CPR1000核電機(jī)組低功率平臺(tái)汽輪機(jī)高中壓缸冷卻方案探索

1、CPR1000核電機(jī)組低功率平臺(tái)汽輪機(jī)高中壓缸冷卻方案探索摘要根據(jù)CPR1000核電機(jī)組大修期間高中壓缸冷卻方式和溫度曲線，對(duì)降功率期間各階段高壓缸降溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并分析了中壓缸溫度對(duì)高壓缸的影響，提出了通過降低降功率速率以增加低功率平臺(tái)停留時(shí)間，期間同時(shí)隔離GSS二級(jí)加熱器，從而加快高中壓缸冷卻速度。關(guān)鍵詞核電;低功率平臺(tái);汽輪機(jī);高中壓缸冷卻中圖分類號(hào)：TM621          文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.08.08Ab

2、stractAccordingtothecoolingmodeandtemperaturecureofhigh-midpressurecylinderduringoverhaulofCPR1000nuclearpowerunit，thedataofcoolingtemperatureofhighpressurecylinderduringtheperiodofpowerreductionisstatisticallyanalyzed，andtheinfluenceofmediumpressurecylinderisanalyzed.Itisproposedtoincreasethereside

3、ncetimeofthelowpowerplatformbyreducingthepowerreductionrate，andisolatetheGSSsecondaryheateratthesametime，soastoacceleratethecoolingrateofhigh-midpressurecylinder.KeywordsNuclearpowerunit;Lowpowerplatform;Steamturbine;High-midcylindercooling0概述紅沿河核電廠一期工程采用中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPR1000核電技術(shù)，建設(shè)4臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組。紅沿河汽輪機(jī)采用飽和蒸汽

4、、單軸、四缸、六排汽、中間再熱、沖動(dòng)凝氣式半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)，有一個(gè)高中壓合缸HIP和三個(gè)雙流道、雙排汽低壓缸LP組成。HIP缸為低合金鋼鑄造汽缸，整個(gè)汽缸由高壓、中壓兩段且水平中分的4局部組成，高壓段和中壓段的垂直結(jié)合面用螺栓聯(lián)接并在外層用密封焊，汽缸水平結(jié)合面法蘭采用螺栓聯(lián)接。高壓缸通過四根導(dǎo)汽管與高壓汽室連接，上下各兩根，高壓缸端部上下各兩根排汽管將蒸汽送入汽水別離再熱器中，再熱蒸汽經(jīng)過加熱除濕分別從上下各兩根導(dǎo)汽管進(jìn)入中壓缸汽室。高壓缸共9級(jí)，第4、6級(jí)設(shè)置有抽汽，中壓缸工4級(jí)，第2級(jí)設(shè)置有抽汽。1現(xiàn)行冷卻方式分析目前紅沿河核電廠采用正常停機(jī)解列后，汽輪機(jī)保持1500rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行空載3.

5、5H或缸溫到達(dá)165后打閘，在汽輪機(jī)空載冷卻期間，監(jiān)控高壓缸和中壓缸的進(jìn)汽參數(shù)，隔離GSS二級(jí)再熱器，以調(diào)節(jié)和降低高壓缸和中壓缸進(jìn)汽參數(shù)，打閘后自然冷卻至120。紅沿河核電近三輪大修，分別為常規(guī)島開高中壓缸抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、開低缸抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、不開缸大修，常規(guī)島已成為整個(gè)大修的關(guān)鍵路徑，這三輪大修常規(guī)島的主關(guān)鍵路徑為主機(jī)發(fā)電機(jī)和油系統(tǒng)檢修，均受到高中壓缸冷卻至120時(shí)間限制，從解列至120分別所需時(shí)間為68.4H、60.4H、54.4H，全部占用常規(guī)島關(guān)鍵路徑時(shí)間。通過實(shí)時(shí)信息監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取相關(guān)參數(shù)繪制某大修正常停機(jī)高中壓缸冷卻曲線，如下圖1。解列后增加空載時(shí)間，此時(shí)進(jìn)入缸內(nèi)的蒸汽參數(shù)降低，蒸汽流通

