福清核電2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組出力降低原因分析

福清核電2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組出力降低原因分析

Summary：核電廠機(jī)組出力能力與電廠經(jīng)濟(jì)效益緊密相關(guān)。提前識(shí)別機(jī)組潛在風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)消除機(jī)組設(shè)備缺陷、提高機(jī)組運(yùn)行出力等一直以來(lái)都是核電廠的重要技術(shù)工作。在出力變化時(shí)及時(shí)對(duì)比分析機(jī)組性能，查明原因，對(duì)保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行以及電廠經(jīng)濟(jì)效益有重大意義。文章以福清核電2號(hào)機(jī)組為例分析機(jī)組出力降低原因，明確電廠調(diào)停對(duì)機(jī)組出力造成的影響，對(duì)保證和改善機(jī)組出力提供建議，為同行電廠提供參考。Keys：機(jī)組出力；機(jī)組調(diào)停；蒸汽發(fā)生器；凝汽器背景

2019年1月1日至今福清4臺(tái)機(jī)組多次調(diào)峰、調(diào)停，總體頻度遠(yuǎn)高于往年。根據(jù)機(jī)組滿(mǎn)功率運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，1-4號(hào)機(jī)組出力隨海水溫度升高均有所下降，但1、2、4號(hào)機(jī)組低于2018年相同海水溫度下機(jī)組出力，3號(hào)機(jī)組較同期出力水平良好。4號(hào)機(jī)組調(diào)閥開(kāi)度為57%，出力仍有提升余量。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，2號(hào)機(jī)組較同期出力下降最多。表1福清1-4號(hào)機(jī)組出力數(shù)據(jù)表機(jī)組號(hào)實(shí)際出力（MW）熱功率（MW）海水溫度（℃）調(diào)閥開(kāi)度（%）較2018年出力差值（MW）1#1070285928.562.0-42#1071284728.262.0-83#1073288928.162.0+24#1074287528.457.0-5

調(diào)研同行電廠同型號(hào)機(jī)組出力情況，選取海水溫度較為接近的機(jī)組數(shù)據(jù)。隨夏季海水溫度升高，機(jī)組實(shí)際出力均下降至TMCR工況設(shè)計(jì)出力以下。針對(duì)此現(xiàn)象同行電廠通過(guò)取消調(diào)閥開(kāi)度限值以提高蒸汽流量及熱功率，從而提升機(jī)組出力。同時(shí)其海域海水溫度略低于福清海域，故機(jī)組出力能力整體高于福清核電。表2同行電廠機(jī)組出力數(shù)據(jù)表機(jī)組號(hào)實(shí)際出力（MW）熱功率（MW）海水溫度（℃）調(diào)閥開(kāi)度福清2#1075284727.764.0%某電廠A#1079288426.364.1%某電廠B#1083289727.064.2%機(jī)組主要參數(shù)分析機(jī)組熱效率熱效率在一定程度上反映機(jī)組做功能力，即機(jī)組將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力，是衡量機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。2018年至2019年6月隨福清海域水溫升高逐漸步入夏季工況，1、3、4號(hào)機(jī)組熱效率緩慢下降至設(shè)計(jì)額定TMCR工況以下，但均優(yōu)于SCR工況（夏季工況）熱效率。對(duì)比相似海水溫度下參數(shù)數(shù)據(jù)，2019年2號(hào)機(jī)組熱效率優(yōu)于同期2017、2018年的機(jī)組熱效率，且遠(yuǎn)大于額定TMCR工況下的效率。2號(hào)機(jī)組熱效率最優(yōu)。汽輪發(fā)電機(jī)組做功能力應(yīng)不是造成機(jī)組出力降低的主要原因。凝汽器性能凝汽器性能直接影響機(jī)組出力能力，凝汽器性能越好，機(jī)組出力越高。