核电厂蒸汽疏水的硬伤--蒸汽疏水器问题分析与处理
摘要: 自从产业革命以来,蒸汽已被广泛地应用在各工业部门,特别在石化、化工、纺织、轻工、电力等行业,都大量地使用蒸汽。及时排除蒸汽系统中的凝结水,防止凝结水进入下游设备或在管道中产生水锤现象;减少蒸汽的泄漏,提高蒸汽使用设备的热效率等问题也越来越受到各行各业的重视,疏水器就是解决这些问题的主要装置。如何通过设备的良好选型、设计、运行、维护,避免核电厂系统管道水锤汽锤导致设备损坏、保证蒸汽疏水器的可靠性能,需要每一位核电工作者进行思考。

疏水器是安装在蒸汽加热设备或蒸汽输送管网上,起自动阻汽排水作用的装置,疏水器能自行“识别”蒸汽和凝结水、起到阻汽排水作用。“识别”蒸汽和凝结水基于三个原理:密度差、温度差和相变,据此原理,工业应用上制造出三种类型的疏水器:机械型、热静力型、热动力型。

疏水器的正确选型和安装直接影响到蒸汽系统相关管线、设备的安全运行和节能好坏,疏水器的正确、高效工作,还对电厂的经济性起着十分重要的作用。一个性能完美、制造精良的疏水器,如果安装使用不当,同样也达不到预期的效果。然而,对于工程建设实际来说,由于各种各样的原因,核电厂机组部分疏水器的选型、安装存在问题导致部分管线设备长期存在跑冒滴漏、疏水不畅等情况,对后续电厂的经济性、运行维护的便利性产生了极大不利的影响。

1. 逻辑控制方面导致的疏水阀频繁动作问题

某M310堆型核电厂1号机组低功率运行期间,主蒸汽母管联箱经常出现旁路自动疏水阀开启导致主管道压力降低的问题。

以旁路自动疏水阀1VVP709VL为例,其初始设计逻辑是:

1)自动状态下,汽轮机跳闸C8信号或功率小于30%FP的信号会触发其自动开启;

2)无论自动还是手动,只要疏水袋液位开关1VVP215SN高高报警触发,阀门自动开启(自动状态下报警信号消失后会自动关闭)。

在低功率或机组启停阶段,由于有C8信号或小于30%FP低功率信号的存在,气动疏水阀无法放自动,只能设置手动状态。每隔1h左右就会出现疏水袋液位高高而触发疏水阀开启、主蒸汽母管联箱通过疏水管线与凝汽器直接相连的情况,导致主蒸汽母管压力快速下降,影响二回路暖管、GCT控制、蒸汽发生器水位,甚至会拉低主蒸汽母管压力导致发生安注或主蒸汽管线隔离。因此核电厂主控室必须设专人关注这些主蒸汽相关系统的疏水袋。且如果主控出现阀门故障无法关闭的情况而安排现操干预,主蒸汽管线压力已经降低很多,即存在以下几个影响:

1)阀门频繁动作影响使用寿命;

2)影响GCT的阀门控制,进而影响一回路温度及核功率控制;

3)低功率或机组启停阶段有较多瞬态试验,需要人员分散大量精力关注,根据FSAR配置的操纵员数量无法满足实际工作要求。

2. 疏水器选型问题

对于疏水器类型的选择,一般遵循以下原则:

对于需要较快的加热速度、对加热温度控制要求严格的加热设备,需保证加热设备中无积存凝结水,只要产生疏水就需立刻排出,则选择能排出饱和水的机械型疏水器。

对于受热面较大但对加热速度、加热温度控制要求不严格的加热设备,可以允许短暂存在少量积水的系统设备如蒸汽采暖疏水、工艺伴热管线疏水等,则应选用热静力型疏水器。

对于中低压蒸汽输送管道,管道中产生的凝结水必须迅速完全排除,否则蒸汽中含水率较高、蒸汽温度偏低,满足不了用汽设备工艺要求同时还易造成水锤事故。因此中低压蒸汽输送管道选用机械型疏水器。

