汽水分离再热器疏水控制优化

蒲威

(四川东方电气自动控制工程有限公司，四川 德阳， 618000)

汽水分离再热器疏水控制优化

蒲威

(四川东方电气自动控制工程有限公司，四川 德阳， 618000)

文章针对国内核电的发展形势，首先介绍了中国目前在运行的核电项目汽水分离器的疏水控制方式，分析了在运行电厂在实际运行中所遇到的问题，针对这些问题提出新的优化设计方案，并对两种方案进行了比较，新的设计方案将运用到新型国产化三代核电项目中。

核电，汽水分离再热器，优化，疏水

0 引言

当前全球能源十分缺乏，为了响应节能、环保、减排，世界各国都在大力加速发展核电能源，中国也将大力发展清洁能源，其中核电是全国今后电源结构调整的主攻方向，投资规模也将大大超过常规电厂。国家对核电发展的战略由 “适度发展”到 “积极发展”。在这样的大背景下，中国的核电能源将获得很好的发展机遇，尤其是第三代核电技术。

中国国产化第三代核电是在消化、吸收、全面掌握我国引进的国外第三代先进核电技术的基础上，通过再创新开发出具有我国自主知识产权、功率更高，更可靠的大型压水堆核电机组。三代核电有着更高的安全性，因此也对控制系统提出了更高的要求，本文针对已投运机组汽水分离再热控制方案所暴露的问题进行了改进设计，新的方案有着更高的控制精度，并且将运用到国产化第三代核电设计中。

1 核电汽水分离再热器

在核电厂中，汽轮机使用的蒸汽参数比较低。在经过高压缸做功以后，高压缸末级的蒸汽湿度已经较高。如果这种蒸汽仍然被送往中压缸，将对中压缸产生腐蚀和水锤，将大大缩短汽轮机组的使用寿命。为了避免以上的情况出现，我们在高压缸和中压缸之间增加了汽水分离再热系统。高压排汽被送到汽水分离再热系统进行分离和再热，使进入中压缸的蒸汽为过热蒸汽。减少了对叶片的腐蚀。同时，汽水分离再热系统还起到合理分配负荷，减轻高压缸负载的功能。

图1 一级疏水箱的示意图

图1为汽轮机左侧汽水分离器及其一级疏水箱的示意图，由图中可知汽轮机的高压缸排汽进入汽水分离再热器，湿蒸汽经过汽水分离器分离出水，再经过一级再热器和二级再热器的加热后变成过饱和蒸汽，再进入中压缸继续做功。汽水分离器分离出的水排入壳体疏水箱 （图中未画出），一级再热器加热时产生的凝结水排入一级再热疏水箱 （见图1），二级再热器加热时产生的凝结水排入二级再热疏水箱 （图中未画出），二级再热疏水的原理和控制方式和一级疏水一样，所以本文中都以一级疏水作为说明。

汽水分离器再热器主要由以下部分组成：供气管道和相应的阀门；通风管道和相应的阀门；疏水箱、疏水阀及相应的管道。以一级再热器为例：一级再热器的供气来自于高压缸7段抽气，蒸汽进入一级再热器用于加热高压缸排气，加热后产生大量的凝结水，凝结水排入一级再热疏水箱，剩余的少量蒸汽经过连接在一级再热疏水箱上面的通风阀排入凝汽器或者高压加热器。疏水箱中的水经过连接在疏水箱底部的疏水调节阀排入高压加水器。通过调节疏水调节阀的开度将疏水箱的液位控制在合理的区间。

2 在运核电典型疏水控制模式

目前国内在运核电项目中，如方家山核电，福清核电等。汽水分离再热器的疏水控制都是一个典型的闭环控制模型，如图2所示。

图2 闭环控制流程图

操作员或系统设置一个液位的设定值，疏水箱的实际液位由三个液位变送器采集，液位经过三取均值运算后与设定值取偏差，偏差值经过PI控制器后计算出疏水阀开度，用于控制疏水箱液位。当出现疏水箱水位波动时，水位扰动量经过液位变送器反馈给PI控制器，最终使系统回到平衡状态。