凝汽器背壓是凝汽器的重要參數(shù)，是衡量凝汽器效率的重要指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)，凝汽器背壓越低，機(jī)組出力越好。2號(hào)機(jī)組近四年海水溫度為30℃時(shí)凝汽器背壓均維持在8kPa左右。2019年2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓為7.95kPa，較往年基本持平，對(duì)比其余三臺(tái)機(jī)組背壓曲線變化趨勢(shì)一致，與海水溫度呈良好正相關(guān)關(guān)系，凝汽器效率未見(jiàn)異常。圖1滿(mǎn)功率狀態(tài)機(jī)組凝汽器背壓趨勢(shì)圖為進(jìn)一步分析凝汽器性能，選取近年來(lái)數(shù)據(jù)對(duì)凝汽器端差進(jìn)行比較。凝汽器端差是凝汽器壓力下的飽和溫度與冷卻水出口溫度之差，其大小與海水進(jìn)口溫度、低壓缸蒸汽質(zhì)量、凝汽器換熱管清潔度及海水流量等有關(guān)。凝汽器端差可反應(yīng)凝汽器換熱能力，端差越小，設(shè)備換熱能力越好，機(jī)組出力越高。2號(hào)機(jī)組凝汽器端差設(shè)計(jì)值為4.13℃，表4選取了2016-2019年2號(hào)機(jī)組海水溫度約為30℃時(shí)的凝汽器端差值，近四年均保持在3.3℃左右，凝汽器換熱性能較往年同期變化不大。根據(jù)2號(hào)機(jī)組滿(mǎn)功率狀態(tài)下機(jī)組凝汽器端差趨勢(shì)圖可以看出凝汽器端差與海水溫度變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)，曲線在端差設(shè)計(jì)值附近來(lái)回波動(dòng)，冬季部分時(shí)段高于設(shè)計(jì)值，凝汽器換熱性能較差。但從2019年1月中旬開(kāi)始，隨著海水溫度升高，2號(hào)機(jī)組凝汽器端差值呈下降趨勢(shì)，4月24日后下降至設(shè)計(jì)值以下且低于2018年同期水平，凝汽器換熱能力良好。結(jié)合以上指標(biāo)判斷，凝汽器性能不是造成機(jī)組出力降低的主要原因。圖22號(hào)機(jī)組凝汽器端差趨勢(shì)圖蒸汽發(fā)生器性能蒸汽發(fā)生器出口壓力是表征蒸汽發(fā)生器換熱能力的參數(shù)，蒸汽發(fā)生器出口壓力越高，蒸發(fā)器換熱能力越好，機(jī)組出力越高。但是隨著機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，蒸汽發(fā)生器會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢、清潔度降低，蒸發(fā)器換熱性能變差導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器出現(xiàn)出口壓力緩慢下降的現(xiàn)象。蒸發(fā)器在首循環(huán)、次循環(huán)存在磨合期，機(jī)組主蒸汽壓力會(huì)出現(xiàn)明顯下降，一般為3-18個(gè)月。磨合期結(jié)束后，主蒸汽母管壓力將自然回升。2016年5月開(kāi)始，2號(hào)機(jī)組出力低于同期1號(hào)機(jī)組，最大相差10MW。經(jīng)過(guò)201、202大修后主蒸汽壓力升回升，機(jī)組出力升高，2018年2號(hào)機(jī)組出力為廠內(nèi)最優(yōu)。自2019年3月底開(kāi)始，2號(hào)機(jī)組主蒸汽出口壓力明顯降低，后4月4日、4月16日經(jīng)歷兩次調(diào)停，主蒸汽壓力趨于穩(wěn)定后較去年同期數(shù)據(jù)下降約0.5bar.g。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)大量電廠蒸發(fā)器出口壓力下降原因的分析，機(jī)組經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的停堆熱備或低功率運(yùn)行，蒸汽發(fā)生器傳熱管外表面有利于傳熱效應(yīng)的松散沉積物會(huì)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，從而導(dǎo)致傳熱管換熱效率的下降，直接體現(xiàn)在主蒸汽母管壓力參數(shù)的下降。