核电厂汽轮机热应力控制技术的研究
陈基福 周睿
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陈基福 周睿,. 核电厂汽轮机热应力控制技术的研究[J]. 中国电气工程,202211. DOI:10.12721/ccn.2022.157104.
摘要: 核电厂汽轮机是火力发电厂中的重要发电设备,保障其安全与有效的运转,对于我国的电力行业健康发展至关重要。而热应力控制技术的应用效果又会直接影响到汽轮机的运行,基于此,相关的电力企业应积极地研究汽轮机热应力控制技术,将其投入到核电厂中有效地运用,使发电工作能得到高效地开展,保障我国核电战略能源与电力企业的健康发展。
关键词: 核电厂;汽轮机 ;热应力控制技术;转子技术
DOI:10.12721/ccn.2022.157104
基金资助:

前言:

电力是我国人们生产与发展所需的重要能源,但是由于电力能源使用量的不断增加,为了满足人们的高电力应用需求,核电能源得以衍生,大量的核电厂得以建设,有效地促进了我国电力行业的发展,解决了我国当前电力能源紧缺的问题。而热应力控制技术又是保障整个汽轮机安全工作的重要技术,相关的电力企业应进行对这一技术的深度研究,通过研究其应用情况,根据当前的核电厂工作情况,进行相应的技术改进,进一步发挥出其技术应用价值,有效地推动我国核电厂与电力企业的同步健康发展。 

一、核电厂汽轮机的概况

(一)汽轮机的工艺特性

核电厂中的汽轮机与火电厂中的汽轮机其结构与系统都是基本相同的,但是不同的是核电厂中的汽轮机还会受到热功率与流量的影响,这就会使其具有一定的工艺特性,需按照常规匹配核岛的要求进行对其设计,以保障其安全运用的效果。而从其实际运用的角度来说,是核电厂中的机组都是依靠饱和蒸汽中的汽水分离再热系统进行汽轮发电工作,但是火电厂中是直接通过蒸汽进行发电,所以使得汽轮机的运行会时候系统中多种因素的影响,这是其特殊的工艺特点,这就需要通过对热应力控制的运用,解决这些不良因素对其的影响,实现对其安全运行的保证。

(二)汽轮机的力学特性

从力学特性的角度研究可见,核电厂汽轮机一般所运用的都是全速机,这就使得其会受到温度、压力与湿度的影响,其力学会受这些影响因素的影响而产生一定的改变,所以需要热控制技术进行对其控制,以避免其影响到汽轮机的稳定运行。在从应力的角度来说,这种全速机的热应力比常规的半速机硬度大,这就使得气动与适应力相对薄弱,在运用其的过程中需根据汽轮机的工作要求,进行对全速机与半速机的合理选择,发挥出其力学应用价值。

(三)汽轮机的安全性

在核电厂发电的过程之中,保障汽轮机的安全稳定运行至关重要。其热应力控制系统就是控制发电顺利开展的重要技术之一,在汽轮机进行发电工作的时候,其汽轮机受到的热应力就会逐渐升高,如若不在此时进行对其热应力进行合理的控制,就会使得转子设备产生被严重损坏的问题,影响到发电的安全、效率与效果,会为电气企业造成严重的经济损失。但是通过合理地运用热应力控制系统进行对其运行热应力和温度的合理控制,就可以从根源上杜绝汽轮机产生的热疲劳问题,保障其热应力控制的有效性,以及整个汽轮机的安全稳定运行。

二、汽轮机的热应力控制技术——转子应力

在汽轮机热应力控制技术之中其转子应力是重要的部件,一旦其出现问题,则会使热应力无法得到有效控制,造成热应力控制失效,使汽轮机无法安全进行发电工作。因此,电力企业需注重对转子的保护,控制好其受到的应力,随之有效地保障热应力控制技术应用效果。

(一)转子应力的特性

实际上热应力是由工作应力与热应力组成的,从转子工作的情况而言,当汽轮机进行启动或是停止的过程中,其转子受到的蒸汽温度都会发生改变,这就会使得其会产生一定的压缩或是拉伸应力,这是转子应力的特性。在启动的时候其应力是对称性的,但是停止的时候则是拉伸力更大,超过了压缩力,较为同样使其产生损坏,这无疑是电气企业所需注意与解决的重要问题。