6、加快缸溫冷卻速度1，在打閘之后，無(wú)蒸汽流通，缸溫降速明顯降低。大修按解列開始計(jì)算大修工期，因此空載冷卻時(shí)間同時(shí)占用常規(guī)島、核島關(guān)鍵路徑工期。2冷卻原理簡(jiǎn)析由圖1可以看出，隨著機(jī)組降功率，GRE調(diào)閥逐漸關(guān)小，VVP蒸汽經(jīng)過GRE調(diào)閥的節(jié)流作用，進(jìn)入高壓缸的蒸汽溫度壓力隨負(fù)荷逐漸下降，高中壓缸的缸體溫度在降溫蒸汽的對(duì)流傳熱作用下，快速冷卻。而在打閘之后，沒有蒸汽進(jìn)入缸內(nèi)，缸的冷卻僅只能空氣自然對(duì)流冷卻。根據(jù)傳熱公式：Q=ATQ：傳熱速率，：傳熱系數(shù)，A：傳熱面積，T：溫差在打閘前，為水蒸氣對(duì)流冷卻，打閘后，空氣自然對(duì)流冷卻。對(duì)流傳熱時(shí)傳熱系數(shù)為水蒸氣為5000-15000，T約為20;熱傳導(dǎo)時(shí)傳熱

7、系數(shù)為空氣自熱對(duì)流為5-25，T約為150;因此，打閘前空載和降功率期間降溫較快。3冷卻數(shù)據(jù)分析3.1溫度探頭數(shù)據(jù)偏差分析紅沿河電廠大修時(shí)高壓缸冷卻缸溫參考溫度為GME021/022/023/024MT四個(gè)探頭所顯示溫度最高值，其中GME021/022MT為高壓缸入口截面的左右兩個(gè)探頭，其數(shù)值送至P320系統(tǒng)參與缸溫判斷，通訊有±2死區(qū)，不是連續(xù)變化，溫度顯示有延遲。GME023/024MT為高壓缸下、上兩個(gè)探頭，數(shù)值顯示值為連續(xù)值，上部GME024MT探頭溫度高于下部GME022MT溫度，如下圖2。主要由于高壓缸下部存在抽汽管道，熱容小，散熱面積大，同時(shí)飽和蒸汽冷凝水下流至下部，致

8、使下缸溫度低于上缸2。3.2單次大修缸溫冷卻數(shù)據(jù)分析經(jīng)分析多輪次大修探頭溫度曲線，各溫度探頭曲線與圖2根本保持一致，在高壓缸冷卻階段的兩個(gè)重要節(jié)點(diǎn)150和120的參考溫度主要來(lái)源于GME024MT。因此，采集某次大修GME024MT數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制溫度曲線和降溫速率曲線，如下圖3。圖3水平軸為時(shí)間軸，可以看出，降溫速率在降功率過程中逐漸加快，期間有一定幅度的波動(dòng)，但均保持較高水平的降溫速率。從降功率開始至50%功率平臺(tái)降溫速率逐漸提升至23.7/H，在50%功率平臺(tái)停留期間降溫速率快速將至12/H，在繼續(xù)降功率后，降溫速率逐漸提升至28.4/H，在27%功率平臺(tái)停留期間降溫速率迅速降低至4/

9、H，在27%功率平臺(tái)至解列期間，降溫速率提升至39/H，此時(shí)功率約為16%，此后降溫速率開始下滑至解列時(shí)的13/H，空載冷卻期間逐漸下滑至打閘時(shí)的2/H，此后缸溫進(jìn)行自然冷卻，降溫速率在1至0.5/H區(qū)間。在降功率期間的降溫速率及效果明顯好于空載冷卻。3.3降功率各階段缸溫冷卻數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析根據(jù)降功率曲線，將開始降功率至打閘分為降功率至50%Pn、50%Pn平臺(tái)、50%pn至27%Pn、27%Pn平臺(tái)、27%Pn至解列、空載冷卻等6個(gè)階段，對(duì)該6個(gè)階段降溫效果、停留時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算各平臺(tái)平均降溫速率。根據(jù)前文分析，GME021/022MT顯示有死區(qū)和延遲，因此溫度探頭數(shù)據(jù)采集GME023/0

