再热蒸汽温度控制对核电机组运行可靠性的影响探讨

□孙玉彪

核电机组压汽缸的蒸汽参数容易受到许多外在因素的影响，在实际运行的过程中，很容易由于数据参数的变化导致核电机组内部的压力过大，进而导致核电机组变形。在汽轮机设备启动停止以及低负荷运行期间，相关工作人员需要重点关注再热蒸汽温度，尽量避免其对核电机组的运行造成影响，尽量减少核电机组变形的问题。对再热蒸汽温度控制对核电机组运行可靠性的影响进行探析，可以大大降低其中存在的安全隐患。

一、MSR对核电机组运行方式的影响

(一)MSR再热温度控制的方式。核电机组可以通过MSR技术的汽水分离功能以及两级再热功能，来提升或降低核电机组内部的蒸汽温度，通过这种方式提高汽轮机组的热效率循环，进而达到降低排气湿度的目的，减少核电机组在运行过程中对核电机组零部件造成的磨损，最终提高核电机组的运行可靠性。MSR的一级再热器的加热汽源往往是从高压缸内进行抽汽，其中的一级再热蒸汽阀在运行的过程中并不会进行调节；核电机组中的二级再热器的加热汽源主要依赖于主蒸汽，然后再由热蒸汽温度来调节压力控制阀。MSR出口的再热蒸汽温度主要是依靠调节二级加热蒸汽压力的方式，来进行间接实现，并且将核电机组内部的压力信号当作被调量的主要原因是由于压力信号响应时间过短。在启动MSR时，它的启动状态是否良好完全取决于二级再热器的温度，当其温度低于120℃时，二级束管就会进行适当的通风以及预热，进而达到保护核电机组的目的。

通过二级再热压力来调节控制阀门的蒸汽压力，随着管板温度的上升，二级的再热压力会在运行的过程中逐步降低，最终达到适应暖管温度的效果。当二级再热管板的温度高于140℃时，就可以适时的启动汽轮机。在核电机组并网负荷运行的阶段，二级再热蒸汽的压力阀门会根据核电机组的负荷变化逐步打开，进而控制再热管板的温度，控制其上升速度；当核电机组在70%额定负荷的状态下，可以同时打开两个压力控制阀门，在控制负荷的阶段，当其额定负荷将到了79%以下时，MSR的压力控制阀门就会关闭，汽轮机也会停止运行。

在运行汽轮机设备的过程当中，根据设备的相关操作规定，依据汽轮机设备运行操作规定，当汽轮机当中的进汽法兰这一零件中间的金属壁属温度低于150℃时，机组就会在冷动状态下启动；当汽轮机当中的进汽法兰这一零件中间的金属壁属温度高于150℃时，机组就会在热状态下启动。在MSR启动的过程当中，核电机组内部的二级再热蒸汽压力会根据控制阀的负荷变化逐渐打开，并且当核电机组的二级再热管板温度高于140℃时，核电机组就会停止自身预热功能，但这样的智能化功能，并没有充分考虑核电机组在启动前，进入中压汽缸进口的温度是否与汽轮机启动的冷热状态相匹配的问题。拿某台引进三十万核电机组的事例举例来说，为了确保核电机组在运行的过程当中，可以使进入汽轮机内部的蒸汽温度与汽缸内的运行状态进行配对，并且在核电机组运行的过程中直接采用测量MSR出口蒸汽温度的方式进行闭环处理，并将核电机组的运转模式设置成自动控制模式。若是在核电机组运行的过程中将MSR自动控制模式细分为冷态启动、热态启动以及脱扣停机等模式，就可以很好地将MSR出口蒸汽温度变化的速率控制在56℃/h内，以此加强对核电机组的保护。

(二)MSR再热器管板温度的变化。MSR的一级再热器管束以及二级再热器管束都是一种U型铁素体不锈钢翅片换热管，核电机组当中的加热蒸汽在核电机组运行的过程中会沿着水平U型管束从高处向低处进行流动。但在核电机组的实际运行过程中，MSR的一级再热器的加热汽源是无法进行自身调节的，核电机组内部也没有设置与之相匹配的核电机组预热系统，在核电机组的汽轮机的转速上升至1,500r/min，并且一直处在并网带初始负荷过程中，一级再热蒸汽温度就会出现急剧上升的趋势，这样的情况十分容易造成一级再热器管板温度的突然变化，这样一种突发的温度变化，不仅会对核电机组的零部件造成影响，还会影响核电机组的运转效率。当机组冷态启动时，若是核电机组温度始终处在上升的状态下，核电机组内部的一级再热器管板温度就会由原始温度急剧上升，甚至有可能会超过80℃，最大上升速度4.58℃/min；当核电机组内部处于热态启动状态时，就很有可能因为核电机组内一级再热器管板温度始终保持在较高温度而加快管板温度出现下降速度，对核电机组的运行造成一定影响。

