核电机组蒸汽管道的疏水系统设计方法研究

廖先伟 娄聚伟 张晓玉 李洋 赵禹

摘 要

核电机组蒸汽管道输送介质通常为饱和蒸汽，容易产生疏水，疏水系统设计不合理会导致疏水不畅，从而引发安全事故。本文研究总结了适用于核电机组蒸汽管道的疏水系统配置及疏水系统设计方法。

关键词

核电机组;疏水方式;疏水系统

中图分类号： TM623.3                 文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 68

Abstract

The transmission medium in the steam pipeline of nuclear power unit is usually saturated steam， which can easily convert to cooled water. Unreasonable design of drain system will lead to poor drainage， resulting in safety accidents. This paper studies and summarizes the drain system configuration and design method for steam pipe of nuclear power unit.

Key words

Nuclear power unit; Drain method; Drain system

0 引言

核电机组的参数较低，且大都处于饱和状态，在机组启动暖管期间，正常运行以及一些瞬态工况，蒸汽管道内会产生凝结水[1]，疏水系统设计不合理将导致凝结水堆积，从而引起蒸汽管道水锤、腐蚀等严重事故。本文对疏水系统的配置进行了介绍，并从暖管要求、疏水管道规格、疏水设备等方面研究总结了适用于核电机组饱和蒸汽管道的疏水系统设计方法。

1 蒸汽管道积水的影响

在机组启动、停运及变工况运行时，蒸汽管道内的饱和蒸汽受到冷却，温度降低，低于其压力对应的饱和温度，蒸汽凝结成水，这些凝结水如果未能及时排走，积存于蒸汽管道中，将会对管道及下游设备造成不利影响，严重的会引发安全事故。

蒸汽管道积水的影响主要有以下几方面：（1）水锤：积聚的凝结水最终会形成密集的不可压缩的“硬”水块，撞击管道、管件，大大降低管道、管件的使用寿命，严重的将导致管道损坏;（2）管道腐蚀：蒸汽管道和设备启动时会有空气，当机组停运时蒸汽凝结成水，随之产生的真空会吸入空气，当空气溶入凝结水后，蒸汽管道中含有二氧化碳和氧气，结合形成具有腐蚀性的碳酸，腐蚀管道;（3）对汽轮机的危害：积水流入汽轮机内，叶片受到水冲击，严重影响汽轮机的安全稳定运行。

2 疏水系统的配置

饱和蒸汽管道需要针对以下几种情况设置疏水点：（1）蒸汽管道的低位点（2）蒸汽管道盲端（例如：蒸汽母管两端、蒸汽管道上需要长期保持关闭的阀门前等）（3）除上述两种情况外，相邻两个疏水点设置一般不应超过50m。疏水系统的一般配置见图1，在疏水点设置输水罐，用于收集沿蒸汽高速流动的凝结水。疏水罐出口配置有疏水器和旁路疏水阀，疏水器具有阻汽疏水的作用，用于系统正常运行时的疏水，旁路疏水阀在正常运行时保持关闭，当机组启停时，蒸汽管道内产生的疏水量增大，此时将旁路疏水阀开启，避免疏水的积聚，在疏水罐上应设置有液位开关，当疏水罐中的液位过高时也应该开启旁路疏水阀，将多余的疏水排走。

相同压力等级的疏水管道最终汇集到疏水集管中，再由疏水集管收集排至疏水扩容器，经过扩容后的疏水回到凝汽器中复用，如果采用大气式疏水扩容器，则一般选择不回收疏水。连接至疏水集管的疏水管道应当按照压力高低进行排列，压力低的疏水管道更靠近疏水扩容器，如果有多个疏水集管同时汇入疏水扩容器中，应当将压力等级高的接入疏水扩容器下部，压力等级低的接入疏水扩容器上部。

3 疏水系统的设计方法

3.1 疏水罐的选取

疏水罐的出口一般设置在距离疏水罐底部25mm～30mm的位置，目的是防止疏水罐底部聚集的杂质进入到疏水器，防止疏水管道堵塞。

疏水罐的底部可采用与排污阀连接或可拆卸法兰两种形式，如图2所示，在蒸汽管道吹扫的时候，通过排污阀或者拆卸法兰将输水罐底部的杂质冲走。

疏水罐的尺寸按照蒸汽管道管径选取，推荐尺寸详见表1。

3.2 疏水器的选型

疏水器按照其使用條件及安装条件等不同应用场合可分为三种型式[2]：

（1）机械式：通过感应流体的密度变化进行工作，从结构上可分为倒吊桶式和浮球式。机械式的疏水器通常用于大流量或者蒸汽管道介质为接近饱和或饱和的蒸汽，背压的允许值为80%的入口压力。安装方式为水平安装，动作可靠，动作间隔短，使用寿命长。其中浮球式疏水器的排空气性能较好，倒吊桶式疏水器的排空气性能较差。

（2）热动力式：通过感应流体的动力特性变化进行工作。对工作压差要求较高，疏水阀的入口压力一般不得低于0.025MPa（表压），背压的允许值为25%～50%的入口压力，安装方式为水平或竖直安装，动作较可靠，动作间隔长，使用寿命较短。热动力式疏水器的排空气能力较好。

（3）热静力式：通过感应流体的温度变化进行工作，有液体膨胀式、双金属式、压力平衡式。热静力式的疏水器不能用在需要及时排除凝结水的场合，允许积水，背压的允许值为50%的入口压力，安装方式为水平或竖直安装，动作较可靠，动作间隔长，使用寿命较短。热静力式疏水器的排空气能力较好。