AP1000 工程凝结水系统简述

任占泉，邓 琳，耿 韬

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

0 引言

在AP1000工程中，凝结水系统(英文缩写CDS)要实现将凝汽器中的冷凝水输送至除氧器作为给水的来源，对凝结水进行加热，维持整个电厂二回路水存贮量，维持凝结水质量等功能。本文介绍凝结水系统的功能、系统及设备配置，分析凝结水系统的运行情况，并对系统的对外接口进行简要描述。

1 系统功能

蒸汽凝结和收集。凝结水系统(CDS)的凝汽器对来自汽轮机低压缸和汽轮机旁路的蒸汽进行凝结，并在凝汽器热阱中收集凝结水。CDS还收集来自二回路的泄放、排气和疏水的凝结水。

凝结水的存贮。CDS维持二回路凝结水和给水的存贮量，并适应在设备瞬态过程中由于损失造成的存水量变化。

凝结水的品质。CDS具有凝结水净化能力，通过除氧、凝结水精处理系统(CPS)和常规岛化学药剂供给系统(CFS)的接口来维持凝结水品质。

凝结水的供给。CDS为主给水和启动给水系统(FWS)提供高质量的凝结水，并满足其流量要求。

给水加热。CDS通过低压加热器将凝结水加热，CDS还对汽封加热器和蒸汽发生器排污换热器进行冷却。

2 系统简述

2.1 蒸汽凝结和收集

凝汽器起到换热器的作用，用来凝结汽轮机排放的蒸汽、汽轮机旁路蒸汽、低压抽汽和饱和液态疏水闪蒸产生的蒸汽。凝结水通过凝汽器进行收集。

CDS的加热器也应起到冷凝抽汽和收集疏水的作用。

2.2 凝结水存贮

CDS与除盐水传送存贮系统(DWS)的凝结水储水箱(CST)相互连接，以维持所要求的电厂二回路流量。CDS要适应由于凝结水、给水和加热器疏水的温度变化造成的流体水量的膨胀和收缩，同时补偿由于排污等原因引起的二回路水损失。凝结水的补给和排放通过补水阀和溢流阀的组合来实现。本工程设有正常补水阀、危急补水阀、正常溢流阀和危急溢流阀。凝汽器热阱的水位变送器，为热阱补水和溢流阀提供高可靠性的控制信号。

2.3 凝结水的品质

凝结水系统在凝汽器和除氧器中对凝结水进行除氧。

在凝结水泵出口管的下游设置凝结水精处理装置，凝结水精处理系统(CPS)的前置阳床加混床精处理单元对凝结水进行处理。凝结水精处理系统的容量为100%，在机组启动、凝气器管束发生泄漏或者二回路水质恶化时，可以进行全流量处理。

在CDS系统管道的若干位置上有凝结水取样点，以监测凝结水的质量并诊断故障。 这些位置包括凝汽器、凝结水泵的出口、除氧器入口、凝结水精处理单元出口的主凝结水管道以及除氧器出口的给水管道。

凝结水系统中设置了凝汽器的热阱再循环管路，在对蒸汽发生器供水以前，对系统进行清洁和调节水质。

另外凝结水的品质一部分是通过防止发生空气或循环水的内部泄露来维持的。

2.4 凝结水的供应

凝结水系统设3台50%容量的凝结水泵。在正常负荷运行下，两台泵工作，第三台泵处于备用或检修状态。通过低压加热器前的两个并联的气动调节阀来调节去除氧器的主凝结水流量。在启动和低负荷工作过程中，低负荷阀用于调节控制流量，而较大的主调节阀保持关闭。 在正常的满负荷工作时，两个调阀同时开启，约80%的流量流过主调阀。

2.5 凝结水加热

CDS中的给水加热是通过五级加热器完成的。前四级加热使用管壳式换热器，其中凝结水流经管侧。 第五级使用直接接触式的除氧器，除氧器位于凝结水系统中的高点，除氧器中的凝结水是由汽轮机高压缸的排汽、高压加热器的闪蒸疏水和MSR壳侧疏水加热的。

3 主要设备配置

CDS设备主要包括1台三壳体的凝汽器、3台50%容量的凝结水泵、四级低压加热器、1台除氧器、调节阀和相关的系统仪表。CDS管道和管件全部位于常规岛汽轮机厂房内。1、2号低加为三列式，每列与1个凝汽器壳体相连。3、4号低加采用两列式配置。

3.1 凝汽器

凝汽器为单流程、表面式热交换器。 汽轮机低压缸的排汽、旁路排放蒸汽和其它汽水流体，进入凝汽器冷却和除氧。 工程为滨海工程，热量由循环水带入海中，不凝结气体由凝汽器抽真空系统抽出。冷却管为钛管。

