高壓加熱器汽液兩相流疏水器故障原因分析及對(duì)策

      高壓加熱器汽液兩相流疏水器故障原因分析及對(duì)策，高壓加熱器的正常運(yùn)行對(duì)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響，本文對(duì)三期電廠720MWe機(jī)組高壓加熱器運(yùn)行中因水位異常升高導(dǎo)致高加保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，指出了高壓加熱器水位異常原因，并提出相應(yīng)對(duì)策。
      三期CANDU核電廠采用日立公司設(shè)計(jì)的沖動(dòng)式、串聯(lián)復(fù)式、帶再熱和冷凝、代號(hào)為TC4F-52的汽輪機(jī)組，機(jī)組的加熱器系統(tǒng)共設(shè)有兩列高壓加熱器，每列兩臺(tái)，高加的正常運(yùn)行對(duì)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響，而該機(jī)組卻多次發(fā)生過因高水位波動(dòng)導(dǎo)致加熱器保護(hù)動(dòng)作的事故，以下將分析水位波動(dòng)的原因，并提出相應(yīng)對(duì)策。
      四臺(tái)高壓加熱器分A、B兩列，每列兩臺(tái)，A列為6A，5A；B列為6B，5B。每列加熱器疏水正常運(yùn)行時(shí)，逐級(jí)串聯(lián)的，即6號(hào)高加疏水至5號(hào)高加，5號(hào)高加疏水至除氧器。應(yīng)急事故情況下，6號(hào)、5號(hào)高加疏水經(jīng)應(yīng)急疏水調(diào)節(jié)閥各自流入凝汽器。在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，當(dāng)加熱器內(nèi)壓力不能將疏水送入下一級(jí)加熱器時(shí)，加熱器內(nèi)疏水經(jīng)應(yīng)急疏水管道排入凝汽器，此時(shí)加熱器內(nèi)水位由應(yīng)急疏水調(diào)節(jié)閥來控制。5號(hào)高加接受汽水分離器正常疏水，6號(hào)高加接受汽水分離再熱器一級(jí)、二級(jí)正常疏水、掃氣。
      本機(jī)組設(shè)置有相當(dāng)數(shù)量高加水位的計(jì)算機(jī)觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，以高壓加熱器5A/5B為例，高壓加熱器的計(jì)算機(jī)觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，覆蓋了高壓加熱器的水位變化過程，5A/5B高加水位保護(hù)計(jì)算機(jī)觸點(diǎn)報(bào)警序列圖，通過該計(jì)算機(jī)觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，可以方便地觀察到在高加啟停階段，5A/5B高壓加熱器的水位變化過程。
汽液兩相流疏水器高壓加熱器水位異常原因
      對(duì)歷年來發(fā)生的數(shù)起汽液兩相流疏水器高壓加熱器水位異常事件進(jìn)行初步歸類，可分為三種原因。
      加熱器內(nèi)汽側(cè)壓力突變，或進(jìn)高加疏水量急劇增加此種情況會(huì)導(dǎo)致液位波動(dòng)較大，容易產(chǎn)生假水位（此時(shí)加熱器汽側(cè)通過上部平衡管開口處的蒸汽流速較高，該處靜壓降低，由于抽吸作用，會(huì)降低上部平衡管內(nèi)的壓力，使水位計(jì)的指示水位高于加熱器的實(shí)際水位）或?qū)σ何婚_關(guān)造成沖擊，觸發(fā)水位保護(hù)信號(hào)。如在2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，高壓缸到6A加熱器的抽汽有一較大的增加，MSR一級(jí)再熱器疏水箱疏水在一級(jí)再熱的抽汽的作用下疏入6A加熱器，流量波動(dòng)較大，波動(dòng)時(shí)間為30秒，流量有一個(gè)增加之后其流量降低幾乎為零，然后逐漸上升，可以判斷一級(jí)再熱器疏水箱中的水在波動(dòng)時(shí)很短的時(shí)間內(nèi)已經(jīng)進(jìn)入了6A，導(dǎo)致6A水位迅速上升而隔離。從6A水位高報(bào)警觸發(fā)CI1232，到6A水位高高報(bào)警觸發(fā)CI1231，其間只有4秒時(shí)間，導(dǎo)致高加A系列隔離。
