秦山第二核電廠電氣廠房冷凍水系統（DEL）運行分析

王超

【摘 要】本文介紹了秦山第二核電廠電氣廠房冷凍水系統（DEL）的主要構成，闡述了電氣廠房冷凍水系統（DEL）的功能和運行方式，并針對系統投運期間所出現的問題進行了原因分析，提出了解決措施。

【關鍵詞】DEL；運行；故障

0 前言

秦山第二核電廠電氣廠房冷凍水系統（DEL）是一閉合回路的冷凍水系統，主要為電氣廠房相關設備提供7℃的冷卻水。該系統雖然是非安全相關系統，但由于其停運會造成電氣廠房的溫度升高，最終導致機組停運，故它間接地對核電廠的運行安全性有著至關重要的作用。本文除了對系統進行了詳細介紹外還在系統設計運行的基礎上，結合目前投運以來出現的問題，分析原因，探討解決辦法和改進措施，對系統運行和其他電廠具有一定的借鑒意義。

1 系統構成、功能及運行方式

1.1 系統構成

秦山第二核電廠每個機組的電氣廠房冷凍水系統DEL由以下設備構成：

1）2 ×100%冗余的冷水機組001GF（002GF），其中一臺運行，一臺備用。每臺冷水機組又包括：一臺蒸發器；一臺由RRI水冷卻的管殼式冷凝器；一臺螺桿式壓縮機；一條R134a制冷劑回路；一臺風冷直聯式電機；一條潤滑油回路；一臺油分離器等；

2）2臺雙通氣動控制閥200VN（201VN）；

3）2×100%冗余的電動冷凍水泵001和002PO，其中一臺運行，另一臺備用；

4）1個冷凍水儲存罐002BA，用來向DVC系統冷卻盤管提供冷凍水。它的用途是當兩臺冷水機組都斷水時，保證有15分鐘的獨立供水時間。儲存罐安裝在能回收其整個容積的貯存槽中；

5）1個波動箱001BA，由氮氣加壓（現已取消氮氣加壓），波動箱上裝有安全閥提供超壓保護。

1.2 系統功能

該系統主要是給DVC、 DVL、 DVE通風系統的冷卻盤管提供7℃（設計值）的冷凍水。

DEL冷凍水系統為非安全相關系統。但由于DEL系統故障后，電氣廠房內的溫度升高會最終導致電廠核電機組的停運，故它間接地對核電廠的運行安全性有貢獻。由柴油發電機組對兩個電氣系列（系列A和系列B）進行應急供電。

1.3 運行方式

1.3.1 正常運行

在正常運行工況下，本系統一個系列（一臺冷凍水泵和一臺冷水機組）連續運行。冷凍水回路和RRI系統上的各手動閥門整定在正確位置，蒸發器中冷凍水流量為恒定值。

每個系列（冷水機組+冷凍水泵）由一條獨立的線路供電，由一臺柴油發電機做備用電源（系列A對應于001GF，系列B對應于002GF）。

冷凍水兩個系列設計時不考慮自動地互為備用，在每個系列管路上可就地進行手動切換。冷水機組和冷凍水泵由就地啟動和停運。

安裝在波動箱附近的就地壓力測量裝置（001LP），指示是否需要手動補水，正常運行壓力在0.25—0.35MPa.g，壓力下降表示回路有泄漏或需要補水，補水來自SED的除鹽水，壓力過高有可能引起安全閥開啟，冷凍水泵入口壓力低于0.20MPa.g時產生泵入口壓力低報警，波動箱補水以后還需要在就地通過鑰匙手動復位低壓報警。

1.3.2 特殊穩態運行

冷凍水系統的兩個系列之間設有連通管，利用隔離閥012VD能使一個系列的冷水機組與另一個系列的冷凍水泵一起運行。這種聯結方式可使一個系列的冷水機組故障時，另一個系列的冷水機組不受冷凍水泵故障的影響，反之亦然。但此時要求兩條電氣系列同時有效。

1.3.3 失去廠外電源

DEL冷凍水系統的設備可由柴油發電機組應急供電。當A系列和B系列電源喪失時，冷凍水設備斷開。一旦由柴油發電機組恢復正常供電，冷凍水泵自動重新啟動，接著冷水機組重新手動啟動，冷水機組按正常順序恢復負載。如果由柴油發電機對作為備用的冷水設備恢復供電，相應的冷水機組和冷凍水泵將由運行人員就地恢復運行。