而2號(hào)機(jī)組自2019年1月1日起共經(jīng)歷了15次調(diào)峰、2次調(diào)停，長(zhǎng)時(shí)間處于停堆和低功率運(yùn)行狀態(tài)，符合上述現(xiàn)象的原因。圖32號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器出口壓力趨勢(shì)圖福清核電4臺(tái)機(jī)組2019年蒸汽發(fā)生器出口壓力發(fā)生多次波動(dòng)，期間均出現(xiàn)不同程度的下降。選取2018-2019年相近海水溫度時(shí)的數(shù)據(jù)比較，1-3號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器出口壓力低于同期水平，蒸發(fā)器換熱能力有所下降。4號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器出口壓力高于同期水平，目前為4臺(tái)機(jī)組最優(yōu)。1-4號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器出口壓力下降均出現(xiàn)在機(jī)組調(diào)停、小修后，證實(shí)2號(hào)機(jī)組出現(xiàn)蒸汽發(fā)生器出口壓力降低現(xiàn)象是由于長(zhǎng)時(shí)間處于低功率運(yùn)行狀態(tài)導(dǎo)致的。2號(hào)機(jī)組較同期蒸汽發(fā)生器出口壓力降低最多，蒸發(fā)器換熱能力下降，機(jī)組出力受到一定程度影響。表3福清1-4號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器出口壓力數(shù)據(jù)表機(jī)組號(hào)蒸汽發(fā)生器出口壓力（MPa）較2018年同期差值（bar.g）1#6.63-0.342#6.63-0.503#6.64-0.034#6.76+0.70機(jī)組回?zé)嵝阅軝C(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)通過(guò)汽輪機(jī)高中壓合缸、低壓缸抽汽對(duì)給水加熱從而提高機(jī)組效率。2號(hào)機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)包括1、2號(hào)復(fù)合型低壓加熱器、3、4號(hào)低壓加熱器和6、7號(hào)高壓加熱器等。其中對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組出力影響較大的為高壓加熱器，2018-2019年2號(hào)機(jī)組高壓加熱器抽汽壓力、給水側(cè)進(jìn)出口溫度和給水流量等都較為穩(wěn)定，上下波動(dòng)較小，加熱器正常加熱給水，未見(jiàn)異常。加熱器端差是衡量加熱器傳熱效果及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)，可作為判斷汽輪發(fā)電機(jī)組加熱器性能的指標(biāo)，端差越小，加熱器性能越好。根據(jù)2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組熱力性能試驗(yàn)結(jié)果，低壓加熱器端差對(duì)機(jī)組出力影響較小，選取6、7號(hào)高壓加熱器端差進(jìn)行趨勢(shì)分析。6號(hào)高壓加熱器上、下端差設(shè)計(jì)值分別為5.0℃、7.0℃，7號(hào)高壓加熱器上、下端差設(shè)計(jì)值分別為2.1℃、5.9℃。2018-2019年7號(hào)高壓加熱器上端差A(yù)、B列始終低于設(shè)計(jì)值，下端差A(yù)、B列均維持在8~8.5℃左右，高于設(shè)計(jì)值。同理對(duì)6號(hào)高壓加熱器端差分析，2018-2019年其上端差與設(shè)計(jì)值基本一致，曲線趨勢(shì)平緩，較為穩(wěn)定，下端差維持7.5~8℃左右，高于設(shè)計(jì)值。整體看來(lái)高壓加熱器性能略差，對(duì)6、7號(hào)高壓加熱器端差修正至設(shè)計(jì)值可使汽輪發(fā)電機(jī)組出力分別提高約160kW和250kW。但2019年機(jī)組加熱器性能較往年未發(fā)生明顯變化，所以機(jī)組回?zé)嵝阅懿皇菣C(jī)組出力降低的主要原因。