关键词：汽轮机；背压；凝汽器；AP1000
引言
凝汽器中的真空特性由许多因素决定，主要包括循环水的流量、设备密封情况、内部温度、导热管的导热效率等。如果辅助真空泵组的作用不足，处理无法满足实际要求，会导致凝汽器内部的气体无法及时排除，降低内部的真空程度，不仅会影响汽轮机运行的安全性，甚至会对经济性产生重要影响。
1 AP1000凝汽器的结构组成
1.1气水分离器
凝汽器中排除的不容易凝结的气体会掺杂着一些水蒸气，这些混合物质将会一同进入到气水分离器中，经过气水分离器的分离作用，将分离出的气体作为前置抽气器的介质，也会有另外一部分的气体经过监测后排入至外部空气中[1]。水蒸气将会存留在气水分离器之中，之后利用泵入口处与设备之间的压力差，将水蒸气持续的送入至真空泵。
1.2液环式真空泵
AP1000核电站通常采用单级的、单作用方式的液环式真空泵。叶轮采用偏心式的结构，当叶轮旋转时，水在离心力的作用下会向四周飞溅，逐渐形成持续的水环，在叶片的作用下会分成许多个小的水室，每个小水室中的气体都不会受到作用力而改变。但叶轮在旋转的过程中，叶片之间的容积是逐渐增大的，就会在某点处产生吸引力，下一个过程会使叶片的容积逐渐减小，吸入的气体在压缩之后又被排出。因此可知其工作过程主要有吸气、压缩、排除三个步骤，并持续循环运行。
1.3前置抽气器
液环式真空泵在运行过程中会受到自身结构的约束，尤其是在气体压力饱和的状态下，会严重导致液环式真空泵的工作效率降低。AP1000核电站全面采用了抽气器与真空泵相互结合的方式工作，在很大程度上都能保持凝汽器的真空程度[2]。
前置抽气器的结构主要包括喷嘴、喉管、扩散管以及混合室，将气水分离器中分离出的气体作为自身的工作媒介，减少了对蒸汽额外的需求与使用。该气体首先通过喷嘴，提高气体的流动速度与压力，在混合室中运动速度为最快，流速快压力将会最小，一旦低于凝汽器的背压时，会使凝汽器中的气体在外力的作用下排出，经过扩散管提高压力，最后在真空泵的作用下进入气水分离器。
1.4密封水冷却器
设备在运行过程中，要时刻保证抽吸的能力，就要时刻保证密封水的冷却程度。一旦密封水的温度过高，在泵的入口处会产生很大的负压，导致汽化现象产生并逐渐进行，将会严重影响抽吸能力，也会对设备结构造成一定的损伤。因此，密封水必须要经过冷却装置进行冷却，通常采用汽机组中的冷却系统进行冷却，以保证抽吸能力不受影响。
2凝汽器系统运行原理
（1）建立真空过程
通常凝汽器在建立真空过程会分为两个阶段：快速启动以及保持运行。
1.快速启动阶段
凝汽器在第一阶段中，前置的抽气器并不会运行，而是在真空泵的大量吸气作用下，使三台泵进行投入运行，一段时间内会将凝汽器中的气体排出，将低了机组在启动过程中抽真空的时间，因此称之为快速启动。
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2.保持运行阶段
凝汽器的压力随着进行逐渐降低，压力表的显示示数会逐渐下降，当降低到指定的数值时，控制系统将会发出控制信号使前置抽气器的空气入口处的阀门打开，气水分离器中分离出来的气体利用压差会进入到抽气器中，以此来作为系统运行的动力媒介，系统随之进入到保持运行状态[3]。此外，在前置抽气器工作时，要利用电加热器进行加热，防止抽气器的喉管处因过冷而冻结。
（2）真空持续阶段
真空泵组的运行数量受到诸多因素的决定，例如内部温度、真空密封程度、气流量等。正常运行状态下，所有设备都处于良好的运行模式，通常选择两台真空泵工作就能够维持凝汽器中的真空程度。系统自身也具有压力检测装置，随时根据压力状况改变泵组的运行动态。
3凝汽器的运行特性分析
3.1密封水来源冗余设置
在正常运行的条件下，气水分离器的密封水会受到开关的自动控制，密封水液位低于设定值时，便会自动打开电磁阀进行补水，密封水液位高于设定值时，便会自动关闭电磁阀防止满溢。一旦控制开关产生故障时，就会导致气水分离器中的液位出现过低或者过高的情况。过低情况下，液位的传感器会产生报警，及时通知工作人员手动进行补水；过高的情况下，可通过溢流管将多余的水排出。这样就能够基本满足真空泵液位的正常需求。
3.2通过定期切换降低凝汽器压力波动
AP1000与其他核电站相比，抽真空系统会进行定期的自动切换过程，在入口阀中安装必要的止逆阀能够在一定程度上抑制波动现象，避免了波动情况引起的跳机问题。
通常根据逻辑需求，当压力大于设定的阈值时，将会启动真空泵，使入口阀门打开。如果产生故障时，导致压力示数低于设定的阈值时，一旦备用的真空泵开始启动，又会立刻的打开入口阀门，促使凝汽器与备用泵之间产生巨大的压差。此时从入口阀至真空泵这一段管道中的空气就会在压差的作用下全部进入凝汽器中，严重时甚至会导致真空度产生巨大变化，导致设备停机。可见，安装止逆阀可大大缓解与避免以上问题。
3.3凝汽器结垢情况分析
通常，凝汽器内部的循环制冷水采用的是海水，海水中存在大量的杂质，可能会导致循环水管中的某个部位产生一定量的结垢，如果产生大量的结垢，将会严重降低此部位的真空程度，导致乏蒸汽在该区域无法正常凝结，使该区域的温度升高，热量加大，气体经过此部位也会提高自身的温度，导致抽出的气体中存在水蒸气的含量增多，会在一定程度上降低真空泵的工作效率。这种情况下，工作人员就要手动的调节出口部位的阀门，降低该区域的温度与热量，保证温度差值在10摄氏度之内[4]。如果不及时处理，导致部分区域上的结垢很严重，将会致使温度差值变大，此时就要及时关闭出口处的阀门，阻碍蒸汽进一步的流出，以此来改善凝汽器的真空度。
结语
综上所述，在机组正常启动、冷却以及运行的过程中，及时的抽出凝汽器中的杂质气体，时刻保持凝汽器中的真空程度是十分重要的，不仅能够提升核电厂的运行效果，也能够保证运行的安全可靠性。定期对补水管线进行检查与维护、对密封水冷却进行检修，可避免真空泵的补水效果降低，同时，在管线上安装逆止阀装置，也可以避免压力波动时造成真空度变化，能够保持水位的稳定。
参考文献：
[1]方亚文.变流量水系统中温差控制研究[J].能源与节能，2018（12）：62．
[2]孙飞. AP1000核电厂设备可靠性分级研究与探讨[J].应用能源技术. 2018（6）：35.
[3]施佳. AP1000凝汽器抽真空系统设备及运行性能浅析[J].工程技术，2018（19）：15.
[4]张美春.循环冷却系统在核电厂中的应用研究[J].中国高新技术企业，2018（24）：12-18.
【作者简介】
杨晓冰（1979.2-），男，山东青岛人，哈尔滨工程大学核工程与核技术硕士研究生。
论文作者:杨晓冰
论文发表刊物:《中国电业》2019年9月18期
论文发表时间:2020/1/14
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