华龙一号辅助蒸汽分配系统调试缺陷分析及解决措施

中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 李 旭

华龙一号机组辅助蒸汽系统是核电站在启动过程中的重要热源，该系统在机组调试阶段，其可靠性以及稳定性是保证机组能够顺利启动的关键之一。因华龙一号系统在设计过程中，与其他三代核电机组存在一定差异性，所以有必要对于其辅助蒸汽分配系统的调试缺陷进行额外的分析，并且提出相应的解决措施，希望能够为日后系统的调试运行提供更多的帮助。

华龙一号是由中核集团以及中广核集团，根据日本福岛核事故经验反馈结果而自主研发的一种，具有完全自主知识产权的中国的三代百万千瓦级压水堆核电技术。对于核电厂来说，在进行正式使用之前，其最为重要的一个阶段就是调试，其主要的责任就是承担核电厂建造，以及运行这两个最为重要的阶段。调试的目的其实是为了能够将核电厂已经完全安装好的各个部件，在进行正式使用之前进行最后的性能检验，以此来有效的确保整个系统是完全符合设计要求，同时也能够满足其运行的性能标准的[1]。

对于整个调试过程进行阶段性的划分是非常有必要的，其数目和规模直接取决于安全要求、技术要求以及管理要求。在对于调试过程进行阶段性划分时，必须指明在每一个阶段当中都需要完成相应的试验，并且要确定在继续下一个阶段试验之前，所有的试验结果都能够通过审查。在完成了对前一个阶段调试结果的评价，以及监督并且确认所有的目标，能够满足安全管理要求的基础条件之后，才能够允许开展下一个阶段的调试试验工作。而在本文当中所研究的重点则是针对辅助蒸汽分配系统在调试时，容易存在的缺陷进行有效的分析，并且提出一定的解决措施，希望能够为相关工作人员提供一定的帮助。

1 系统运行概述

每台“华龙一号”机组每年清洁发电近100亿kWh，能够满足中等发达国家100万人口的生产生活年度用电需求；同时，相当于减少标准煤消耗312万t，减少二氧化碳排放816万t，相当于植树造林7000万棵。

核电是迄今为止最为复杂的能源系统。做强做优核电事业，还能有效带动上下游大量相关高技术产业，促进国家高端重大装备制造业、相关服务行业发展，对材料、冶金、化工、机械、电子、仪器制造等几十个行业的加工技术和工艺水平具有显著拉动作用。2020年11月27日华龙一号全球首堆，中核集团福清核电5号机组首次完成并网，这一次成功的研制经验也使我国真正打破了国外技术的垄断，并且真正踏入核电领先技术行列当中，这对于我国的发展来说有着无法取代的意义，同时这也就意味着在一定程度上有效地增强了“一带一路”沿线国家针对华龙一号的信心[2]。

在华龙一号系统研究的过程中，技术工作人员一直秉承着勇攀核电技术高峰，向科技不断索取答案的准则，与此同时，华龙一号的研究也是中核集团在30多年中进行核电科研以及设计包括制造的基础之上所研发出来的完全具备着知识产权的三代压水堆核电创新成果。不仅如此，目前该系统已经拥有了一套非常完整的标准体系，所有的核心零部件都已经实现了国产，国产化概率可达85%以上，所以完全具备批量化建设的能力。

图1 华龙一号

根据目前的情况来看，我国所引进的三代压水堆核电站主要包含：欧洲的ERP核电机组以及美国的AP1000核电机组，并且在国内都有着一定的工程建设经验，针对这两种核电机组进行相应的调试以及分析，通过横向的对比，对于华龙一号的辅助蒸汽系统调试工作会产生一定的借鉴意义。本次系统在进行研究的过程当中，其主要的创新性就在于使用了能动以及非能动相结合的安全系统，这种双层安全技术在安全性上面完全能够满足于国际最高标准的要求[3]。

不仅如此，集团在发展产业链的过程当中还联动了140多家民营企业以及58家国有企业，有效地带动了上下游的产业。纵观整个产业链目前甚至已经超过了5000多家，企业甚至于已突破了410台核心装备的国产化并且在这个过程当中也形成了120多项著作权，包括700多件专利，并且还包含了一项国际核电标准。对于核电厂的前期设计以及后期的设备调试等一系列的工作进行了概括，研究了核电厂的全生命周期的运行情况，有效地支撑了华龙一号批量化的建设，华龙一号目前已经成为核电市场当中接受度最高的三代核电机型之一，同时也是我国核电走向世界的一个非常重要的名片，而在本文当中主要针对华龙一号的辅助蒸汽分配系统进行相应的探析。

2 华龙一号辅助蒸汽分配系统的主要特点

2.1 增加了高压减压站前疏水

因为在系统当中取消了蒸汽转换系统后，由主蒸汽经过高压减压站减压阀减压，直接进行供汽，华龙一号辅助蒸汽系统主要是新增设了一组疏水装置，可以针对减压站阀之前的管道进行有效的疏水，疏水能够通过疏水阀进行自动化的控制，当机组出现了跳机信号或者是机组的功率小于30%，以及疏水罐液位高信号的时候，疏水阀就能够自动化的进行启用，并且完成疏水。

需要注意的一点是，该阀门本身的疏水功能其实就是管道的疏水，本系统所添加的疏水阀和管道的疏水功能基本保持相同。根据以往机组的使用经验来看，在主蒸汽系统暖管之后，主蒸汽系统的常规岛部分气动疏水阀在打开时可能会出现主蒸汽母管压力下降的现象，其具体的下降数值为0.4MPa，一回路温度大约能够下降2℃左右，所以如果主蒸汽系统十个阀门同时打开的话，那么主蒸汽母管压力就会出现迅速下降的现象，而一回路就会被迅速的冷却，其温度降低的也非常快，蒸汽发生器液位会导致出现非常大的波动，存在着停堆停机甚至是安全方面的风险，所以该阀门在暖管的时候值得注意的是，必须提前的闭锁相应的开启信号。

