華龍一號(hào)輔助蒸汽分配系統(tǒng)調(diào)試缺陷分析及解決措施

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司 李 旭

華龍一號(hào)機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)是核電站在啟動(dòng)過程中的重要熱源，該系統(tǒng)在機(jī)組調(diào)試階段，其可靠性以及穩(wěn)定性是保證機(jī)組能夠順利啟動(dòng)的關(guān)鍵之一。因華龍一號(hào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，與其他三代核電機(jī)組存在一定差異性，所以有必要對(duì)于其輔助蒸汽分配系統(tǒng)的調(diào)試缺陷進(jìn)行額外的分析，并且提出相應(yīng)的解決措施，希望能夠?yàn)槿蘸笙到y(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行提供更多的幫助。

華龍一號(hào)是由中核集團(tuán)以及中廣核集團(tuán)，根據(jù)日本福島核事故經(jīng)驗(yàn)反饋結(jié)果而自主研發(fā)的一種，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)的三代百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)。對(duì)于核電廠來說，在進(jìn)行正式使用之前，其最為重要的一個(gè)階段就是調(diào)試，其主要的責(zé)任就是承擔(dān)核電廠建造，以及運(yùn)行這兩個(gè)最為重要的階段。調(diào)試的目的其實(shí)是為了能夠?qū)⒑穗姀S已經(jīng)完全安裝好的各個(gè)部件，在進(jìn)行正式使用之前進(jìn)行最后的性能檢驗(yàn)，以此來有效的確保整個(gè)系統(tǒng)是完全符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也能夠滿足其運(yùn)行的性能標(biāo)準(zhǔn)的[1]。

對(duì)于整個(gè)調(diào)試過程進(jìn)行階段性的劃分是非常有必要的，其數(shù)目和規(guī)模直接取決于安全要求、技術(shù)要求以及管理要求。在對(duì)于調(diào)試過程進(jìn)行階段性劃分時(shí)，必須指明在每一個(gè)階段當(dāng)中都需要完成相應(yīng)的試驗(yàn)，并且要確定在繼續(xù)下一個(gè)階段試驗(yàn)之前，所有的試驗(yàn)結(jié)果都能夠通過審查。在完成了對(duì)前一個(gè)階段調(diào)試結(jié)果的評(píng)價(jià)，以及監(jiān)督并且確認(rèn)所有的目標(biāo)，能夠滿足安全管理要求的基礎(chǔ)條件之后，才能夠允許開展下一個(gè)階段的調(diào)試試驗(yàn)工作。而在本文當(dāng)中所研究的重點(diǎn)則是針對(duì)輔助蒸汽分配系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)，容易存在的缺陷進(jìn)行有效的分析，并且提出一定的解決措施，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的幫助。

1 系統(tǒng)運(yùn)行概述

每臺(tái)“華龍一號(hào)”機(jī)組每年清潔發(fā)電近100億kWh，能夠滿足中等發(fā)達(dá)國(guó)家100萬(wàn)人口的生產(chǎn)生活年度用電需求；同時(shí)，相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗312萬(wàn)t，減少二氧化碳排放816萬(wàn)t，相當(dāng)于植樹造林7000萬(wàn)棵。

核電是迄今為止最為復(fù)雜的能源系統(tǒng)。做強(qiáng)做優(yōu)核電事業(yè)，還能有效帶動(dòng)上下游大量相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)國(guó)家高端重大裝備制造業(yè)、相關(guān)服務(wù)行業(yè)發(fā)展，對(duì)材料、冶金、化工、機(jī)械、電子、儀器制造等幾十個(gè)行業(yè)的加工技術(shù)和工藝水平具有顯著拉動(dòng)作用。2020年11月27日華龍一號(hào)全球首堆，中核集團(tuán)福清核電5號(hào)機(jī)組首次完成并網(wǎng)，這一次成功的研制經(jīng)驗(yàn)也使我國(guó)真正打破了國(guó)外技術(shù)的壟斷，并且真正踏入核電領(lǐng)先技術(shù)行列當(dāng)中，這對(duì)于我國(guó)的發(fā)展來說有著無法取代的意義，同時(shí)這也就意味著在一定程度上有效地增強(qiáng)了“一帶一路”沿線國(guó)家針對(duì)華龍一號(hào)的信心[2]。