液位控制設(shè)備設(shè)定值漂移及內(nèi)部卡澀
      加熱器的正常疏水和危急疏水液位控制器的設(shè)定值漂移，使加熱器內(nèi)部實(shí)際控制的液位較高，當(dāng)其內(nèi)部有擾動(dòng)或液位波動(dòng)時(shí)，由于實(shí)際液位距液位開關(guān)的動(dòng)作值較近，使液位開關(guān)抗干擾能力降低，導(dǎo)致液位開關(guān)動(dòng)作，疏水的控制特性變壞，而導(dǎo)致加熱器隔離。
      疏水液位開關(guān)的內(nèi)部卡澀，導(dǎo)致疏水的控制失靈。如曾經(jīng)1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)期間，在機(jī)組剛并網(wǎng)約8秒后，高加6B“高高”液位開關(guān)保護(hù)動(dòng)作而導(dǎo)致了B列高加解列，經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)6B高加“高高”液位開關(guān)卡澀，將其撥回到自由位且經(jīng)過多次動(dòng)作驗(yàn)證后，恢復(fù)正常。
     汽液兩相流疏水器疏水液位控制器的內(nèi)部卡澀，導(dǎo)致疏水的控制失靈，如1號(hào)機(jī)組5號(hào)高加B列/A列在機(jī)組降功率時(shí)同時(shí)隔離，事后檢查發(fā)現(xiàn)，5B高加隔離原因是應(yīng)急疏水控制器的內(nèi)部卡澀引起。應(yīng)急疏水控制器的頭部是由一個(gè)短螺栓固定，該螺栓松動(dòng)無法再固定而導(dǎo)致其頭部晃動(dòng)，該處管線的振動(dòng)導(dǎo)致液位控制器的調(diào)節(jié)部位有卡澀，從而導(dǎo)致應(yīng)急疏水閥的控制失靈，極易發(fā)生高液位。
低負(fù)荷下應(yīng)急疏水不暢
      事例：當(dāng)1號(hào)機(jī)組電功率升至140MWe（約20％）功率時(shí)，5A高加的液位高報(bào)警開始發(fā)出，并且沒有間歇性的消報(bào)，其間持續(xù)了5個(gè)小時(shí)。
      對(duì)事例進(jìn)行分析，當(dāng)時(shí)加熱器5A高液位，對(duì)可能原因如傳熱管泄漏、汽機(jī)負(fù)荷快速變化、MSR疏水流量快速增加、加熱器液位控制閥故障、加熱器液位開關(guān)故障等問題進(jìn)行分析，在負(fù)荷穩(wěn)定了一段時(shí)間后，加熱器5A高液位持續(xù)存在，判斷是加熱器應(yīng)急疏水不暢。
      通常影響加熱器疏水不暢的原因有：加熱器內(nèi)漏、管道管徑選擇不合理、管道阻力大、調(diào)節(jié)閥流通能力不足等。通過計(jì)算分析表明，在5A高加的液位高報(bào)警開始發(fā)出持續(xù)了5個(gè)小時(shí)期間，按照單向相流體計(jì)算，5A高加的疏水倒向凝汽器，應(yīng)急疏水調(diào)節(jié)閥理論的流通能力是足夠的。
      通過計(jì)算分析可知，顯然，影響加熱器疏水不暢的原因?yàn)榈拓?fù)荷下，由于加熱器抽汽管線的抽汽壓力低，高加的疏水（含MSR汽水分離器疏水）反而被給水所加熱，即在啟機(jī)階段，加熱器疏水未對(duì)給水起到加熱作用，過冷度很小或接近飽和，甚至發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，產(chǎn)生汽水兩相流，疏水比容增加，流動(dòng)阻力大大增加，以至于調(diào)節(jié)閥原有的通流面積不夠，從而表現(xiàn)為應(yīng)急疏水調(diào)節(jié)閥的流通能力不足。
采取對(duì)策
      投運(yùn)高加時(shí)緩慢進(jìn)行。高加水位異常發(fā)生在高加剛投運(yùn)或抽汽壓力急劇變化時(shí)，因此在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，投運(yùn)高加時(shí)緩慢進(jìn)行。這樣抽汽壓力變化也相對(duì)緩慢，減少傳熱溫差，既可以對(duì)高加充分預(yù)暖，又便于控制高加水位，使高加盡早正常運(yùn)行，提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，另一方面可減少高溫加熱蒸汽對(duì)加熱器的沖擊。
