秦山核电厂320MW机组夏季运行方式的季节性调整

唐 亮

中核核电运行管理有限公司一厂运行一处，浙江海盐 314300

1 秦山核电厂320MW 机组（1#机组）热力系统的散热设计

1.1 热源：反应堆放热、热力循环疏热（凝汽器等），设备运转发热

反应堆是热力循环系统的热源，其产生的热量绝大部分通过蒸汽输送到汽轮机系统，但还有部分热量会通过压力容器、管道等设备传递至安全壳厂房里。

另外电厂中的电机等转动设备在运转中也会产生大量的热量。由其驱动的泵与风机等设备带动工质流动，工质流动与管道摩擦也会产生热量。

控制室、配电间等电气设备密集的环境，设备工作也会产生热量。

一般压水堆核电热力循环中，效率仅有33%～35%左右，意味着大量的热量没有用来做功发电。通过设备散热或凝结放热而耗散至环境中。

1.2 冷源：中间冷却系统、大气、海水

上述提到的各种热源产生的热量如果不能及时导出，可能会对厂房结构、设备部件、人员和设备的工作环境产生影响，这就需要设置冷却系统来导出热量。维持热力循环也必须要设置冷源来导出不能被热力循环使用的热量

1#机组设置了01#冷风机循环水、应急冷冻水、溴化锂冷冻水、设备冷却水、开式工业水、闭式工业水、一回路海水、二回路海水系统用来控制厂房和重要设备间的温度、冷却设备部件，导出蒸汽冷凝热等。通过这些冷却水系统，最终将热量传递到大气和海水中。

1.3 散热设计基准

各冷却系统在传热设计时确定了基准气温和海水温度。这样气温、海水温度的实际温度就直接影响直接影响散热效果，如果气温或海水温度超出设计基准，各冷却系统就无法将按设计足量传导，进而影响各用户系统的运行参数。

在秦山核电厂《最终安全分析报告》中描述，夏季通风，室外计算温度为 31℃，夏季空气调节，室外计算温度为33.7℃，海水循环水设计流量为2x31270m3/h，设计进水温度为18℃，设备冷却水系统的设计是基于海水温度25℃，并以最高32℃进行校核。

1.3 机组的地理气候条件

1#机组坐落于杭州湾北岸，属于北亚热带季风海洋型气候，虽然四季分明，但近年来在夏季，易受副热带高压影响，出现日气温超过35℃的高温天气，历史最高气温38.1℃，属于比较炎热的地区。近年来受全球变暖影响，夏季气温更是偏高。

一般进入夏季运行，环境温度的升高，对设备、系统运行参数造成影响，如不干预可能偏离正常运行范围。所以在一定的范围内对各系统运行进行调整，通过调整冷却水流量（压力），调整设备出力，调整冷却器、风机等运行数量等措施，使系统运行在合理安全的参数范围内。然而2013年7月份以来，最高气温超过35 的天气持续了40 多天。海水温度较历史同期也有所上升，最高时可达33.4℃。多个系统参数达到运行规程规定的上限，甚至突破运行规程要求，连续的高温天气对系统运行造成挑战。

2 以大气作为最终冷源的系统运行分析

2.1 冷风机循环水系统-X1-2 系统-安全壳大气温度控制

正常功率运行期间，01 厂房冷风机循环水系统向X1-2 循环风机系统提供冷却水，通过X1-2 循环风机机组循环冷却安全壳内的空气。01 冷风机循环水通过系统设置的冷却塔将热量传递至大气环境。两个系统协调运行，控制保持安全壳内空气平均温度不高于48℃。40℃报警。

随着季节变化，通过调整X1-2 风机或循环冷却水的冷却塔的运行数量，来控制安全壳温度在规程要求的范围之内。进入夏季，X1-2 系统8 台风机，冷风机循环水系统的3 台冷却塔全部投入运行。考虑到冷风机循环水管线承压能力，不增加冷风机循环水泵运行。这样就到达了规程允许的上限。一般季节01 冷风机循环水系统供水温度在20℃左右，而今夏目前在30℃左右，安全壳内气温已达到39.7℃，基本达到报警值。

尽管安全壳温度还没有突破48℃的限值，但受系统现状限制，留给我们的余量已经很小，如果发生设备故障，造成某台X1-2 风机、冷风机循环水泵或冷却塔无法运行，安全壳内温度势必突破报警值，甚至突破上限。所以，目前需尽量保持系统运行状态，严密监视系统运行参数，尽量保证备用设备的可运行性，非必要不要安排检修。控制冷风机循环水系统的水质，防止水质恶化造成的管线腐蚀渗漏。万一发生渗漏，视其严重程度，尽量先采取临时堵漏措施，避免高温天气隔离冷风机循环水系统。

