旋膜式除氧器工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運行方式保壓控制系統(tǒng)在核電站中的應(yīng)用 旋膜式除氧器工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運行方式保壓控制系統(tǒng)在核電站中的應(yīng)用。通過對核電站1號機組旋膜式除氧器工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運行方式的研究，對旋膜式除氧器保壓控制策略的設(shè)計目的、適用工況、探測原理及實現(xiàn)方法等進行了深入地分析?？偨Y(jié)了調(diào)試期間出現(xiàn)的問題及解決方案，在機組進行跳機不跳堆、甩50%負荷至汽輪機額定轉(zhuǎn)速等典型瞬態(tài)試驗時，對旋膜式除氧器保壓控制策略的響應(yīng)次進行了遙遙驗證，結(jié)果遙遙旋膜式除氧器蒸汽壓力控制平穩(wěn)，相關(guān)經(jīng)驗具有一定的借鑒意義。
核電站一期建設(shè)4臺百萬kW遙遙壓水堆核電機組，單機裝機容量1089MW。工程采用型號為GC6000GS410淋水盤式單體臥式無頭旋膜式除氧器，旋膜式除氧器總長48.5m,內(nèi)徑4.4m,總?cè)莘e718m3,高工作壓力0.86MPa,高工作溫度178.1℃,低穩(wěn)定運行壓力0.17MPa,額定出力5982.5th。機組正常運行時，旋膜式除氧器蒸汽流量維持在200th,旋膜式除氧器采取定壓與滑壓相結(jié)合的運行方式。鑒于淋水盤式旋膜式除氧器的結(jié)構(gòu)特點，為防止損壞內(nèi)部淋水盤，旋膜式除氧器要求內(nèi)部壓降速率小于0.2MPaminl]。旋膜式除氧器保壓控制策略可以在機組甩負荷等瞬態(tài)工況下快速打開主蒸汽至旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)閥，遙遙旋膜式除氧器壓力控制平穩(wěn)，并降低由于旋膜式除氧器壓力下降過低造成主給水泵發(fā)生汽蝕的風(fēng)險。
目前遙遙內(nèi)學(xué)者對大容量發(fā)電機組的旋膜式除氧器選型及瞬態(tài)過程進行了大量的理論分析及真計算，但對核電機組旋膜式除氧器瞬態(tài)工況下壓力控制的實際應(yīng)用、出現(xiàn)問題及解決方案研究較少。采用了旋膜式除氧器壓力設(shè)定值數(shù)字化的計算方法，將給定值直接作為旋膜式除氧器甩負荷壓力控制器的設(shè)定值輸入，通過設(shè)定值的階躍增加，甩負荷壓力控制器快速控制主蒸汽至旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)閥的開度，甩負荷壓力控制器與正常壓力控制器的輸出相互跟蹤，實現(xiàn)無擾切換。通過核電站1號機組啟動試驗期間進行的典型瞬態(tài)試驗，獲得了機組的實際瞬態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，對試驗情況進行了深入分析，對旋膜式除氧器保壓控制策略在數(shù)字化控制系統(tǒng)實現(xiàn)過程中出現(xiàn)的典型問題進行了及時處理。
1旋膜式除氧器介紹
問題分析及解決方案
(1)二次保壓失敗。旋膜式除氧器保壓試驗過程中，在進行2次保壓試驗時保壓模式被提前復(fù)位，導(dǎo)致保壓控制失敗。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在1次保壓試驗遙遙后，旋膜式除氧器壓力設(shè)定值的時間函數(shù)輸出保持為負值，旋膜式除氧器保壓模式壓力設(shè)定值≤0。當(dāng)再次啟動保壓控制時，由于DCS信號采集、邏輯運算需一定周期,保壓模式生效1個運算周期內(nèi)旋膜式除氧器壓力設(shè)定值的偏置尚未計算為0.36MPa,旋膜式除氧器保壓模式的壓力設(shè)定值仍≤0,導(dǎo)致保壓模式被提前復(fù)位，保壓控制失敗。因此，在旋膜式除氧器保壓模式壓力設(shè)定值≤0復(fù)位保壓模式的邏輯中增加了1s的延時模塊，規(guī)避了DCS運算周期帶來的時間差,遙遙了旋膜式除氧器保壓控制的正確動作。
(2)旋膜式除氧器壓力變送器、旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率的量程設(shè)置不滿足現(xiàn)場需求。機組在滿功率運行時旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力為0.83MPa,該平臺發(fā)生甩負荷工況，根據(jù)保壓邏輯在45s后設(shè)定值將在原基礎(chǔ)上自動增加0.36MPa,設(shè)定值瞬間可以達到1.19MPa,而旋膜式除氧器壓力變送器量程設(shè)置為0～1MPa,不滿足現(xiàn)場需求，后將量程變更為0～1.2MPa。旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率的量程原設(shè)置為0～1.2MPas,實際發(fā)生甩負荷工況時旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力將迅速下降，變化率為負值，原量程無法滿足控制需求。將旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率量程修改為0.05～0.05MPas,經(jīng)驗證可滿足現(xiàn)場需求。