(二)转子应力的控制

汽轮机热应力控制实际上就是通过转子应力进行对其汽轮机受到热应力的控制。当其能得到有效的控制,就会使汽轮机组受到的启动压力与负载相对平衡,这样汽轮机的安全工作效果自然就能得到保障。而其转子应力的实现所依赖的是汽轮机自启动程序,所以在启动的时候就需要让该程序进行对高压转子应力的计算,当其能有效地计算应力就可以进行控制,但是如若无效地计算就无法控制转子应力,自启动程序会自行确定转子应力的极限,其产生控制问题的可能性就会变大,会影响到应力控制的工作效果。因此,在设计其计算程序功能的时候,需进行对转子起升速率与升负荷载发生的转变严格计算,在设计出相应的蒸汽温度变化控制数值要求随之进行相应的转子热应力控制,使压缩力与拉伸力都能得到合理控制,解决以上的转子应力问题,使汽轮机能真正得到稳定地运行。

(三)转子应力应用

电力企业要想合理地运用转子应力,保障其被有效地运用热应力控制之中,赋予热应力控制有效控制的运用效果,相关的电力企业就需加强对热应力控制工作人员的教育培训,使其能正确地认识转子应力与热应力控制技术之间的关系,进行的这一控制技术的高效运用。同时,使其能从转子应力着手进行对热应力控制技术的改进设计,精确地设计出相应的应力荷载数值计算程序与系统,使其能实时监测汽轮机所受的温度与应力,发挥出其超高的控制运用效果,不断地提高汽轮机的经济运用价值与发电运用价值。

三、改进汽轮机的进汽控制

为保障汽轮机能得到高效地进汽控制,相关的电力企业需进行对汽轮机的改进,使进汽能进行对热应力控制系统的有效干扰,使转子应力能得到有效地控制,控制好汽轮机受到的热应力,以不断地提高其热应力控制工作效果,以及汽轮机的工作效果。

(一)改进主蒸汽

为避免热力控制技术转子应力无法受进汽稳定影响进行计算控制工作,相关的电气企业应进行对主蒸汽的改进,通过对其蒸汽的目标功能的合理设计,使其能在工作的时候自动启动逻辑运算的功能,准确地计算出高压转子,以及汽轮机壳体的问题,进行相应的对比运算,以启动相应的有效地控制程序。之后,还需进行对其蒸汽修正功能的改进,可以通过设计出根据不同蒸汽目标不同修正值,使蒸汽温度能始终比目标值的比数值,能一直在不大5K和不小2K之间,保障修正功能对于蒸汽温度数值的精确修正,加强对热应力控制技术运用效果的保证。最后,通过对其跟踪功能的改进式设计,进行对蒸汽温度变化的实时跟踪改进,这样就能保障主蒸汽温度一旦出现不良变化及能被发现进行修正,为热应力控制技术在核电厂汽轮机中的安全运用提供有力的能用保障。

(二)改进再热蒸汽

在运用热应力控制技术的时候,进行对再热蒸汽的改进,才能更好地保障热应力控制的效果和汽轮机的高效运行。相关的电力企业可以通过先改进蒸汽的目标,设计出汽轮机所能承受的转子可以承受的最高与最低温度范围,使其超出温度范围能及时地发出警报,也使其始终将温差控制在合理的范围之内,以保障再热蒸汽的安全工作效果,避免其受到的热应力过大产生的安全问题。同时,通过对其修正功能中修正函数的的修正,使其能强化对于转子速率与温度热应力的计算,使其能结合汽轮机的工作应力承受情况进行合理及时修正。并通过其跟踪功能的设计,使其数值能与运算目标值相同,使其能真正达到主蒸汽对于再热蒸汽的工作要求,不断提高其热应力控制技术对于再热蒸汽的控制效果。

结束语:

总而言之,将热应力控制技术合理地运用到核电厂汽轮机之中,才能实现对汽轮机高效安全运行的保证。相关的电力企业应深度探究汽轮机、热应力控制技术、转子应力,有效地发挥出这一技术的应用价值,并通过对主蒸汽与再热蒸汽的改进,强化对于热应力控制技术的运用,使其能保障两个蒸汽的温度热应力都始终合格,从而保障汽轮机的安全性与经济运用效果,推动我国电力企业与各个核电厂健康可持续发展。

参考文献:

[1] 靳倩.核电厂汽轮机热应力控制技术的研究[J].硅谷.2015,(4):137.

[2] 王鹏,李潇潇,李文福,等.汽轮机高温热部件寿命监测系统介绍[J].热力透平.2019,(4):3.