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某M310核电厂在商运初期,现场维修疏水器疏水不畅时,通常采取手段如拆除疏水器上游保温以使饱和冷凝水过冷、解体检查疏水器但未见堵塞、调节疏水器螺钉以减小过冷度等,疏水效果不佳的问题仍未见改善。

后随着外部技术力量的支持以及运维经验的丰富,发现原因为部分疏水器类型选择有误,如ADG551PU热静力式疏水器应改为机械式,GCT系统疏水器为热静力型但已在其他核电基地被证明不适合用于饱和蒸汽疏水,SAR104PU型号过大导致凝结水不能及时排走,VVP101PU热静力疏水器(DN25_40)选型不合理且旁路自动疏水阀尺寸过大(DN150)。

3. 疏水器现场安装问题

疏水器的安装应遵循最基本的ABC原则,即:Action疏水器位置人员要可以够到操作、维修;Below疏水器要安装在疏水点或用汽设备下方;Close疏水器位置离疏水点要近。

1)当疏水器用于用汽设备的凝结水排除时,安装位置应尽量靠近用汽设备且安装在用汽设备的下部,以防用汽设备存水。当疏水器用于蒸汽管道疏水时,疏水器应安装在低于管道的排水线。

2)疏水器的安装位置应尽量靠近疏水点,若距离太远时,容易使疏水器产生汽阻现象:疏水器前面的细长疏水管内会积存空气或蒸汽,阻挡凝结水不能到达疏水点,使疏水器处在关闭状态。

3)除热动力/静力型疏水器以外,其他疏水器应垂直安装在水平管道上,不可倾斜安装,疏水器要尽可能集中排列,以方便运行操作和维护。

4)疏水器安装有方向性要求,阀体上的箭头应与凝结水的流向一致。疏水器的排水管管径不能小于进口管径。

5)疏水阔的进口端应安装过滤器,以定期清除积存的污物,保证疏水器的正常使用。疏水器前后要安装隔离阀并安装旁路阀,方便疏水器随时检修。

6)热静力型疏水器前需要有一米以上不保温的过冷管,其它形式疏水器应尽量靠近设备。

7)疏水器后如有凝结水回收,疏水器出水管应从回收总管的上面接入总管,减少背压,防止回流;回收总管不能爬坡,否则会增加疏水器的背压;不同压力等级的管线要分开回收。

8)在蒸汽管道上装疏水器,主管道要设一个接近主管道半径的凝结水集水井,再用小管引至疏水器。

疏水器在整个蒸汽系统中被认为是个小配件,但对系统工作和经济运行影响很大,某M310堆型核电厂的疏水器现场安装存在较多问题,在一定程度上影响到整个汽水循环回路的高效运行及日常的运维工作:

1)疏水器及阀门预留空间不足,留给运行维修人员进行操作的空间非常有限,极大的限制了人员对现场问题的响应及对设备的维护;

2)疏水器入口管线过长导致蒸汽品质下降、工质浪费;

3)管道拐弯处疏水点未设置垂直三通集水管结构,导致部分疏水随蒸汽流走,未能全部进入疏水管线;

4)浮球型疏水器安装方向错误。

除此之外,还存在部分疏水管线和蒸汽管道不匹配、疏水管线太细不能及时排出凝结水等问题。疏水无法高效排出,会使管道振动加剧甚至产生水锤现象,严重危害系统设备的安全运行,需要营运单位从设计、安装阶段实行严格把关,充分吸收同行经验反馈才能更好的保证核能热力电厂的安全、高效、经济运行!

参考文献

[1]王国兴 疏水器的正确选择及安装使用,扬子石油化工公司设计院, 2003.

Guoxing Wang, proper selection and installation of traps, Design Institute of Yangzi Petrochemical Company, 2003.