摘要：本文分析和介绍了三门核电AP1000核电机组两种主蒸汽关系暖管方式的优点和缺点，为核电厂的稳定高效运行提供参考。
关键字：暖管；主蒸汽管线
SMNPC Main Steam Pipleline Preheating Method Analysis
Mao,Chunyu
Sanmen Nuclear Power Co.,Ltd OPS Taizhou Zhejiang
Abstract: This paper analyzes and introduces the advantages and disadvantages of the two main steam pipleline heating modes of SMNPC, which provides a reference for the stable and efficient operation of the nuclear power plant.
Keywords: Preheating Pipleline; Main Steam Pipleline
1、三门核电基本结构介绍
三门核电为压水堆核电厂，主要由核岛回路、常规岛回路及循环水回路组成，通常这三个回路被分别称为一回路、二回路和三回路。一回路的水在堆芯被加热后通过主泵及相关管道被输送到蒸汽发生器(SG)的一次侧，SG的二次侧为二回路的低温凝结水，SG一次侧将热量通过U型传热管传导至SG二次侧的低温凝结水，低温凝结水被不断加热形成高温高压的蒸汽，这些高温高压的蒸汽通关相关管道被输送到汽轮机，推动汽轮机及发电机组发电；做完工之后的高温高压蒸汽在凝器中被三回路的海水冷却形成低温凝结水，这些低温凝结水通过相关泵、加热器及管道又被送到SG二次侧，如此不断循环，以水为能量的载体将核能转变为热能，再将热能转变为机械能，最终通过汽轮发电机组将机械能转变为电能，完成核能的发电。
2、主蒸汽系统介绍
主蒸汽系统(MSS)包括从SG出口蒸汽管道到主汽阀之间的主蒸汽管道及连接在主蒸汽管道上的用户管道及部分阀门。每台SG产生的蒸汽穿过安全壳输送到汽轮机厂房。主蒸汽母管集中两个蒸汽发生器产生的蒸汽，通过连接在主蒸汽母管上的四条蒸汽管线将主蒸汽输送到汽轮机；同时，主蒸汽可通过主蒸汽母管分别被送至MSR的二级加热器管束、轴封系统、辅助蒸汽供应系统和汽轮机旁路排放系统；这些蒸汽管线的低点处都设置有疏水点，用于收集和排放疏水。管线布置见图1。
在机组启动、热停堆、冷却和发电机甩负荷期间，主蒸汽系统通过汽轮机旁排系统以可控的方式将主蒸汽从蒸汽发生器直接排入凝汽器，从而带出堆芯热量，减少发电机甩负荷期间瞬态影响。
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图1
3、主蒸汽管线暖管方式介绍
主蒸汽管线暖管指的就是在机组启动阶段，伴随着一回路温度上升，需要使用SG产生的高温蒸汽对主蒸汽管线进行加热，在暖管的同时还要兼顾一回路的温度和压力变化，如果暖管速度过快可能造成一回路的温度和压力不稳定，出于核安全的考虑这种情况是不允许的。主蒸汽管线暖管的大致操作如下：1、完成必要的阀门和仪表在线；2、将主蒸汽管线上的疏水器的电动旁路阀打开3%开度；3、安排人员在临时测温点对主蒸汽管线的升温速率进行监测；4、缓慢打开1号主蒸汽隔离阀旁路阀和2号主蒸汽隔离阀旁路阀来平衡主蒸汽隔离阀（MSIV）两侧的压力；5、当MSIV两侧的压力差小于或等于0.172MPa时打开1号MSIV和2号MSIV，同时关闭各自的旁路阀。
对主蒸汽管线进行暖管的目的有：1、降低主蒸汽母管的热应力；2、使TBS(汽轮机排放系统)可用，为后需控制一回路升温速率提供手段；3、在电厂大修及主蒸汽管道维修后管道内可能存在杂质，暖管时可以将这些杂志通过疏水器的旁路阀排出，优化二回路水质。目前三门核电厂采用正常温度暖管和低温暖管两种方式，以下将介绍和分析这两种暖管方式。
4、低温暖管与正常温度暖管
低温暖管指的是当一回路平均温度超过93℃，SG排气之后，既可以进行暖管操作，由于此时MSIV两侧的温差及压差较小，在打开MSIV旁路阀之后就可以开启MSIV对主蒸汽管线预热，这样一回路、SG以及主蒸汽管线可以一起升温，其中SG和主蒸汽管线可以同步升温到292℃；正常温度暖管指的是当一回路平均温度超过292℃时通过MSIV的旁路阀控制来自SG的高温高压蒸汽加热主蒸汽管线，当主蒸汽管线的温度上升到292℃，压力上升到7MPa以上时才能打开MSIV，因为此时MSIV打开的前提条件是两侧的压力差小于或等于0.172MPa。
4.1、低温暖管相对正常温度的优点
（1）减少主泵转速操作，减少运行操作
根据三门核电的设计要求当一回路的热段温度小于292℃时，主泵的转速禁止超过88%，用以防止保证核安全的ADS第四级震动超限。
正常温度暖管时要求一回路的平均温度超过292℃，对应此温度运行规程要求主泵的转速为100%，此时一回路的加热源只有主泵和稳压器电加热器，加热功率较小，若打开MSIV旁路阀进行暖管则不可避免的会造成一回路温度短时下降，从而限制主泵的转速，因此，正常温度暖管时需要先将主泵的转速降低到88%转速，然后开启MSIV旁路阀进行暖管，等到主蒸汽管线暖管结束后，此时一回路和主蒸汽管线温度相同，用TBS来控制一回路温度在292℃以上，再将主泵的转速重新提升到100%转速。