在这样的情况下，当核电机组的初始负荷过程中从92.28℃不断回升并且趋势迅猛的情况下，核电机组内一级再热器管板温度就会瞬间上升，严重时可以达到了3.84℃/min。如果在核电机组冲转前核电机组内部的一级再热管板温度处于一种较低的状态，或者是汽轮机冲转速上升速度过快时，一级再热管板温度的上升速度也会受到较大的影响。某机组多次启动核电机组的过程中记录了核电机组历次运行数据，在其中一次机组运行过程中，核电机组当中一级再热器管板温度骤然变化为5.09℃/min。和这种情况相比，由于核电机组当中二级再热器在运行之前，相关工作人员必须对核电机组进行管束预热，这才可以将核电机组冲转、并网过程中，二级再热器管板温度变化控制在一定范围内，但如果在核电机组运行的过程中管板温度脱离了控制范围，就很容易会出现管板温度的小幅变化，但影响不大。

根据相关制造厂商的对设备运行过程中的维护要求，MSR的再热器管板温度在运行的过程中不可以超过4℃/min。若是在运行的过程中MSR管板温度的上下浮动过大，就很容易造成核电机组内部零件的热疲劳，同时也会在管束、管板等构件的焊缝处产生一种交变热应力的现象，进而造成核电机组的内部泄露。

二、MSR对核电机组安全运行的影响

(一)汽轮机启动、升负荷阶段的影响。市场当中某核电厂的核电机组调停小修后，在机组的冷态启动，并且核电机组汽轮机冲转的功率急速上升至330MW的过程中，核电机组的高中压汽缸的部分轴承的数值出现急剧上升的现象，当相关工作人员通过技术手段降核电机组的低负荷情况，并且试图稳定轴承数值，但数值在短暂稳定后，仍然持续上升，这就需要相关工作人员手动打开闸门进行停机处理。

可以设想当汽轮机轴封蒸汽温度为188℃时，核电机组可以通过机器自身的两端轴封进入到高中压汽缸当中，在核电机组冲转前，通过MSR技术使高、中压排汽缸温度达到运转要求；在核电机组冲转过程当中，高压排汽缸温度会先下降到一定温度，然后再随着核电机组进汽流量增加逐步上升。

当核电机组并网后，机器自身会随着进汽流量而进行温度调节，汽缸被蒸汽冷却，进而导致机器出现温度下降的趋势，这也可以从侧面反映出汽轮机启动过程中或者是机器处于低负荷运行阶段时，高压汽缸以及中压气缸内部流场和温度场变化具有极其复杂的特征，这不仅仅与进入压汽缸当中的蒸汽流量以及温度的变化范围有关，还与MSR在压汽缸之间进行的机器设置有关。

由于核电机组当中的压汽缸的结构尺寸十分庞大并且结构复杂，所以当进入汽缸的蒸汽温度突然发生变化时，如果核电机组内部出现汽缸受力不均或者是核电机组零件因为温度过高产生膨胀受阻现象时，就会造成汽缸变形，进而影响核电机组的正常运转。为此，工作人员需要在核电机组处于低负荷运行阶段时，时刻监控MSR再热蒸汽温度变化趋势，并且根据温度变化趋势，及时对核电机组的运行状况进行调整，以确保核电机组的正常运行。

(二)汽轮机降负荷、停机阶段的影响。市场当中某核电厂的核电机组按原本计划进行停机检修，当汽轮机的运转负荷开始下降时，就会因MSR的二级再热器发生故障，进而无法对疏水箱液位进行有效控制，从而导致MSR二级再热器的进汽阀门为了自我保护自动关闭。同时2台MSR的二级再热器若是同时停止加热，那么核电机组当中的压缸的温度就会产生变化，进而直接影响到中压缸进汽参数。若是汽缸体金属的温度与核电机组内部的蒸汽温值较大，那么就会在核电机组内部产生强烈的对流换热，进而引起压缸内部零件的冷却收缩，进而影响核电机组的运行情况。核电机组在降负荷过程中容易发生高压气缸、中压汽缸前后轴承振动数值的上升，与中压汽缸内部温度的急剧下降的变化趋势有着一定的关联性。

三、结语

再热蒸汽温度控制对核电机组运行可靠性起着至关重要的作用，但在MSR设备实际运行的过程当中，核电机组在机组启动冲转过程和并网带初始负荷时，核电机组内部的一级再热器管板的温度会直接上升到机器所能承受的极限数值。因为MSR设备在运行的过程中管板温度若是发生较大幅度的变化，就会出现核电机组内部温度冷热交替的现象，会造成核电机组内部零件的热疲劳，甚至机器的连接点可能出现裂缝现象，威胁到周围工作人员的人身安全。故在对再热蒸汽进行温度控制时，要根据实际情况谨慎选择运行时机，最终实现提高核电机组运行的可靠性的目的。