如发生X1-2 多个风机故障或冷风机循环水系统停役且长时间无法恢复，在安全壳大气取样，验证发射性水平满足排放标准的前提下，可以考虑投入安全壳清洗送排风系统对起进行降温。

2.2 06/09 冷冻水系统-对应风机/厂房送风空调通风系统-厂房/专设泵房、重要设备间温度控制

06/09 冷冻水的运行与01#冷风机循环水系统类似，都是向相关系统风机供水以冷却空气。只不过其用户更多，包括各专设泵房风机、重要设备间空调、各厂房通风空调。与01#冷风机循环水系统不同的是，06/09 冷冻水系统设置了专门的制冷机组对冷冻水制冷。将热量通过机组的冷却水冷却塔传导至大气环境。所以气温也直接影响冷却水的散热量，进而影响机组的制冷量。

06 冷冻水系统设置了两台氟利昂机组，单台制冷量为703.4KW，两台冷冻水泵；09 冷冻水系统设置了三台溴化锂冷冻机，单台额定制冷量为1740KW，三台冷冻水泵。06 两台冷冻机正常模式一台运行，一台备用，冷冻水泵一运一备。在功率运行期间采用间断制冷的运行方式，正常供水温度7℃～15℃，一般季节每日运行5 小时左右，而到了夏季每日需运行10 小时左右才能将供水温度控制在正常范围。09 冷冻机只在夏季运行，一般冷冻机保持联系运行，随着气温的升高增开冷冻机的数量。夏季高温天气下，三台冷冻机和冷冻水泵24 小时运行。按规程要求，09 冷冻水的供水温度应该控制在8℃～13℃，而连续高温条件下，冷却水向大气的散热量降低，冷冻水供水温度会达到16℃。

尽管夏季连续高温对冷冻机的制冷量产生影响，实际上06/09 冷冻水用户系统的实际运行状态各个厂房的温度并没有受到明显的影响。因为06 冷冻水的主要用户为专设泵房风机，这些风机在电厂正常运行时均处于备用状态。并且06 冷冻机还是采用间断运行的方式。而09 冷冻水的主要用户的进水调节阀也没有达到全开，即冷冻水没有达到最大流量。系统运行还有一定的调整空间。

在连续高温条件下，针对06 冷冻水系统，可以通过延长冷冻机运行时间的方式来保证冷冻水温度，甚至可以采用双机组运行来控制温度。针对09 冷冻水系统，可以通过增加相应风机冷冻水流量的方式来保证用户温度。当然，这些调整都是建立在相应的冷冻机组能正常可靠运行的前提下的。换句话说，如果06 冷冻机组全部长时间停运、一台甚至多台09 冷冻机停运势必造成冷冻水的温度大幅升高，或者用来循环冷冻水的冷冻水泵停运，都会造成用户气温的升高。

3 以海水作为最终冷源的系统分析

1#机组海水的用户分为一回路海水和二回海水两大部分。技术规格书规定海水平均温度应小于32.8℃

3.1 一回路海水-设冷水-一回路主辅系统系统参数控制

1#机组设置的设备冷却水（简称设冷水）系统，用来冷却转动设备的润滑油、电机等，还有冷却乏池硼水、SG 排污水、废液蒸发等系统工质，系统设置了3 台设冷泵来循环设冷水，设置了3 台热交换器将热量转递给一回路海水系统。正常运行设冷泵一台运行一台备用，一台检修备用，热交换器根据设冷水温度调整运行台数。

一般季节只有一台设冷热交换器运行，夏季海水温度升高，传热量降低，则需要投入两台热交换器运行。同时部分设冷水用户还要加大设冷水流量，造成设冷泵流量750m3/h，电流300A 接近单台限值。热交换进/出口温度39℃/34℃，达到运行规程上限。

在不改变设冷水一回路海水运行方式的前提下，就需要对设冷水用户进行筛查，切除不运行设备的设冷水流量，根据实际情况，适当调低运行设备的设冷水流量。或者通过增加设冷泵、海水泵、设冷热交换器运行数量来控制设冷水温度。

