常规岛回热加热器液位调节运行分析

常规岛回热加热器液位调节运行分析

高鹏

江苏核电有限公司 运行二处     江苏连云港       222000

摘要：田湾核电站二期工程常规岛回热加热器分为低压加热器、除氧器、高压加热器，正常运行时维持稳定的液位，以保障回热加热器稳定的运行工况，较高的热循环效率，减少设备温度、压力波动，避免设备工况变化产生压力波动和热应力产生疲劳损坏。回热加热器一般设置两套液位维持调阀，有两种控制方式，一种时两套调阀维持同样的液位，通过子环控制程序进行切换，另一种是两套调阀维持不同的液位，在液位波动时自动维持设定值，本文就对两种液位调节运行模式进行分析，对比优劣点，对后续同类机组的设计、运行提供有益的意见

（关键字： 回热加热器   液位调节器 运行分析）

Analysis of Water level regulation for Conventional Island Regenerative Heater

Peng Gao

（Jiangsu Nuclear Power Corporation SPO Lianyungang Jiangsu）

Abstract: The design of the regular island part of the Tianwan Nuclear Power Plant Phase II project adopts a large number of pne+tic valves. The design of pne+tic valves has the advantages of fast movement, simple structure, easy maintenance, low fire and explosion protection, and low cost. The selection of pne+tic valves is important to the operation of the system. Irrational type selection can easily lead to the transient state of the unit. In addition, the gas source of the pne+tic valve uses annular air. Once the gas source fails, it will have a serious impact on the operation of the two-loop system. This article first starts from the effect of the loss of the gas source on the single system when the normal power is running., The influence of gas source loss on the whole two-loop system is analyzed based on the correlation of two-loop systems.

Keywords:Pne+tic valve  operation   accident   compressed air；

1. 田湾核电站3/4#机组回热加热器液位调节运行方式

1.1.系统设备介绍

田湾核电站回热加热器包含低压加热器、除氧器、高压加热器，其中汽水分离再热器也部分采用汽轮机抽汽进行加热。

常规岛回热加热器都布置在汽轮机厂房，其中：

1#、2#低压加热器为3x33%容量卧式、U形管、双流程，表面加热式加热器并且具有疏水冷却段，加热器布置于凝汽器喉部，布置于+15m，1、2#低加壳侧疏水方式为逐级自流，2#低加通过正常疏水调阀排至1#低加，并维持正常液位160mm，1#低加通过正常疏水调阀排入凝汽器，并维持正常液位645mm。为保证1,2#低加运行安全，在正常疏水调阀故障时，1,2#低加分别通过应急疏水调阀排入凝汽器，维持液位值645mm和160mm。

3#、4#低压加热器为2x50%容量卧式、U形管、双流程，表面加热式加热器，布置于+24m。其中4#低加具有疏水冷却段。3#低加无疏水冷却段，设有疏水箱，疏水箱布置于+15m。壳侧疏水方式4#低加通过正常疏水调阀排入低加疏水箱并维持液位190mm，3#低加直接通过管道连接低加疏水箱，正常运行时液位基本为0mm，低加疏水箱通过低加疏水泵出口调阀排入凝结水管道维持液位750mm。为保证3、4#低加运行安全，在正常疏水调阀故障时，低加疏水箱和4#低加分别通过应急疏水调阀直接排入凝汽器，分别维持液位900mm和310mm。

除氧器为100%容量，混合式加热器，布置于+33m。正常通过凝结水调阀维持液位2150mm，低功率时使用辅助调阀维持液位，高功率时使用主调阀维持液位，在系统发生故障液位上升时，通过溢流调阀维持液位2400mm。在系统发生故障液位下降时，通过应急补水调阀维持液位2150mm。

6#、7#高压加热器2x50%容量卧式、U形管、双流程，表面加热式加热器，7#高压加热器布置于+24m，6#高压加热器布置于+15m。壳侧疏水方式为逐级自流，7#高加通过正常疏水调阀排至6#高加，并维持正常液位265mm，6#高加通过正常疏水调阀排入除氧器器，并维持正常液位265mm。为保证6,7#高加运行安全，在正常疏水调阀故障时，6,7#高加分别通过应急疏水调阀排入凝汽器，分别维持高加壳侧液位值400mm。

1.2.常规岛回热加热器液位调节正常运行方式

常规岛回热加热器除了除氧器为混合式加热器，被加热介质-凝结水与加热蒸汽在加热器内混合，其余为表面式加热器。在正常运行过程中，管侧为被加热介质-凝结水或者给水，介质充满换热器的管侧，壳侧为加热蒸汽以及凝结水，壳侧的凝结水维持一定液位，壳侧液位过低会导致以下问题：

