秦山二期CVI抽真空系统运行分析

2018-04-02葛超

科技视界 2018年3期

关键词：秦山抽气凝结水

葛超

（中核核电运行管理有限公司运行三处，浙江嘉兴 314300）

1　CVI系统的功能

凝汽器真空系统(CVI)的功能是在汽轮发电机启动时和正常运行期间从凝汽器中抽除空气和不凝结气体，以建立凝汽器真空并保持凝汽器的设计真空度，从而为汽轮机提供一个合适背压。具体地说：

(a)按照HEI表面式凝汽器标准，在向汽轮机送入蒸汽前，用三套真空泵抽气成套设备在30分钟内将凝汽器 (CEXl0lCS，102CS和 103CS)的压力从大气压力降低到 33.86kPa(a)；

(b)按照真空泵抽气成套设备供货商的建议，在汽轮发电机组正常运行时用两套真空泵抽气成套设备保持凝汽器的压力(设计值)5.4kPa(a)；

(c)凝汽器真空系统所设置的真空破坏装置(即真空破坏阀)在汽轮机脱扣停机过程中投运，让汽轮发电机组较快地降速；

(d)凝汽器真空系统中还设有放射性监测点，供利用辐射防护监测系统对二回路系统进行放射性监测。

2　抽真空系统运行原理

水环式真空泵的原理：秦山二期的真空泵是两级泵，该泵的工作结构及原理示意图如图1、图2所示。

真空泵由转子（叶片和轴）、壳体、进口、出口、锥面及旋转压缩剂液（水环）等组成。转子与外壳之间有一偏心距，当转子在壳体内旋转时，在泵壳内形成一个偏心的旋转液环，对冷凝器内的空气进行吸入、压缩和排出等过程，达到从冷凝器内排出空气的目的。在图 2的图（A）中，压缩液从图示位置注入叶轮舱；图（B）段中，液环向外运动，使转子叶片内的空间体积增大，从进口吸入空气，所以图（B）为吸入空气过程；转子在图（C）段转动时，液环对叶片内空间进行压缩（空间体积减小），空气压力升高，故图（C）段为压缩过程；图（D）段是受压空气从出口处排出过程。由此可见，转子带动液环旋转一周，完成了对空气的吸入、压缩和排出三个过程，并在吸入进口处形成高度真空（即进口处是整个冷凝器汽侧空间压力最低的）。

图1　纳式二级TC真空泵的组成

3　CVI系统的运行事件及解决措施

3.1　真空泵逆止阀故障导致真空泵效率低下的处理

我厂曾经出现过部分真空泵效率降低的现象，原因是两级真空泵之间的逆止阀由于腐蚀造成内漏引起的。我厂两级真空泵是串联关系，但在对凝汽器抽真空初始阶段，由于真空度较低，导致一级真空泵的出口压力大于汽水分离器压力，此时位于一级真空泵出口的逆止阀就会自动开启，将一级真空泵的工质通过逆止阀直接排入汽水分离器，此时二级真空泵被旁路。在真空度较高时，一级真空泵出口压力将低于汽水分离器压力，逆止阀自动关闭，一级真空泵出口工质将进入二级真空泵，最终由二级真空泵排入汽水分离器。见图 3、图 4：

图2　第一级液体压缩和空气流动

图3　真空之间的逆止阀现场照片

图4　CVI101PO一二级真空泵之间的逆止阀现场照

解决措施：该阀由于腐蚀穿孔，已经进行更换。但目前更换后的逆止阀仍是铜质阀芯，在氨的环境下易腐蚀。正常运行时，如果该逆止阀不内漏，测上下游温度应该是一致的，如果存在内漏，则在逆止阀前后压差下，工质在低压侧膨胀，将导致两端温度不一致。因此对现场逆止阀上下游进行测温，结果逆止阀温度明显低于其它温度，说明在逆止阀有反向内漏，二级真空泵的高压工质经逆止阀漏点进入低压的一级真空泵出口，进行降压膨胀，导致降温。现场观察逆止阀外壳有明显的冷凝水情况，表明该逆止阀内漏严重。因此现场巡检时应加强关注。