在華龍一號(hào)系統(tǒng)研究的過程中，技術(shù)工作人員一直秉承著勇攀核電技術(shù)高峰，向科技不斷索取答案的準(zhǔn)則，與此同時(shí)，華龍一號(hào)的研究也是中核集團(tuán)在30多年中進(jìn)行核電科研以及設(shè)計(jì)包括制造的基礎(chǔ)之上所研發(fā)出來的完全具備著知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果。不僅如此，目前該系統(tǒng)已經(jīng)擁有了一套非常完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，所有的核心零部件都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)化概率可達(dá)85%以上，所以完全具備批量化建設(shè)的能力。

圖1 華龍一號(hào)

根據(jù)目前的情況來看，我國(guó)所引進(jìn)的三代壓水堆核電站主要包含：歐洲的ERP核電機(jī)組以及美國(guó)的AP1000核電機(jī)組，并且在國(guó)內(nèi)都有著一定的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)這兩種核電機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試以及分析，通過橫向的對(duì)比，對(duì)于華龍一號(hào)的輔助蒸汽系統(tǒng)調(diào)試工作會(huì)產(chǎn)生一定的借鑒意義。本次系統(tǒng)在進(jìn)行研究的過程當(dāng)中，其主要的創(chuàng)新性就在于使用了能動(dòng)以及非能動(dòng)相結(jié)合的安全系統(tǒng)，這種雙層安全技術(shù)在安全性上面完全能夠滿足于國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]。

不僅如此，集團(tuán)在發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈的過程當(dāng)中還聯(lián)動(dòng)了140多家民營(yíng)企業(yè)以及58家國(guó)有企業(yè)，有效地帶動(dòng)了上下游的產(chǎn)業(yè)?？v觀整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈目前甚至已經(jīng)超過了5000多家，企業(yè)甚至于已突破了410臺(tái)核心裝備的國(guó)產(chǎn)化并且在這個(gè)過程當(dāng)中也形成了120多項(xiàng)著作權(quán)，包括700多件專利，并且還包含了一項(xiàng)國(guó)際核電標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于核電廠的前期設(shè)計(jì)以及后期的設(shè)備調(diào)試等一系列的工作進(jìn)行了概括，研究了核電廠的全生命周期的運(yùn)行情況，有效地支撐了華龍一號(hào)批量化的建設(shè)，華龍一號(hào)目前已經(jīng)成為核電市場(chǎng)當(dāng)中接受度最高的三代核電機(jī)型之一，同時(shí)也是我國(guó)核電走向世界的一個(gè)非常重要的名片，而在本文當(dāng)中主要針對(duì)華龍一號(hào)的輔助蒸汽分配系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的探析。

2 華龍一號(hào)輔助蒸汽分配系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

2.1 增加了高壓減壓站前疏水

因?yàn)樵谙到y(tǒng)當(dāng)中取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后，由主蒸汽經(jīng)過高壓減壓站減壓閥減壓，直接進(jìn)行供汽，華龍一號(hào)輔助蒸汽系統(tǒng)主要是新增設(shè)了一組疏水裝置，可以針對(duì)減壓站閥之前的管道進(jìn)行有效的疏水，疏水能夠通過疏水閥進(jìn)行自動(dòng)化的控制，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)了跳機(jī)信號(hào)或者是機(jī)組的功率小于30%，以及疏水罐液位高信號(hào)的時(shí)候，疏水閥就能夠自動(dòng)化的進(jìn)行啟用，并且完成疏水。