10、24MT，取其平均值。如上表1。根據(jù)上表可以統(tǒng)計(jì)分析，在50%pn至27%Pn、27%Pn至解列兩個(gè)階段降溫速率最高，降溫效果最好，空載冷卻的降溫速率低于降功率期間的降溫速率，因此，通過降低降功率速率，增加在50%pn至27%Pn、27%Pn至解列兩個(gè)階段的停留時(shí)間，已到達(dá)快速降低缸溫的目的。CPR1000型核電機(jī)組，采用飽和蒸汽做功發(fā)電，因此在進(jìn)入高中壓缸內(nèi)的蒸汽按飽和蒸汽計(jì)算，對(duì)輪次大修進(jìn)缸蒸汽壓力、缸體溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得各階段結(jié)束時(shí)的統(tǒng)計(jì)平均值，根據(jù)蒸汽壓力可以查得各階段蒸汽溫度，與缸的平均溫度比照，溫差作為缸體降溫的動(dòng)力，其值的變化與降溫速率根本一致。由于空載期間GRE調(diào)閥開度很小，雖

11、溫差大，進(jìn)入缸內(nèi)的蒸汽大幅減少，造成冷卻速率不及降功率期間的速率。3.4GSS對(duì)缸溫冷卻影響分析在降功率期間，高壓缸排氣經(jīng)過GSS汽水別離再熱器兩級(jí)加熱后進(jìn)入中壓缸，其一次加熱器的熱源來(lái)自高壓缸第四級(jí)抽汽，二級(jí)加熱器的熱源來(lái)自VVP管道的新蒸汽，由于高中壓缸采用合缸，因此，中壓缸的溫度對(duì)高壓缸溫度也有一定影響，調(diào)取中壓缸溫度探頭GME033/034MT上、下參數(shù)繪制降功率曲線，如下圖4。由以下圖4可以看出，在降功率期間，高壓缸降溫的主要?jiǎng)恿檫M(jìn)入高壓缸的低參數(shù)蒸汽。根據(jù)CPR1000型核電機(jī)組的運(yùn)行要求：GSS汽水別離再熱器不允許單獨(dú)隔離一列再熱器;同一再熱器所屬的新蒸汽再熱器或抽汽再熱器應(yīng)同

12、時(shí)隔離;新蒸汽再熱器被隔離時(shí)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間不超過一年;在機(jī)組穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行再熱器隔離操作。因此，為減小中壓缸溫度對(duì)高壓缸降溫起負(fù)效應(yīng)，可在機(jī)組穩(wěn)定在50%Pn平臺(tái)或27%Pn平臺(tái)隔離GSS二級(jí)加熱器新蒸汽加熱器。4冷卻方案探索以目前某次大修為例，降功率圖如5，降功率至解列期間降功率速率不超過3MW/min，在50%Pn平臺(tái)停留約15min，27%Pn停留約45min，在50%及以下平臺(tái)停留方案時(shí)間4H，根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)，實(shí)際在50%Pn平臺(tái)及以下平均停留時(shí)間3.24H。根據(jù)前文分析，降溫速率在降功率過程中逐漸加快，期間有一定幅度的波動(dòng)，在50%Pn平臺(tái)、27%Pn平臺(tái)停留期間高壓缸降溫速率逐漸降低，在16%Pn左右降溫速率到達(dá)最大，此后開始下滑。根據(jù)各階段降溫?cái)?shù)據(jù)分析在50%Pn至27%Pn、27%Pn至解列兩個(gè)階段降溫速率最高，降溫效果最好。而中壓缸溫度對(duì)高壓缸降溫起負(fù)效應(yīng)，因此可以選擇隔離二級(jí)加熱器。因此，總結(jié)以上分析結(jié)果，可制定如下冷卻方案：1開始降功率至50%Pn期間，按方案速率不超過3MW/min進(jìn)行降功率。2在50%平臺(tái)停留30min，在停留期間，隔離GSS二級(jí)加熱器。350%Pn以下降功率速率降低至1.5-2MW/min，最高不超過2MW/min。4在27%Pn平臺(tái)方案停留45min，如該平臺(tái)工作結(jié)束立即繼續(xù)降功率。5在27%Pn功率至解列期間速率可適時(shí)降至1.5MW/m