低温暖管时，一回路和二回路的温度是从相对较低且温差较小的情况下进行的，一回路和二回路的温度可以同时达到292℃，当暖管结束后，主泵可以直接提升转速至100%，相对正常暖管来说减少了主泵先降速再提速的操作。
（2）缩短PORV（大气释放阀）的开启时间
在机组热态实验及启动期间，一回路的热量是由余热排出系统（RNS）导出，随着一回路升温升压，RNS退出，转由SG将一回路的热量传导到二回路，在暖管未完成前通过MSIV靠近SG侧的PORV来导出热量，因此，在正常暖管的过程中POCV将长时间打开，一回路的温度将长时间维持在292℃，直到主蒸汽母管温度达到292℃时才可以打开MSIV。由于PORV打开时噪音非常大且空间位置距离主控室较近，造成主控室在暖管期间噪音长时间大于85分贝；对于低温暖管来说，暖管一开始就打开了MSIV，当一回路的平均温度大于273℃时，TBS系统就具备了投用条件，此时可以将PORV切换到TBS来导出一回路热量，有效缩短了PORV开启的时间；另外一方面也减少了带料运行阶段对外排放的蒸汽量和潜在的放射性物质，降低了对环境和公众的影响。
（3）缩短了机组的启动时间
由于低温暖管是一回路和二回路一起升温，在一回路温度较低时PORV不会打开或开度较小，且相对于正常温度暖管来说，POCV开启时间要更短，减少了对外的热量排放，在一回路热源（主泵和稳压器电加热器）一定的条件下，理论上低温暖管的效率更高，时间更短；三门核电电厂历史运行数据显示，采用低温暖管的方式从一回路温度为180℃开始暖管到暖管结束，一回路和二回路温度均为292℃为止，一共用时26h43min；采用正常温度暖管方式从主蒸汽管线温度为95℃开始到292℃为止结束，用时22h8min；正常温度暖管同时还需要考虑一回路温度从180℃加热到292℃的时间，历史运行数据显示为8h22min，故在与低温暖管相同的条件下正常温度暖管的用时为30h30min。由此可见低温暖管的方式可以缩短暖管时间，从而缩短机组启动时间。
（4）对二回路的管道和设备的热冲击小
热冲击指的是急剧的加热和冷却物体，当金属材料被急剧加热和冷却时，其内部将产生很大的温差，从产生很大的冲击热应力，较大的热冲击产生的热应力会超过材料的屈服极限，造成金属部件损坏，也就是说加热时间与热应力成反比例，温差与热应力成正比例。低温暖管时一回路的温度一般小于200℃，那么MSIV本身及MSIV下游的管道和设备承受的温差也相对较小，随着管道及设备的温度不断上升，温差将越来越小，热应力也会越来越小；正常温度暖管是从一回路温度292℃开始的，此时MSIV上游到SG内部的蒸汽温度也为292℃，MSIV本身及MSIV下游的管道和设备承受的温差明显更大，另外相对于低温暖管，就二回路而言，正常温度暖管的二回路温度上升的更快，用时更短，综上可以看出正常温度暖管的热应力更大。
（5）便于及早发现问题，有利于降低运行风险
当采用正常温度暖管时，一旦发现MSIV下游主蒸汽管线有故障，就需要将MSIV及其旁路阀关闭，并对二回路进行降温、降压，以便处理故障；对于低温暖管来说，在处理故障的同时，一回路可以继续加热，如果可以在一回路温度达到292℃之前处理完故障，就不会影响工期；另外管道系统隔离规则要求，当需要在蒸汽压力大于1MPa的管道内部工作，或者是相关的工作但不易撤离的需要进行双重隔离。当MSIV下游主蒸汽管线有故障时，且二回路蒸汽压力超过1MPa时，需要进行双重隔离，但主蒸汽管道上只有MSIV及其旁路阀，无法进行双重隔离，此时只能降低一回路的温度和压力来使二回路的蒸汽压力降低，低温暖管时一回路温度相对更低，可以更快的将机组后撤到要求状态。
4.2低温暖管相对正常温度暖管的缺点
（1）疏水量大，对疏水器的要求高
低温暖管时SG产生的蒸汽温度较低，蒸汽参数较低，因而产生的凝结水很多，加大了主蒸汽疏水系统（TDS）系统的负担，对主蒸汽管线疏水器有更高的要求，因为，主蒸汽管线的疏水袋液位高信号会连锁全开主蒸汽管线疏水器的旁路阀，由于旁路阀管线较粗，一旦全将会导致二回路蒸汽压力急剧下降。低温暖管期间，需要操纵员严密关注疏水袋的液位报警，如果相应不及时，易导致二回路蒸汽压力急剧下降。
5、总结
本文对三门核电主蒸汽管线的暖管方式进行了介绍和分析，通过对比低温暖管和正常温度暖管，可以看出低温暖管的优点有：减少主泵转速操作，减轻人员负担；缩短PORV（大气释放阀）的开启时间，减少噪音污染；缩短了机组的启动时间；对二回路的管道和设备的热冲击小，延长设备使用寿命；便于及早发现问题，有利于降低运行风险。综上所述，建议压水堆核电厂在可行的情况下采用低温暖管的方式进行主蒸汽管线的暖管。
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论文作者:毛春宇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：蒸汽论文; 回路论文; 温度论文; 管线论文; 旁路论文; 疏水论文; 温暖论文; 《电力设备》2019年第22期论文;