2 主要設備的控制運行

DEL系統冷水機組的壓縮機采用螺桿式壓縮機，制冷劑采用對臭氧層無破壞的R134a，分子式為C2H2F4，蒸發器和冷凝器均為臥式布置，制冷劑經過螺桿式壓縮機被壓縮成高溫高壓的汽態制冷劑，冷凝器中經過RRI水冷卻以后變成高壓的制冷液，再經過節流閥（也稱膨脹閥）節流降壓以后變成低溫低壓的制冷液，由于節流后的制冷劑溫度比冷凍回水的溫度低很多，在蒸發器中制冷劑吸收冷凍回水熱量逐漸汽化，冷凍回水得到了冷卻，完成制冷過程的一個基本循環，制冷劑吸收熱量逐漸變成汽-液混合物甚至過熱的制冷劑，被壓縮機吸入，重新進行壓縮-冷凝-節流-蒸發，完成制冷循環過程。制冷循環的基本原理實質是逆卡諾循環（如圖1）。

圖1 制冷循環的基本原理

在制冷系統中，壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器是制冷系統中必不可少的四大件，其中壓縮機是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放出熱量的設備，將蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機功所轉化的熱量一起傳遞給冷卻介質帶走。節流閥對制冷劑起節流降壓作用，同時控制和調節流入蒸發器中制冷劑液體的數量，并將系統分為高壓側和低壓側兩大部分。蒸發器是輸送冷量的設備，制冷劑在其中吸收被冷卻工質的熱量實現制冷。冷水機組流程簡圖如圖2所示。

圖2 冷水機組流程簡圖

在本機組內，潤滑、密封和控制都是通過油來實現的，在壓縮機啟動之前有一臺油泵提供壓縮機軸承的潤滑和密封。油泵為一小型正排量泵，從二次圖上可以看出如果油泵沒有建立起足夠的油壓來閉合油壓開關，則壓縮機不會啟動。在壓縮機啟動以后，出口與進口的壓差如果足夠使油來對壓縮機進行注入和潤滑，則在一定時間之后會發出一個停用油泵的信號。油泵在運行時進入壓縮機的油壓由一個油壓調節閥來控制。位于油泵出口管線與油分離器之間的一個旁路管線一個一體化的安全閥跨接與泵的進出口，保護泵防止超壓。油泵還給能量控制器提供油來使控制器位于最低負荷位置。

油注入壓縮機需要維持在一個恒定的溫度范圍內，所以經壓縮機出來的油氣混合物的溫度也需要保持在一個合適的溫度范圍內，這由冷媒的蒸發來實現。在冷凝器后有一管線將液體冷媒注入壓縮機，通過一個注射閥門可以有效的保證注入油的溫度在設計限值之內。注入管線上的電磁閥在驅動電機運轉時連鎖帶電開啟，在電機停運時電磁閥停電關閉。如圖3所示。

圖3 液體注入冷卻示意圖

在壓縮機剛啟動時，排出與吸入端之間的壓差會變得很大，這會對機組相關管線和儀表產生損壞，所以設置了一個由三個閥門組成的旁路管線。如圖4所示。

圖4 旁路管線作用原理圖

PM3調節閥是一個伺服控制主閥，其功能決定于一起使用的先導閥的數目和類型。本系統采用了兩個先導閥平行并列布置。它提供了兩個非常重要的功能：

1）在壓縮機啟動和停運時平衡吸入端和排出端之間的壓差。

2）排出端壓力高時排向吸入端。

其閥門動作情況如下（表1）：

表1

在停運時，首先EVMNO電導閥失電開，然后開PM3閥，EVMNO設置成帶電關失電開，是基于失電安全原則考慮。啟動開始時，需要減小壓縮機吸入段與排出端之間的壓差EVMNO保持開啟（電磁閥失電），但PM3需要壓差達到0.2bar時才會開啟。當起動電機達到額定轉速時，EVMNO先導電磁閥帶電，使PM3主閥關閉。

CVP先導閥只感應PM3主閥的進口壓力（即壓縮機的排出端壓力），與吸入端壓力無關。在壓力超過CVP的設定值0.4bar時，主閥全開，這樣足以保證卸壓之用。

3 故障分析與處理

DEL系統經過長期的運行實踐，產生了許多問題，現將常見故障、原因及處理方法總結如下（表2）：

表2

4 結束語

電氣廠房冷凍水系統（DEL）的安全穩定運行關系到核電廠的經濟效益，而且間接關系到電廠的運行安全性。因此，在電氣廠房冷凍水系統（DEL）的運行過程中，一方面要加強運行人的技術，深入的了解系統的性能特點，另一方面提高電氣廠房冷凍水系統（DEL）的維護水平。對現有的問題加以重視，盡快解決，保證電氣廠房冷凍水系統（DEL）的安全穩定運行。

【參考文獻】

[1]秦山第二核電氣廠房冷凍水系統（DEL）系統手冊[S].

[2]吳劍.簡述電氣廠房冷凍水機組[Z].