在2013 年夏季连续高温的情况下，通过切除硼回/废液蒸发系统的设冷水，将废燃冷却器的设冷水流量由225m3/h 调整至190m3/h，设冷流量由752m3/h 下降至722m3/h。在定期试验的时候，会有2 台海水泵同时运行或者2 台设冷泵同时运行的工况，经过2013 年8 月份进行试验的实际验证，在海水温度较高（31℃～32℃）前提下，单纯增加海水泵或设冷泵运行，设冷热交换器设的冷水出口温度仅降低0.5℃左右，可见该方式不能有效地降低设冷水温度。详见附表。

一回路海水系统还为应急柴油发电机系统（EDG）的中间冷却水系统提供冷却用海水，当EDG 机组运行时，控制冷却水、润滑油等温度不超过88℃即可，31℃～32℃的海水与其温差较大，完全可以提供足够的冷却。另外电厂正常运行时，EDG 处于备用状态没有运转，需控制冷却水、润滑油等温度在45℃～55℃之间，所以夏季海水温度上升对EDG 的备用与运行未见明显影响。

3.2 二回路海水-凝汽器、工业水-二回路主辅系统参数控制

二回路海水的用户有汽轮机组的凝汽器，发电机空冷器、发电机定转子冷却水系统、闭式工业水系统。二回路海水循环水系统设置了6 台海水循环泵，一般季节运行三台，夏季增加到4 台运行。

3.2.1 凝汽器真空

汽轮机组的凝汽器用海水冷却汽轮机的排汽使其凝结，随着海水温度的升高，排汽凝结效果变差，排气温度升高，凝汽器真空度下降，尽管海水循环泵已经增加到4 台运行也无法达到足够的冷凝效果。对于汽轮机组的热力循环，真空下降就意味着机组效率降低，要更多的进气量才能维持额定的功率。然而核电厂受反应堆功率安全限制，不可能提供更多的蒸汽，所以只能采用降低机组出力的方式来保证反应堆安全。到夏季，机组功率一般会由330MW 降低至315MW 左右，在2013 年夏季最低有313MW 的低值。直接影响了电厂的经济效益。

3.2.2 发电机冷却

1#机组的发电机采用定子线圈以及转子线圈水冷，定子铁芯空冷的冷却方式设有定、转子冷却水系统，各配置了3 台由海水冷却的热交换器；定子铁芯空冷设置了8 台空冷器。

一般季节，定子水冷却器投2 台，海水出口阀调节状态，控制定子进水温度30℃左右，进入夏季，定、转子水冷却器需3 台全投，海水出口阀一般全开，定子进水温度约37℃左右，出水温度50℃左右，转子水进水温度约35℃左右，出水温度55℃左右。所以进入夏季，转子出水温度高会频繁报警，但系统已经到达正常调整的极限，只有通过降低发电机无功或者对系统换水的方式来降低水温。

定子铁芯空冷器的海水冷却系统设置了3 台海水升压泵。正常运行时海升泵出口母管压力在0.25MPa～0.30MPa 之间，发电机励侧、机侧根据需要投运空冷器数量，通过调节空冷器出口阀HLS-36V/37V 的开度控制流量，将发电机进口风温控制在25℃～35℃。发电机进风温度额定40℃，最大不允许超过55℃，海升泵夏季运行2 台。目前（2013 年夏季）空冷器已全投，HLS-36V/37V 为全开状态，进风温度励侧约42℃左右，机侧约36℃左右。也到达了系统调整的极限。

在进口风温无法进一步调节的情况下，需限制发电机定子电流，40℃～45℃时，进口风温每升高1℃，定子电流需降低额定电流的1.5%，风温42℃则定子电流的限值由额定的11760A 降低至11407.2A。不过因为受真空影响机组功率降低，目前定子电流10560A 左右，还在限值之内。

3.2.3 闭式工业水

闭式工业水系统和设备冷却水系统的作用类似，其设置了2 台热交换器，2 台工业水泵，闭式工业水用来冷却汽机润滑油、EH 油、主给水泵的电机和润滑油、发电机励磁机的空冷器。

正常运行根据需要投运冷却器，旁路阀GYS-22V 为调节状态，温度约25℃左右；夏季时，冷却器需2 台全投，GYS-22V为全关状态，温度约33℃左右。而各个用户受其温度影响，尽管夏季海水温度上升，但闭式工业水的大部分用户的运行参数也还在正常范围之内。