凝汽器有3组，每组由颈部、壳体、热阱和水室组成。允许凝汽器单组解列运行。1、2号低压加热器装置在凝汽器颈部。

凝汽器设备参数如表1所示。

表1 凝汽器设备参数

3.2 除氧器

除氧器采用一体式除氧器，一体式除氧器集除氧和储水为一体，采用热力除氧。正常运行时除氧能力满足电站给水含氧量要求。

除氧器的加热蒸汽有两路：一路为正常运行供汽管，接自汽轮机高压缸排汽；一路为辅助蒸汽，供汽轮机启动时对给水进行预热和除氧。除氧器设有超压保护措施。

除氧器设备数据如表2所示。

3.3 低压加热器

工程设四级低压加热器，由汽轮机低压缸抽汽加热。

低压加热器为卧式U形管型式、双流程表面式加热器，除3号低压加热器外，每台加热器内均设有蒸汽凝结段和疏水冷却段两个传热区段，3号低压加热器仅设蒸汽凝结段。

表2 除氧器设备数据

1号和2号低压加热器为组合式加热器，分别为3台，布置在凝汽器的颈部，由汽轮发电机组供货商提供。正常情况下每台加热器通过33.3%凝结水量，一列1号、2号加热器切除后，其余两列加热器每台均可通过50%最大凝结水量。

3号和4号低压加热器均为双列布置，每列可单独运行。正常情况下每台加热器通过50%凝结水量，单列运行时，低压加热器允许通过75%最大凝结水量。每台3号和4号低压加热器均设有汽侧安全阀；每列3号和4号低压加热器共用一个水侧安全阀。

1、2号低加设备数据如表3所示。3、4号低加设备数据如表4所示。

3.4 凝结水泵

凝结水泵是筒袋型立式多级离心泵，泵设计为整体抽芯式，泵组在拆卸电机并断开排水管线处的管道后，就可以将泵组件从筒袋中整体拆卸出来，使泵的拆卸及检修非常方便。

表3 1、2号低加设备数据

表4 3、4号低加设备数据

凝结水泵设备数据如表5所示。

4 系统运行

CDS通常与冷态停机工况下的电厂同时启动。在FWS给水泵向SG(蒸汽发生器)供水前，进行凝结水系统和给水系统的清洗和加热。运行CDS系统，还可以支持汽轮机旁路阀进行蒸汽排放，二回路蒸汽管道暖管和汽轮机暖机。

表5 凝结水泵设备数据

在电厂停机过程中，汽轮机跳闸后，运行凝汽器对汽轮机旁路蒸汽进行凝结。通常继续运行一个凝结水泵以满足给水系统的需要。当不再需要给水、汽轮机旁路和蒸汽发生器排污时，可以关闭CDS。当凝汽器真空中止，GSS关闭后，可以停止凝结水泵的运行。

在正常启动凝结水系统的过程中，首先进行凝结水泵的启动。进行系统的注水后，可利用热阱再循环管路来运行系统，以维持运行凝结水泵和汽封加热器的最低流量。在启动凝结水泵后，通过低压加热器，或通过相关的加热器旁路管道提供到除氧器的流量，对除氧器进行加注。然后在凝汽器建立真空的条件下，通过凝结水调节阀控制除氧器水位，并通过辅汽加热除氧器，同时将凝结水系统和给水系统置于循环模式下。

升功率过程中，在低负荷条件下，通常是1台凝结水泵处于工作状态，凝结水系统处于再循环模式。电厂负荷升高时，给水的流量要求会相应地升高，CDS会自动地跟随和提供除氧器增加的凝结水量。 随着除氧器的流量增加，热阱再循环调节阀关闭。汽轮机高压缸排汽压力会超过除氧器蒸汽压力设置点时，自动开始向除氧器提供加热蒸汽。第二台凝结水泵通常在电厂负荷上升到一定程度时启动。

表6 与CDS存在接口的系统

降功率在很大程度上是功率上升的相反过程。应在电厂负荷降低到一定程度时停止两台工作凝结水泵中的1台。当流向除氧器的凝结水流量下降到一定程度时，热阱循环调节阀会自动打开。电厂低负荷时，除氧器加热汽源自动切换至辅助蒸汽，以维持除氧器的压力。

在运行过程中，凝结水系统还要对蒸汽发生器排污系统的换热器进行冷却［1］。

5 系统接口

CDS系统与常规岛和核岛多个系统均有接口，主要接口系统有：化学精处理系统CPS、化学加药系统CFS、二回路抽样系统SSS、除盐水储存和分配系统DWS、蒸汽发生器排污系统BDS和汽轮机轴封系统GSS等；另外，凝结水系统还向加热器疏水系统HDS、汽机房冷却水系统TCS和循环水系统CWS提供水箱补水，并给低压缸喷水和凝汽器水幕保护喷水提供水源。

与CDS存在接口的系统分为支持性系统(为CDS运行提供支持的系统)和附属性系统(其运行依赖于CDS的系统)两部分，如表6所示。

6 结语

凝结水系统作为AP1000核电厂二回路系统中的一个重要组成部分，在主要热力系统中是最为基础的一个环节，不但向给水系统输送合格水质的给水，而且完成了对凝结水进行加热，维持整个电厂二回路水存贮量等过程。凝结水系统的合理配置，对整个电厂的经济性和稳定性都有重要意义。