导致蒸汽从疏水管线进入下一级设备；

疏水管道两相流加剧管道冲刷以及增加设备振动；

汽轮机回热蒸汽进入下一级加热器，排挤下一级抽汽，使机组效率降低；

疏水管道的两相流会导致设备热应力交替变化，导致设备疲劳损坏。

回热加热器壳侧液位过高会导致以下问题：

疏水淹没回热加热器的下部传热管，导致换热面积减少，降低机组效率；

回热加热器液位过高可能从抽汽管线返送汽轮机，导致汽轮机进水，叶片断裂，造成恶性事故。

为了避免回热加热器液位偏低或者偏高导致的问题，普遍设置疏水调阀维持壳侧液位，为此专门对各回热加热器的疏水正常运行方式进行分析。

2. 常规岛回热加热器液位调节正常液位调阀与应急液位调阀的两种切换方式对回热加热器运行的影响

在本文中已经介绍了常规岛回热加热器液位调节正常液位调阀与应急液位调阀的两种切换方式的运行方式，此章节对这种运行方式对系统的影响进行深入分析，以确定两种切换方式的优缺点、适用情况，为后续机组设计、运行提供有益的意见。

2.1.通过子环控制程序实现的疏水调阀切换

目前1、2#低加通过子环控制程序实现正常疏水调阀和应急疏水调阀之间自动切换。6、7#高加保留了相应的子环控制程序的逻辑，但是在运行过程中已经不再使用。该切换方式有以下特点：

1、2#低加应急疏水调阀维持液位与正常疏水调阀相同，可以作为正常疏水调阀的备用，除了切换过程中液位升高会淹没底部传热管，在应急疏水调阀投入运行时基本不会损失换热面积，这是一个明显的优点；

应急疏水调阀可以在正常疏水调阀故障时存在一个液位上升的过程，在应急疏水调阀投入后液位有一个液位停止上升然后下降的过程，在从应急疏水调阀切换到正常疏水调阀时有一个液位明显震荡的过程，切换期间液位波动比较明显，调整时间更久，这是其缺点；

6、7#高加应急疏水调阀维持液位与正常疏水调阀维持液位值不同，分别为400mm和265mm，在应急疏水调阀运行时会淹没下部传热管，所以用子环控制程序进行切换既带来了切换时液位波动大的缺点，也带来了切换到应急疏水调阀后损失换热面积的缺点；

通过子环控制程序进行的切换，往往需要一个液位上升值，比如1、2#低加的比正常液位高150mm，这种情况对于立式换热器更为合适，所以在田湾1、2#机组广泛使用，取得较好的效果；

6、7#高加通过子环控制程序进行的切换，根据压差实现，实际上在切换点附近，正常疏水调阀运行状态良好，通过子环控制程序切换导致阀门频繁开关，液位无法正常维持，实际运行效果很差，在调试阶段就确定不再使用该切换方式。

2.2.通过不同液位定值实现的疏水调阀切换

目前3、4#低加,6、7#高加通过不同的液位定值实现正常疏水调阀和应急疏水调阀之间自动切换。该切换方式有以下特点：

回热器正常疏水调阀和应急疏水调阀在正常情况下都处于自动状态，在异常情况下自动响应，无需子环控制程序或者操纵员手动干预；

正常疏水调阀维持的液位应该比应急疏水调阀要低，目的是正常运行时使用正常疏水调阀，以保持换热器较高的运行效率，在正常疏水调阀故障或者换热器故障时，换热器液位上升，应急疏水调阀自动投入运行，切换自然，对系统的扰动降至最低；

对于卧式的换热器，应急疏水调阀维持的液位一般高150mm左右，对于4#低加、6#高加、7#高加来说，会淹没最下层两排传热管，减少换热面积，所以应急疏水调阀不能作为正常调阀的冗余使用，只能作为系统投切过程中、换热器故障时、正常疏水调阀故障时短时使用；

3. 常规岛回热加热器液位调节的运行设计总结

通过本文2.2的分析得出常规岛回热加热器液位调阀两种切换方式的特点和优缺点；另外结合机组三年的调试运行维修经验建议进行如下几个方面的建议：

对于正常疏水调阀和应急疏水调阀相同液位定值的回热器,必须使用子环控制程序控制其切换，而且在设计阶段，设计调阀切换逻辑时需要花更多的时间来完善，以匹配回热加热器不同的运行工况，比如1、2#低加的切换逻辑就比较完善，使用效果很好，6、7#高加切换逻辑设计不完善，效果很差，导致无法正常使用；

回热加热器正常疏水调阀和应急疏水调阀根据不同液位定值进行切换的方式属于运行方式创新，在启停时使用应急疏水调阀的运行方式，缓解了了高液位时淹没传热管的问题，完美匹配了3、4#低加，6、7#高加的启停工况，在事故工况下也有效降低了回热器液位波动的问题，取得了很好的实际运行效果。

3、4#机组在回热加热器正常疏水调阀和应急疏水调阀根据不同液位定值进行切换方面，取得0的突破，获得大量的工程、设计、调试、运行经验，实际运行效果较好，逻辑简单，对于新建机组有非常有利的借鉴。

参考文献

[1] 田湾3、4号机组调试报告

[2] 田湾3、4号机组高加加热系统 系统设计文件（SDF文件）

[3] 田湾3、4号机组低加加热系统 系统设计文件（SDF文件）

[4] 高加系统规程SOP-3-LAD-001

[5] 低加系统规程SOP-3-LCC-001