4 其它挑战

上述各冷却系统在设计理念上考虑了季节变化对系统运行带来的影响，尽管实际的部分运行参数已经超出了设计范围，但通过一定的措施还是能将参数控制在可接受的范围之内。但部分系统在设计时没有考虑季节性变化带来的影响，或者对环境温度变化考虑不全面，给现场实际运行带来了负担。

例如二回路系统的凝升泵、海升泵、闭式工业水泵、海水循环泵、一回路海水泵，这些泵组的轴承油靠开式工业水提供冷却。在运行中，通过调整开式工业水各用户的用水压力和流量，维持相应的轴承温度在规程要求的范围之内。只要压力或流量能满足要求，即认为其可以有效地提供冷却，所以规程中并没有对开式工业水的温度有任何要求，也没有进行过监视。但2013 年夏季运行中，有2 台海水循环泵发生了轴瓦温度超过规程规定的70℃限制的事件。根据技术人员分析，环境温度，包括开式冷却水温度持续偏高是造成轴瓦温度超限的因素之一。因为在设计上没有考虑开式工业水的温度控制问题，所以通过向工业水池加冰块的措施尝试降低工业水温度，加入了？？吨冰块，开式工业水温度由35.2℃仅降低了0.5℃。未见明显改善。

10#空压站的离心式压缩机，压空机出口空气温度100℃发高温报警，110℃自动停机，而空气经过空压机后本身会有60℃的温升，在今夏接近40℃的气温下，空压机已经发出了高温报警。还有17#化水厂房生产的除盐水，其水箱布置在室外，今夏除盐水的温度也达到了30℃以上。由于除盐水作为定转子水，工闭式业水补水水源，除盐水的温度上升，直接影响了定转子水，工闭式业水换水冷却的效果。

再如水厂高配间内布置有6kv 净水段的高压开关柜，还布置了两套配套的硅整流充电装置。然而该厂房并没有设置合适的通风或空调装置。电气设备运行会发热加上持续高温，造成厂房温度升高至？？，威胁硅整流充电装置的安全运行。目前已通过变更手段加装空调控制配电间内温度。还有2#低压厂变的排风扇，其热继电器的工作的环境温度不能高于40℃，而在2013 年连续高温情况下，其工作环境接近50℃，造成排风扇频繁跳闸。

还有04 厂房、06 厂房管廊间虽然布置有排风机，但厂房内有高温蒸汽管道，无论任何季节这两处厂房温度都比较高，按照规程要求，04 厂房排风机P4-2 系统运行时保证汽轮机厂房变压器室空气温度不超过45℃。04 厂房空间大较开阔且有很多窗户可以通风，所以其夏季温度最高在45℃左右，已经达到规程上限。而06 厂房管廊间P6-2 系统运行时保证主蒸气管廊与主给水管廊空气温度不超过40℃，但其空间小且比较密闭，无法实现厂房内外空气的有效流通，所以厂房气温有53℃左右。这两个厂房的高温给运行人员带来工业安全隐患。另外由于06 厂房叫密闭的条件，如不引入冷源，仅仅靠增加室内风扇的措施不能有效降低厂房室温。需要设计增加空调装置。

另外，在部分规程等运行文件中，对系统运行的季节性转换缺乏指导，没有明确规定哪些参数或参数范围的变化会触发运行方式的季节性转变。例如，该何时启动第4 台循泵、什么情况下需要调整设冷水流量，哪些用户可以切除，06/09 冷冻水什么样的用户可以限制流量或者切除等等等等。

5 结论

综上可见，虽然有部分参数偏离运行规程的要求，但1#机组各冷却系统是可以通过调整运行方式来适应季节的变化，在规程范围内的，根据参数变化趋势决定运行方式。但在规程中应该明确季节性转变的控制点或前提条件。可以编制专门的季节性转换规程，为运行提供完善的指导。

对于超出规程要求的，且无法采取措施调整的参数，应该根据其偏离程度和变化确实，充分评估其对系统的影响，如果经评估会对系统运行或者人员设备安全造成不利影响，则应该按照设计极限，制定行动限值和超出限值的行动预案。如果评估结论没有不利影响，或者其影响在可接受的范围之内，则应该考虑修改运行参数限值范围，或者修改报警定值进而减轻运行人员负担。

对原设计进行改造变更，增加相关冷却系统的容量或提高出力。原设计没有考虑的部分，应该设计增加制冷措施。给机组安全运行创造条件。

[1]秦山核电厂最终安全分析报告.第2章.厂址特征.

[2]秦山核电厂最终安全分析报告.第16章.技术规格书.