需要注意的一點(diǎn)是，該閥門本身的疏水功能其實(shí)就是管道的疏水，本系統(tǒng)所添加的疏水閥和管道的疏水功能基本保持相同。根據(jù)以往機(jī)組的使用經(jīng)驗(yàn)來看，在主蒸汽系統(tǒng)暖管之后，主蒸汽系統(tǒng)的常規(guī)島部分氣動(dòng)疏水閥在打開時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)主蒸汽母管壓力下降的現(xiàn)象，其具體的下降數(shù)值為0.4MPa，一回路溫度大約能夠下降2℃左右，所以如果主蒸汽系統(tǒng)十個(gè)閥門同時(shí)打開的話，那么主蒸汽母管壓力就會(huì)出現(xiàn)迅速下降的現(xiàn)象，而一回路就會(huì)被迅速的冷卻，其溫度降低的也非常快，蒸汽發(fā)生器液位會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)非常大的波動(dòng)，存在著停堆停機(jī)甚至是安全方面的風(fēng)險(xiǎn)，所以該閥門在暖管的時(shí)候值得注意的是，必須提前的閉鎖相應(yīng)的開啟信號(hào)。

2.2 取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

參考了AP1000輔助蒸汽系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，取消了蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之后，由主蒸汽經(jīng)過高壓減壓站減壓閥進(jìn)行減壓之后直接完成供汽，根據(jù)蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在運(yùn)行過程當(dāng)中的功能特點(diǎn)，以及核電站在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，降低相關(guān)的成本。

蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在運(yùn)行過程當(dāng)中主要利用的就是主蒸汽，通過該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生低壓蒸汽，利用輔助蒸汽分配系統(tǒng)就能夠向需要用汽的用戶進(jìn)行供汽，與此同時(shí)，設(shè)置好蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是為了能夠?qū)⑤o助蒸汽跟主蒸汽之間進(jìn)行隔離，避免二者之間產(chǎn)生直接接觸，防止主蒸汽在遭受放射性污染時(shí)，通過輔助蒸汽把這些污染物傳播到外界環(huán)境，或是導(dǎo)致工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全受到影響，可以說該系統(tǒng)本身就是常規(guī)島當(dāng)中的一個(gè)輔助性的系統(tǒng)。不僅如此，該系統(tǒng)還在管道當(dāng)中增加了化學(xué)取樣點(diǎn)，可有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)蒸汽的監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)了問題，能夠及時(shí)對(duì)原因進(jìn)行查明并且完成處理，如果監(jiān)測(cè)到了主蒸汽的放射性物質(zhì)超標(biāo)，也可以立刻切斷氣源，使用臨機(jī)供汽[5]。

3 系統(tǒng)調(diào)試缺陷問題以及具體的處理措施

3.1 安全閥漏蒸汽

出現(xiàn)缺陷的原因。通過對(duì)于系統(tǒng)的閥門情況進(jìn)行拆除以及研究，并且完成了打壓測(cè)試，確認(rèn)閥門本身存在著內(nèi)漏的現(xiàn)象，同時(shí)沒有辦法穩(wěn)定在安全閥的額定壓力當(dāng)中。因?yàn)殚y門排氣管排水并沒有安裝，所以現(xiàn)場(chǎng)仍然是盲板，閥門在產(chǎn)生了內(nèi)漏的情況之后，會(huì)導(dǎo)致其排氣管道出現(xiàn)冷凝的問題，而積水在此時(shí)會(huì)全部都聚集在閥門的內(nèi)部或者是排氣口彎管的位置，無法順利的排出。管道在進(jìn)氣之后，對(duì)于閥門進(jìn)行加熱后，導(dǎo)致其內(nèi)積水出現(xiàn)受熱蒸發(fā)的現(xiàn)象，蒸汽會(huì)沿著閥門法蘭縫隙排出，并且通過排氣管道在排氣管排出去。

處理措施。首先需要對(duì)于整體的閥門進(jìn)行清潔，并且把閥門內(nèi)部所有的異物都清理出去，還需要對(duì)閥門的密封面進(jìn)行打磨之后完成試壓試驗(yàn)，試壓合格之后才能夠其進(jìn)行回裝。其次是可選擇使用臨時(shí)軟管來對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)，以此來將閥門當(dāng)中存在著的積水排除干凈。