3.2　CVI系统入口逆止阀故障处理

长期以来，真空泵实施定期切换后，凝结水的氧含量以及真空会出现较大变化，只要2CVI301PO停运后，凝结水的氧含量会出现较大上涨，凝汽器的真空会变差，二回路的阳电导也会出现较大幅度的上涨。而只要2CVI301PO在运行状态，凝汽器的真空以及凝结水的氧含量、阳电导就会变好些。

为此主控和现场做了一些试验，试验之初2CVI101/301PO处于并列运行状态，随后主控停运了2CVI101PO，只保持2CVI301PO运行。根据凝汽器真空的趋势图5可以看出：真空上涨幅度很小,从9.023-9.315，最后趋势走平，调门开度和热功率几乎没有影响。从这个现象来看，目前真空泵的出力主要是在于2CVI301PO，其余的泵在和2CVI301PO并列运行时几乎没有出力，也可以判断出2CVI101/201PO在运行时逆止阀可能就没有开启。

图5　凝汽器真空的趋势图

为解决真空泵入口逆止阀无法开启问题，联系机械队对逆止阀的选型工作进行了讨论，准备对2CVI201PO逆止阀进行实验性更换，以确认该问题是否真是由于逆止阀打不开所致,阀门更换完毕后，运行对2CVI031VA更换后的性能进行了验证，结果显示：2CVI031VA重新换型后出力明显增加，且2CVI201PO与2CVI101PO并列运行时比2CVI301PO与2CVI101PO并列运行时真空更好，且凝结水的氧含量出现下降，从37.7ppb下降至30ppb左右。为验证2CVI031VA严密性，对 2CVI201PO进行了试验，将 2CVI201PO停运，泵停运后凝泵出口氧含量由初始30.5ppb上升至60ppb，凝汽器真空开始上涨（幅度较大）。随后运行将2CVI201PO手动隔离阀2CVI061VA关闭后，凝泵出口氧含量开始下降，由此可以判断出2CVI031VA逆止阀回座不严，验证结束后，重新启动2CVI201PO。（见趋势图6）

图6　凝汽器真空的趋势图

解决措施：通过以上试验表明，真空泵入口逆止阀回座不严是导致真空变差的主要原因，为提高真空泵运行效率及稳定性，对真空泵组进行改造，建议在入口逆止阀下游增加与泵连锁的气动阀，这样泵启动该气动阀打开，泵停运该气动阀关闭，这样可以有效防止入口逆止阀回座不严导致真空变差，另外为了稳妥起见，先在一台真空泵组实施改造，根据改造效果决定后续行动。

3.3　1CVI301PO汽水分离器液位持续走高的原因及分析

以往曾经出现过1CVI301PO汽水分离器液位持续走高，而其它两个泵的汽水分离器的液位正常，对补水电磁阀及其它设备检查无异常，所以初步可以确定汽水分离器的水来自抽气的冷凝水，而抽气当中的水分大也是因夏天海水潮湿温度高，对汽机排气冷凝效果差导致。另外前期我们曾经做过CVI系统效率试验，得出的结论是真空泵效率1CVI301PO＞101PO＞201PO，并且从现场管道布置上看1CVI301PO入口离抽气母管最近，所以这就是1CVI301PO汽水风离器液位持续走高的原因。

解决措施：一种是在抽气母管上加装冷凝罐，目前广泛采用的方法是将温度较低的除盐水或者冷后的凝结水引入抽气母管冷凝罐,混合气体中的蒸汽凝结水与喷入的减温水混合后回收,这样可以将抽气中的水分去除，不凝结的空气由真空泵抽出。该方法具有布置简单、投资少的特点,且没有任何转动设备,免于维护,因此是最为经济、可靠的方法。典型流程如图7所示。