)汽缸，冷卻水系統(tǒng)所有管道全部更換，冷卻水熱交換747根傳熱管全部更換，延誤了大修工期。由此可見，柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)和中冷水系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的正常備用的重要程度。如果中冷水水質(zhì)不合格，會(huì)引起中冷水系統(tǒng)管道結(jié)垢，影響冷卻效果；而冷卻水水質(zhì)不合格，會(huì)直接影響到柴油機(jī)汽缸的降溫，危及柴油機(jī)本體的安全。

經(jīng)過多個(gè)循環(huán)運(yùn)行的出來的結(jié)論，公司果斷采取了糾正行動(dòng)，從兩個(gè)方面入手。

（1）針對(duì)系統(tǒng)：做出了熱交換器海水出口閥的運(yùn)行方式（解除了停機(jī)出口閥鎖關(guān)，保持出口閥常開狀態(tài)）。這樣避免了停機(jī)狀態(tài)下，由于進(jìn)口閥內(nèi)漏，造成傳熱管長期浸泡在海水中，加速傳熱管腐蝕，同時(shí)避免了再出口閥關(guān)閉良好而進(jìn)口閥內(nèi)漏時(shí)海水壓力大于殼側(cè)冷卻水壓力，一旦傳熱管泄露，海水就會(huì)進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，腐蝕柴油機(jī)本體。修改了熱交換器海水出口閥的運(yùn)行方式，保持常開后，不論是在柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下還是備用狀態(tài)下能始終保證管側(cè)海水壓力小于殼側(cè)冷卻水壓力，即使傳熱管泄露，也是冷卻水往海水漏，不會(huì)對(duì)柴油機(jī)本體造成腐蝕，且一旦泄露，可通過冷卻水箱液位變化進(jìn)行識(shí)別判斷，這樣熱交換器的泄露狀況會(huì)處在可控狀態(tài)下，腐蝕后果不會(huì)擴(kuò)大。

（2）針對(duì)設(shè)備：在R10大修以后采取每四個(gè)循環(huán)對(duì)熱交換器鋁銅管進(jìn)行更換。

糾正行動(dòng)方案出來后，不難看出對(duì)比之前冷卻水熱交換器有所好轉(zhuǎn)，但是中冷熱交換器水沒有極大的改善，還是新的缺陷不斷的出現(xiàn).，經(jīng)過查閱CASE歷史工單的缺陷，2012年至2014年中冷水熱交換器漏的頻繁次數(shù)，有增無減，

（1）1#EDG中冷水箱熱交換器內(nèi)漏，導(dǎo)致中冷水箱補(bǔ)水頻繁。工單號(hào)：65167

（2）1#EDG中冷水箱水位下降快，運(yùn)行人員頻繁補(bǔ)水。工單號(hào)：69188

（3）3#EDG中冷水箱水位下降快，運(yùn)行人員頻繁補(bǔ)水。工單號(hào)：69197

（4）2#EDG中冷水箱水位下降快，運(yùn)行人員頻繁補(bǔ)水。工單號(hào)：81504

（5）3#EDG中冷水箱水位下降快，運(yùn)行人員頻繁補(bǔ)水。工單號(hào)：81259

從工單中出現(xiàn)的缺陷問題，不難看出，更改海水出口閥的運(yùn)行方式和定期更換銅管雖然能起到監(jiān)視熱交換器的運(yùn)行狀況，不讓缺陷擴(kuò)大話，但是沒有在根本上解決問題，反而有加重的趨勢。2014年2#EDG中冷水箱與3#EDG中冷水箱兩個(gè)設(shè)備出現(xiàn)的缺陷相隔前后兩者不到三個(gè)月。如果長期以往下去，對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)廠內(nèi)電源可靠性，帶來極大的影響。

4 解決（中/冷卻水）海水熱交換器的思路

通過對(duì)海水熱交換器的糾正行動(dòng)我的思路是是用鈦管來代替銅管，海水熱交換器傳熱管采用銅管，由于受海水沖刷，腐蝕而泄露。帶來的后果是不停的更換銅管，并對(duì)管口及管板面進(jìn)行防腐處理，由于海水泥沙含量大造成銅管腐蝕主要因素，管束內(nèi)海水流量降低而導(dǎo)致海水泥沙在管內(nèi)沉積，鈦管耐腐蝕性能好，強(qiáng)度高。鈦管比銅管薄很多，長時(shí)間使用后，鈦管不易結(jié)垢，鈦管的傳染系數(shù)反而高出銅管5%以上，且有較好的經(jīng)濟(jì)性，長時(shí)間使用，脹焊處不易泄露，其使用壽命提高，維修費(fèi)用降低。當(dāng)然我這個(gè)想法可能比較片面，單純的從設(shè)備缺陷的問題及材質(zhì)上去考慮，如果真的需要實(shí)施的話，需要多方面的調(diào)研與認(rèn)證，需要機(jī)械，材料，焊接，工藝，儀控，質(zhì)保等多個(gè)專業(yè)人員參與，最后才能定奪。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組基本運(yùn)行方式、 （中/冷卻水）海水熱交換器系統(tǒng)的功能及主要問題及對(duì)機(jī)組的影響，最后從出現(xiàn)問題切入點(diǎn)，提出自己對(duì)熱交換器變更的想法。我廠海水熱交換器的不穩(wěn)定運(yùn)行，給運(yùn)行與檢修人員帶來了極大工作困難，運(yùn)行方面：因?yàn)樗涞膬?nèi)漏帶來的頻繁補(bǔ)水，處理缺陷做安措，需要頻繁的倒換應(yīng)急柴油機(jī)的通道。檢修方面：處理缺陷的工期長，準(zhǔn)備材料多。為此耗損人力物力，最主要的是在處理熱交換器的缺陷當(dāng)中，我們失去一路通道可靠的廠內(nèi)應(yīng)急電源。并且從長遠(yuǎn)角度來看，30萬機(jī)組如果延壽成功的話，海水熱交換器這個(gè)我廠歷史安全隱患問題必須解決。為此，我將在以后的工作中不遺余力的探索，安全是核電的生命，作為一個(gè)核電人終身銘記于心。

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