2.2 取消了蒸汽转换系统

参考了AP1000辅助蒸汽系统的具体设计，取消了蒸汽转换系统之后，由主蒸汽经过高压减压站减压阀进行减压之后直接完成供汽，根据蒸汽转换系统在运行过程当中的功能特点，以及核电站在进行实际运转过程当中的经验，可以对其系统进行简化，降低相关的成本。

蒸汽转换系统在运行过程当中主要利用的就是主蒸汽，通过该系统能够产生低压蒸汽，利用辅助蒸汽分配系统就能够向需要用汽的用户进行供汽，与此同时，设置好蒸汽转换系统是为了能够将辅助蒸汽跟主蒸汽之间进行隔离，避免二者之间产生直接接触，防止主蒸汽在遭受放射性污染时，通过辅助蒸汽把这些污染物传播到外界环境，或是导致工作人员的生命财产安全受到影响，可以说该系统本身就是常规岛当中的一个辅助性的系统。不仅如此，该系统还在管道当中增加了化学取样点，可有效地实现系统蒸汽的监测，如果发现了问题，能够及时对原因进行查明并且完成处理，如果监测到了主蒸汽的放射性物质超标，也可以立刻切断气源，使用临机供汽[5]。

3 系统调试缺陷问题以及具体的处理措施

3.1 安全阀漏蒸汽

出现缺陷的原因。通过对于系统的阀门情况进行拆除以及研究，并且完成了打压测试，确认阀门本身存在着内漏的现象，同时没有办法稳定在安全阀的额定压力当中。因为阀门排气管排水并没有安装，所以现场仍然是盲板，阀门在产生了内漏的情况之后，会导致其排气管道出现冷凝的问题，而积水在此时会全部都聚集在阀门的内部或者是排气口弯管的位置，无法顺利的排出。管道在进气之后，对于阀门进行加热后，导致其内积水出现受热蒸发的现象，蒸汽会沿着阀门法兰缝隙排出，并且通过排气管道在排气管排出去。

处理措施。首先需要对于整体的阀门进行清洁，并且把阀门内部所有的异物都清理出去，还需要对阀门的密封面进行打磨之后完成试压试验，试压合格之后才能够其进行回装。其次是可选择使用临时软管来对其进行恢复，以此来将阀门当中存在着的积水排除干净。

总结以及改进建议。在采用了相应措施之后，如仍未对于该问题进行有效的解决，容易导致安全阀内部不断的出现被腐蚀的问题，同时也会导致其内部结构受到影响，因为弹簧式安全阀都已经安装好了排水装置，而且安全阀若是在允许的范围之内其实是可以出现一定量的泄漏的，而且无法保证安全阀可以做到完全隔离蒸汽。所以在进行调试的时候，应需要确保排气管道的排水可用，避免出现其内部的内积水现象，如果调试阶段正式排水管道不可用的话，也需要增加临时排水措施。

3.2 系统接口位置的法兰漏水

出现缺陷的原因。首先是法兰垫片本身可能就存在着质量方面的问题，所以无法保证整个连接位置可以做到完全的密封，其次是在进行暖管的过程当中，最低点疏水阀并没有开启，所以导致在进行暖管时，管道当中的积水没有办法及时地排出去，所以致使积水从法兰位置渗出。

处理措施。首先需要对于法兰垫片进行更换，使其变为加厚垫片，其次是需要开启逆止阀，通过下游疏水阀把管道当中的积水完全排干净之后再进行暖管。

总结以及改进建议。在辅助蒸汽正式启动之前，必须确保蒸气管道当中的所有积水都已经排除干净，避免出现水锤或者是漏水的现象。其次，确保材料的质量也是一个较为重要的方面，所有使用的管道材料都必须满足于使用性能，包括工艺性能方面的要求，用于管道的材料及规格跟性能必须符合国家现行标准或者是通用国际标准，其主要的标准包含着化学成分，以及物理包括力学特性和制造工艺等方面的要求。同时管道材料当中不能够添加铅、汞、锌等低熔点物质，并且还应该控制其他杂质的含量。

3.3 辅助蒸汽系统已投，边界阀门存在着温度异常降低的现象

出现缺陷的原因。经过相应的排查之后可发现上游的辅助蒸汽分配系统，在运行过程当中是比较正常的，现场经过了点温仪测量之后发现，蒸汽管道温度已经低于系统的正常温度，临时输水管道的温度也接近于常温。经过现场的查看以及研究，可以发现系统供气管道排水利用的是临时排水阀装置，而且没有安装好疏水器，排水是无法进行长期使用的。而辅助蒸汽分配系统暖管在结束之后，为了能够防止蒸汽泄漏，排水阀一般会处在一个关闭的状态下，在一段时间之后排水不可用，就会导致积水通过排水管道蔓延到蒸汽管道，积水在蒸汽管道当中积攒过多，就会导致蒸汽没有办法正常的运送到边界阀门，致使边界阀门出现温度降低的现象。

处理措施。把临时疏水阀打开之后，将管道当中的积水排出去，这时就能够保证温度恢复到正常状态条件下，后续该阀门则需要保持小开度，或者是可以定期的对于该阀门进行开启，避免出现管道当中内积水过多的现象。

经验总结以及改进建议。后续系统在投入使用之前必须求安装好疏水器，确保系统具备着长期排水的功能，如果没有办法正常的对于疏水管道进行安装的话，那么必须进行按时的人工排水操作。