旋膜式除氧器工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)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(yùn)行方式保壓控制系統(tǒng)在核電站中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)核電站1號(hào)機(jī)組旋膜式除氧器工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式的研究，對(duì)旋膜式除氧器保壓控制策略的設(shè)計(jì)目的、適用工況、探測(cè)原理及實(shí)現(xiàn)方法等進(jìn)行了深入地分析?？偨Y(jié)了調(diào)試期間出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案，在機(jī)組進(jìn)行跳機(jī)不跳堆、甩50%負(fù)荷至汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速等典型瞬態(tài)試驗(yàn)時(shí)，對(duì)旋膜式除氧器保壓控制策略的響應(yīng)次進(jìn)行了遙遙驗(yàn)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(yàn)具有一定的借鑒意義。
核電站一期建設(shè)4臺(tái)百萬(wàn)kW遙遙壓水堆核電機(jī)組，單機(jī)裝機(jī)容量1089MW。工程采用型號(hào)為GC6000GS410淋水盤(pán)式單體臥式無(wú)頭旋膜式除氧器，旋膜式除氧器總長(zhǎng)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(yùn)行壓力0.17MPa,額定出力5982.5th。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行方式。鑒于淋水盤(pán)式旋膜式除氧器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為防止損壞內(nèi)部淋水盤(pán)，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(jī)組甩負(fù)荷等瞬態(tài)工況下快速打開(kāi)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(guò)低造成主給水泵發(fā)生汽蝕的風(fēng)險(xiǎn)。
目前遙遙內(nèi)學(xué)者對(duì)大容量發(fā)電機(jī)組的旋膜式除氧器選型及瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行了大量的理論分析及真計(jì)算，但對(duì)核電機(jī)組旋膜式除氧器瞬態(tài)工況下壓力控制的實(shí)際應(yīng)用、出現(xiàn)問(wèn)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(jì)算方法，將給定值直接作為旋膜式除氧器甩負(fù)荷壓力控制器的設(shè)定值輸入，通過(guò)設(shè)定值的階躍增加，甩負(fù)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(kāi)度，甩負(fù)荷壓力控制器與正常壓力控制器的輸出相互跟蹤，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。通過(guò)核電站1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)期間進(jìn)行的典型瞬態(tài)試驗(yàn)，獲得了機(jī)組的實(shí)際瞬態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)情況進(jìn)行了深入分析，對(duì)旋膜式除氧器保壓控制策略在數(shù)字化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中出現(xiàn)的典型問(wèn)題進(jìn)行了及時(shí)處理。
1旋膜式除氧器介紹
問(wèn)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(yàn)過(guò)程中，在進(jìn)行2次保壓試驗(yàn)時(shí)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(yàn)遙遙后，旋膜式除氧器壓力設(shè)定值的時(shí)間函數(shù)輸出保持為負(fù)值，旋膜式除氧器保壓模式壓力設(shè)定值≤0。當(dāng)再次啟動(dòng)保壓控制時(shí)，由于DCS信號(hào)采集、邏輯運(yùn)算需一定周期,保壓模式生效1個(gè)運(yùn)算周期內(nèi)旋膜式除氧器壓力設(shè)定值的偏置尚未計(jì)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(shí)模塊，規(guī)避了DCS運(yùn)算周期帶來(lái)的時(shí)間差,遙遙了旋膜式除氧器保壓控制的正確動(dòng)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(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求。機(jī)組在滿(mǎn)功率運(yùn)行時(shí)旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力為0.83MPa,該平臺(tái)發(fā)生甩負(fù)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(dòng)增加0.36MPa,設(shè)定值瞬間可以達(dá)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(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)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(shí)際發(fā)生甩負(fù)荷工況時(shí)旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力將迅速下降，變化率為負(fù)值，原量程無(wú)法滿(mǎn)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(yàn)證可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求。
(3)保壓模式被頻繁觸發(fā)。汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)期間由于旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力波動(dòng)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(kāi)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(jī)械密封水的出口溫度，有造成主給水泵失去備用的風(fēng)險(xiǎn)，也不利于旋膜式除氧器的安全運(yùn)行。為防止變送器波動(dòng)導(dǎo)致旋膜式除氧器保壓邏輯誤觸發(fā)，對(duì)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(jìn)行變化率判斷。由于機(jī)組在270MW及以下負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，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(shí)保壓模式的生效對(duì)旋膜式除氧器壓力控制無(wú)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(jī)組低負(fù)荷時(shí)的閉鎖條件。
(4)存在模式切換失敗的風(fēng)險(xiǎn)。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(jī)組功率>50%,該條件未設(shè)置后延時(shí)功能，在控制系統(tǒng)采集到汽機(jī)跳閘或甩負(fù)荷信號(hào)時(shí)機(jī)組功率可能已降低至50%以下，存在模式切換失敗的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在機(jī)組功率>50%條件后增加了3s的后延時(shí)模塊，及時(shí)記憶了機(jī)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(dòng)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(shí)，給水流量的初始設(shè)定值為定值(3924th),將導(dǎo)致機(jī)組低功率甩負(fù)荷時(shí)旋膜式除氧器水位波動(dòng)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(jī)組負(fù)荷的函數(shù)，這樣有利于降低旋膜式除氧器水位波動(dòng)，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(tái)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(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)。機(jī)組在50%—15%—50%功率平臺(tái)進(jìn)行5%min負(fù)荷線遙遙變化試驗(yàn)時(shí)，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為±0.001MPas;機(jī)組在30%功率平臺(tái)進(jìn)行10%負(fù)荷階躍變化試驗(yàn)時(shí)，旋膜式除氧器抽汽逆止閥前壓力變化率為±0.001MPas;機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷線遙遙變化試驗(yàn)及負(fù)荷階躍變化試驗(yàn)時(shí)，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(kāi)啟，旋膜式除氧器蒸汽壓力控制平穩(wěn)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
(2)跳機(jī)不跳堆及反應(yīng)堆跳堆試驗(yàn)。機(jī)組在50%功率平臺(tái)進(jìn)行跳機(jī)不跳堆試驗(yàn)時(shí)，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(tái)進(jìn)行反應(yīng)堆跳堆試驗(yàn)時(shí)，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(guò)0.003MPas,旋膜式除氧器保壓模式未觸發(fā)。
(3)甩負(fù)荷試驗(yàn)。機(jī)組在50%功率平臺(tái)進(jìn)行甩負(fù)荷至汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，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(shí)45s后旋膜式除氧器保壓模式自動(dòng)觸發(fā)，旋膜式除氧器蒸汽壓力設(shè)定值由試驗(yàn)前的0.339MPa自動(dòng)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(kāi)大至35%。隨后設(shè)定值按0.1MPamin的速率自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)，機(jī)組甩負(fù)荷7min19s后，旋膜式除氧器壓力調(diào)節(jié)由保壓控制器自動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yùn)行，具體趨勢(shì)見(jiàn)圖2。
1一機(jī)組負(fù)荷；2—汽機(jī)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(kāi)度；8—旋膜式除氧器保壓模式。
圖2機(jī)組甩50%負(fù)荷至汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速
通過(guò)對(duì)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(jī)組30%、50%功率平臺(tái)期間進(jìn)行了負(fù)荷擾動(dòng)、跳機(jī)不跳堆、甩負(fù)荷至空載、甩負(fù)荷至廠用電、反應(yīng)堆跳堆等多種典型瞬態(tài)試驗(yàn)，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(mǎn)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(yùn)行，為機(jī)組的安全運(yùn)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(jī)組的調(diào)試起到一定的借鑒作用。

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