(3)保壓模式被頻繁觸發(fā)。汽輪機沖轉(zhuǎn)期間由于旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力波動導(dǎo)致旋膜式除氧器保壓模式被頻繁觸發(fā)，主蒸汽至旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)閥不斷開大，致使旋膜式除氧器壓力、溫度持續(xù)升高，間接提高了備用主給水泵機械密封水的出口溫度，有造成主給水泵失去備用的風(fēng)險，也不利于旋膜式除氧器的安全運行。為防止變送器波動導(dǎo)致旋膜式除氧器保壓邏輯誤觸發(fā)，對旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力增加了1s的一節(jié)慣遙遙環(huán)節(jié)再進行變化率判斷。由于機組在270MW及以下負荷運行時，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力<0.17MPa,旋膜式除氧器蒸汽尚未由高壓缸排汽供應(yīng)。此時保壓模式的生效對旋膜式除氧器壓力控制無益，建議后續(xù)可在旋膜式除氧器保壓模式生效邏輯中增加機組低負荷時的閉鎖條件。
(4)存在模式切換失敗的風(fēng)險。旋膜式除氧器給水控制由水位控制模式切換為流量控制模式的判斷條件為瞬態(tài)工況發(fā)生前機組功率>50%,該條件未設(shè)置后延時功能，在控制系統(tǒng)采集到汽機跳閘或甩負荷信號時機組功率可能已降低至50%以下，存在模式切換失敗的風(fēng)險。因此，在機組功率>50%條件后增加了3s的后延時模塊，及時記憶了機組跳閘前的功率水平，遙遙了旋膜式除氧器給水控制模式切換的動作遙遙。
(5)旋膜式除氧器給水控制由水位控制模式切換為流量控制模式時，給水流量的初始設(shè)定值為定值(3924th),將導(dǎo)致機組低功率甩負荷時旋膜式除氧器水位波動較大。因此，可考慮將給水流量的設(shè)定值優(yōu)化為瞬態(tài)工況發(fā)生前機組負荷的函數(shù)，這樣有利于降低旋膜式除氧器水位波動，使旋膜式除氧器給水流量控制模式更地適應(yīng)多功率平臺下的瞬態(tài)工況。
4瞬態(tài)工況下旋膜式除氧器保壓控制策略的響應(yīng)
(1)甩負荷擾動試驗。機組在50%—15%—50%功率平臺進行5%min負荷線遙遙變化試驗時，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為±0.001MPas;機組在30%功率平臺進行10%負荷階躍變化試驗時，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為±0.001MPas;機組進行負荷線遙遙變化試驗及負荷階躍變化試驗時，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力的下降速率均小于0.003MPas,旋膜式除氧器保壓模式未觸發(fā)，主蒸汽至旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)閥未開啟，旋膜式除氧器蒸汽壓力控制平穩(wěn)，滿足設(shè)計要求。
(2)跳機不跳堆及反應(yīng)堆跳堆試驗。機組在50%功率平臺進行跳機不跳堆試驗時，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為±0.002MPas。50%功率平臺進行反應(yīng)堆跳堆試驗時，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為0.002～0.003MPas,下降速率均未遙遙過0.003MPas,旋膜式除氧器保壓模式未觸發(fā)。
(3)甩負荷試驗。機組在50%功率平臺進行甩負荷至汽輪機額定轉(zhuǎn)速試驗，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為0.015～0.002MPas,小于0.003MPas,延時45s后旋膜式除氧器保壓模式自動觸發(fā)，旋膜式除氧器蒸汽壓力設(shè)定值由試驗前的0.339MPa自動增加到0.699MPa,主蒸汽至旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)閥迅速響應(yīng)開大至35%。隨后設(shè)定值按0.1MPamin的速率自動下降，旋膜式除氧器壓力由旋膜式除氧器壓力保壓控制器自動調(diào)節(jié)，機組甩負荷7min19s后，旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)由保壓控制器自動切換為正常壓力控制器。旋膜式除氧器保壓模式觸發(fā)期間，旋膜式除氧器壓力高為0.368MPa,低為0.207MPa,下降速率為0.025MPamin,遠遠小于旋膜式除氧器不高于0.2MPamin的要求，遙遙了旋膜式除氧器和主給水泵的安全運行，具體趨勢見圖2。
1一機組負荷；2—汽機轉(zhuǎn)速；3—旋膜式除氧器壓力；4—旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力；5—旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率；6—旋膜式除氧器保壓模式設(shè)定值；7—主蒸汽至旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)閥開度；8—旋膜式除氧器保壓模式。
圖2機組甩50%負荷至汽輪機額定轉(zhuǎn)速
通過對旋膜式除氧器保壓控制策略及旋膜式除氧器給水控制策略的不斷調(diào)整，旋膜式除氧器保壓模式觸發(fā)正常，旋膜式除氧器給水控制模式切換遙遙。在機組30%、50%功率平臺期間進行了負荷擾動、跳機不跳堆、甩負荷至空載、甩負荷至廠用電、反應(yīng)堆跳堆等多種典型瞬態(tài)試驗，旋膜式除氧器壓力、水位控制平穩(wěn)，旋膜式除氧器壓力下降速率為0.025MPamin,滿足旋膜式除氧器結(jié)構(gòu)的要求，保障了旋膜式除氧器及主給水泵的穩(wěn)定運行，為機組的安全運行創(chuàng)造了有利條件。核電站旋膜式除氧器保壓控制策略的遙遙應(yīng)用可為后續(xù)核電機組的調(diào)試起到一定的借鑒作用。