      高加的瞬態(tài)主要發(fā)生在機(jī)組的啟停階段，為此，正確的操作和調(diào)整是極為重要的，投運(yùn)高加時(shí)，應(yīng)使高加充分預(yù)暖，操作應(yīng)緩慢，在啟動(dòng)過程中，運(yùn)行人員應(yīng)確保給水溫度溫升小于5℃/分，以防止加熱器受壓部件形成太大的熱沖擊而影響高加的壽命。高加水側(cè)投運(yùn)后，再投運(yùn)汽側(cè)，打開電動(dòng)進(jìn)汽閥5%，暖加熱器5分鐘，再增開15%，隔5分鐘再增開20%，在高加出水溫度穩(wěn)定后，開足電動(dòng)進(jìn)汽閥。按此操作方法，每臺(tái)高加的投運(yùn)時(shí)間約20分鐘，時(shí)間雖然長(zhǎng)了一些，但換回了高加使用壽命，避免一下子全開抽汽電動(dòng)門，對(duì)高加造成熱沖擊，并使高加水位急劇升高，難于控制。對(duì)進(jìn)入高加的疏水，也需緩慢操作，避免熱沖擊對(duì)高加水位波動(dòng)的影響。
      加強(qiáng)設(shè)備的定期檢查維護(hù)。檢查液位開關(guān)和液位控制器的可靠性，進(jìn)行模擬檢查（如液位開關(guān)和液位控制器人為灌水），檢查液位控制器的測(cè)量值及趨勢(shì)是否正確，疏水閥動(dòng)作是否合理，計(jì)算機(jī)觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)隨水位變化動(dòng)作是否合理，如應(yīng)急疏水調(diào)節(jié)門開度增大必有正常疏水調(diào)節(jié)門開度增大，否則可判定正常疏水調(diào)節(jié)門卡澀或調(diào)節(jié)裝置誤動(dòng)作。進(jìn)行定期檢查，克服液位控制設(shè)備設(shè)定值漂移及內(nèi)部卡澀對(duì)加熱器疏水控制的影響。
      低負(fù)荷下應(yīng)急疏水不暢的處理。低負(fù)荷時(shí)旁路高加外部疏水。對(duì)低負(fù)荷下應(yīng)急疏水不暢，特別對(duì)5號(hào)加熱器而言，在高加剛投運(yùn)或高加水位急劇變化時(shí)，可開啟或部分開啟上游疏水的應(yīng)急疏水閥，旁路其上游疏水，即6號(hào)高加的疏水及汽水分離器疏水，待高加水位平衡穩(wěn)定后，再關(guān)閉上游疏水的應(yīng)急疏水閥。定負(fù)荷啟動(dòng)投入/停止高壓加熱器。對(duì)高壓加熱器，特別是5號(hào)加熱器，可以考慮定負(fù)荷啟動(dòng)投入，投運(yùn)時(shí)應(yīng)緩慢操作確保給水溫度溫升小于5℃/分，以滿足應(yīng)急疏水閥在此時(shí)有一定的壓差滿足其疏水能力。
實(shí)踐價(jià)值和意義
      通過以上分析，針對(duì)高加汽液兩相流疏水器存在的問題，需要投運(yùn)高加時(shí)應(yīng)隨機(jī)啟動(dòng)；投運(yùn)高加時(shí)，應(yīng)使高加充分預(yù)暖，操作應(yīng)緩慢，避免一下子全開抽汽電動(dòng)門；對(duì)進(jìn)入高加的疏水也需緩慢操作，避免熱沖擊對(duì)高加水位波動(dòng)的影響；加強(qiáng)設(shè)備的定期檢查維護(hù)，克服液位控制設(shè)備設(shè)定值漂移及內(nèi)部卡澀對(duì)加熱器疏水控制的影響。
      在低負(fù)荷下，為了防止在低功率時(shí)5號(hào)高加液位出現(xiàn)波動(dòng)，疏水不暢，提出了兩個(gè)解決辦法：一是MSR分離器疏水倒向5號(hào)高加，至少要在汽輪機(jī)功率高于38%FP以后，才可倒入；二是定負(fù)荷啟動(dòng)投入/停止高壓加熱器。經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，機(jī)組瞬態(tài)得到有效緩解，該舉措對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極的正面作用。三期高壓加熱器系統(tǒng)在中有著非常重要的地位，它的有效投運(yùn)及停運(yùn)是保證整個(gè)電廠安全運(yùn)行的前提，對(duì)高加汽液兩相流疏水器疏水故障問題的分析解決有助于提高電站的運(yùn)行安全性和可靠性。