当汽轮机功率、转速等各项参数比较稳定的时候，疏水箱水位变化比较慢，扰动量比较小，系统趋于稳定。当汽轮机在快速降负荷、甩负荷或者其他事故工况时，疏水箱水位变化剧烈，PI控制器来回震荡，很容易造成液位极高报警或者跳机。图3为福清核电一级疏水液位波动。图中绿色为功率，黄色为疏水阀开度，蓝色为疏水箱液位。

图3 液位与功率关系

3 优化后的控制模式

目前在运核电项目典型疏水控制模式的不足主要表现为：当水位剧烈波动时，液位信号作为反馈具有滞后性，再加上PI控制器的滞后导致液位容易突变。因此当液位出现比较大的扰动量时，可以根据扰动量的大小计算出一个相应的疏水调节阀开度，该阀门开度作为一个补偿量加上PI控制器的输出用于控制疏水控制阀。控制流程图见图4。

根据图4，疏水阀控制指令等于开环控制指令加上闭环控制指令，闭环控制与第3节保持一致。

图4 增加前馈后的流程图

根据物质平衡原理， “MSR一级再热疏水量”等于 “MSR一级再热供汽质量流量”减去 “MSR一级再热通风质量流量”而控制系统主要通过调整调节阀开度 （对应调节阀的Cv值）来控制疏水流量，Cv值是调节阀固有特性 （取决于阀门形式和阀门开度），而通过调节阀的疏水流量则取决于两个因素：阀门开度和进出口压差。因此将再热蒸汽流量信号、调节阀进出口流量信号引入疏水调节阀的控制逻辑，作为开环控制回路的输入，阀门开度计算方法如下：

将式（2）和式（3）带入式（1）得到式（4）：

阀门开度=f（CV）

CV：阀门流量系数；

Qm：一级再热蒸汽流量；

Cf：临界流量系数 （阀门特性决定）；

Gf：饱和疏水温度对应的密度；

ΔPS：阀门压损；

P1：阀门入口压力；

PS：根据疏水温度计算的饱和压力；

PC：水临界点压力。

4 结论

典型的闭环控制是将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环回路、参与控制的控制方式。由于干扰的存在，使得系统实际输出偏离期望输出，系统自身便利用负反馈产生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系统输出量恢复到期望值，这正是反馈工作原理。可见，闭环控制具有较强的抗干扰能力。但是对于滞后较大的控制对象，反馈控制作用不能及时影响系统的输出，常引起输出量的过大波动。如果引起输出量变化的干扰是可测量的，则用干扰信号直接控制输出就能更迅速和有效地补偿外扰对输出的影响。理论上甚至可使这种影响完全消除。这种控制方式为开环控制。

优化后的控制方案中，将单纯的闭环控制模式改为复合控制模式，复合控制模式结合了闭环控制和开环控制的优点，显著减小扰动对系统的影响，有利于提高控制精度。

[1]魏先英,余耀.汽水分离再热器疏水回路中疏水控制段的计算[J].核动力工程,1989,（8）:16-22.

[2]周红梅,黄健.秦山核电三期汽水分离器（MSR）系统控制分析[J].山东电力技术,2003,（3）：70-73.

Optimization of Separation Reheater's Hydrophobicity Control

Pu Wei

（Dongfang Electric Auto-control Engineering Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

According to the development situation of the domestic nuclear power,the paper introduced the control mode of moisture separator reheater system of the current nuclear power project in China,and analyzed the problems which were encountered in practical application of running power plant.A new optimal design scheme was put forward to solve these problems,and two schemes were compared.The new design would be applied to the new domestic three generation nuclear power project.

nuclear,moisture separator reheater system,optimization,drain

TP273

A

1674-9987（2017）04-0077-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.04.017

蒲威 （1990-），男，毕业于河北工业大学电气工程及自动化专业，现从事核电产品设计工作。并参与过福清核电、方家山核电、宁德核电等多个核电项目的产品设计工作。