機(jī)組再熱性能機(jī)組再熱系統(tǒng)采用兩級(jí)式汽水分離再熱器，在除去蒸汽中水份的同時(shí)通過(guò)主蒸汽與高壓缸抽汽對(duì)高壓缸出口蒸汽加熱，保證進(jìn)入中壓缸的蒸汽為過(guò)熱蒸汽，提高蒸汽品質(zhì)，降低對(duì)中壓缸的沖蝕。2018-2019年2號(hào)機(jī)組汽水分離再熱器A、B列出口壓力穩(wěn)定維持在0.92MPa左右，一、二級(jí)抽氣量穩(wěn)定，出口溫度隨設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行呈緩慢下降趨勢(shì)，A、B列下降范圍為0.5~1.5℃左右，最低約為273.7℃，高于設(shè)計(jì)值268.8℃，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。通過(guò)計(jì)算汽水分離再熱器端差對(duì)其換熱性能進(jìn)行分析，汽水分離再熱器一級(jí)端差設(shè)計(jì)值為11℃，二級(jí)端差設(shè)計(jì)值為11.3℃。2號(hào)機(jī)組汽水分離再熱器端差趨勢(shì)圖如圖8所示，2018-2019年2號(hào)機(jī)組一、二級(jí)端差值均出現(xiàn)小幅度波動(dòng)，但整體趨勢(shì)較為穩(wěn)定。一級(jí)端差維持在9.5~10℃左右，二級(jí)端差在7~8.2℃之間波動(dòng)，均低于設(shè)計(jì)值，汽水分離再熱器換熱性能良好。結(jié)合以上信息判斷機(jī)組再熱性能不是造成機(jī)組出力下降的主要原因。圖42號(hào)機(jī)組汽水分離再熱器端差趨勢(shì)圖結(jié)論影響機(jī)組出力因素包括很多方面，文中挑選部分主要參數(shù)對(duì)機(jī)組出力影響進(jìn)行分析。通過(guò)機(jī)組內(nèi)及機(jī)組間數(shù)據(jù)橫縱向?qū)Ρ龋?號(hào)機(jī)組熱效率、凝汽器性能、機(jī)組回?zé)峒霸贌嵯到y(tǒng)較同期均未發(fā)生明顯變化，不是造成機(jī)組出力降低的主要原因。2019年2號(hào)機(jī)組多次參與調(diào)峰、調(diào)停，滿(mǎn)功率運(yùn)行后蒸發(fā)器出口壓力明顯降低，導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱能力下降，從而造成機(jī)組出力能力低于去年同期值。根據(jù)福清核電機(jī)組運(yùn)行情況并結(jié)合同行電廠經(jīng)驗(yàn)反饋，蒸汽發(fā)生器換熱能力是可以改善的。一方面，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)在蒸汽發(fā)生器傳熱管上生成松散沉積物，可以提高其換熱效率。如：福清3號(hào)機(jī)組2019年調(diào)停后主蒸汽母管壓力明顯降低，但隨著機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行主蒸汽壓力已緩慢回升，接近同期水平。另一方面，對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)行化學(xué)清洗和物理沖洗可一定程度上提高蒸發(fā)器清潔度，有利于設(shè)備傳熱，但其效果視實(shí)際情況而定。如：福清4號(hào)機(jī)組401大修通過(guò)蒸發(fā)器管板正反向沖洗，主蒸汽壓力明顯提升了1bar.g。以上均是通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證過(guò)可以改善蒸汽發(fā)生器換熱能力的方法。建議機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行可在一定程度上提高蒸汽發(fā)生器換熱效率，而機(jī)組頻繁參與調(diào)峰、調(diào)停會(huì)造成蒸發(fā)器傳熱能力降低影響機(jī)組出力，此類(lèi)現(xiàn)象大多發(fā)生在調(diào)停后。電廠應(yīng)盡量避免機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于停堆及低功率運(yùn)行狀態(tài)；核電廠通常設(shè)有蒸汽流量限值、壓力限值等對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行多重保護(hù)。電廠可通過(guò)設(shè)置蒸