總結(jié)以及改進(jìn)建議。在采用了相應(yīng)措施之后，如仍未對(duì)于該問題進(jìn)行有效的解決，容易導(dǎo)致安全閥內(nèi)部不斷的出現(xiàn)被腐蝕的問題，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到影響，因?yàn)閺椈墒桨踩y都已經(jīng)安裝好了排水裝置，而且安全閥若是在允許的范圍之內(nèi)其實(shí)是可以出現(xiàn)一定量的泄漏的，而且無法保證安全閥可以做到完全隔離蒸汽。所以在進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，應(yīng)需要確保排氣管道的排水可用，避免出現(xiàn)其內(nèi)部的內(nèi)積水現(xiàn)象，如果調(diào)試階段正式排水管道不可用的話，也需要增加臨時(shí)排水措施。

3.2 系統(tǒng)接口位置的法蘭漏水

出現(xiàn)缺陷的原因。首先是法蘭墊片本身可能就存在著質(zhì)量方面的問題，所以無法保證整個(gè)連接位置可以做到完全的密封，其次是在進(jìn)行暖管的過程當(dāng)中，最低點(diǎn)疏水閥并沒有開啟，所以導(dǎo)致在進(jìn)行暖管時(shí)，管道當(dāng)中的積水沒有辦法及時(shí)地排出去，所以致使積水從法蘭位置滲出。

處理措施。首先需要對(duì)于法蘭墊片進(jìn)行更換，使其變?yōu)榧雍駢|片，其次是需要開啟逆止閥，通過下游疏水閥把管道當(dāng)中的積水完全排干凈之后再進(jìn)行暖管。

總結(jié)以及改進(jìn)建議。在輔助蒸汽正式啟動(dòng)之前，必須確保蒸氣管道當(dāng)中的所有積水都已經(jīng)排除干凈，避免出現(xiàn)水錘或者是漏水的現(xiàn)象。其次，確保材料的質(zhì)量也是一個(gè)較為重要的方面，所有使用的管道材料都必須滿足于使用性能，包括工藝性能方面的要求，用于管道的材料及規(guī)格跟性能必須符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或者是通用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其主要的標(biāo)準(zhǔn)包含著化學(xué)成分，以及物理包括力學(xué)特性和制造工藝等方面的要求。同時(shí)管道材料當(dāng)中不能夠添加鉛、汞、鋅等低熔點(diǎn)物質(zhì)，并且還應(yīng)該控制其他雜質(zhì)的含量。

3.3 輔助蒸汽系統(tǒng)已投，邊界閥門存在著溫度異常降低的現(xiàn)象

出現(xiàn)缺陷的原因。經(jīng)過相應(yīng)的排查之后可發(fā)現(xiàn)上游的輔助蒸汽分配系統(tǒng)，在運(yùn)行過程當(dāng)中是比較正常的，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過了點(diǎn)溫儀測(cè)量之后發(fā)現(xiàn)，蒸汽管道溫度已經(jīng)低于系統(tǒng)的正常溫度，臨時(shí)輸水管道的溫度也接近于常溫。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的查看以及研究，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)供氣管道排水利用的是臨時(shí)排水閥裝置，而且沒有安裝好疏水器，排水是無法進(jìn)行長(zhǎng)期使用的。而輔助蒸汽分配系統(tǒng)暖管在結(jié)束之后，為了能夠防止蒸汽泄漏，排水閥一般會(huì)處在一個(gè)關(guān)閉的狀態(tài)下，在一段時(shí)間之后排水不可用，就會(huì)導(dǎo)致積水通過排水管道蔓延到蒸汽管道，積水在蒸汽管道當(dāng)中積攢過多，就會(huì)導(dǎo)致蒸汽沒有辦法正常的運(yùn)送到邊界閥門，致使邊界閥門出現(xiàn)溫度降低的現(xiàn)象。

處理措施。把臨時(shí)疏水閥打開之后，將管道當(dāng)中的積水排出去，這時(shí)就能夠保證溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)條件下，后續(xù)該閥門則需要保持小開度，或者是可以定期的對(duì)于該閥門進(jìn)行開啟，避免出現(xiàn)管道當(dāng)中內(nèi)積水過多的現(xiàn)象。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及改進(jìn)建議。后續(xù)系統(tǒng)在投入使用之前必須求安裝好疏水器，確保系統(tǒng)具備著長(zhǎng)期排水的功能，如果沒有辦法正常的對(duì)于疏水管道進(jìn)行安裝的話，那么必須進(jìn)行按時(shí)的人工排水操作。