三门核电中央冷冻水系统冷冻机组停运原因分析和运行优化

三门核电中央冷冻水系统冷冻机组停运原因分析和运行优化

彭佳波

(三门核电有限公司浙江台州317100)

摘要：本文针对三门AP1000机组调试期间VWS系统冷冻机组非正常停运现象，分析冷冻机组异常停运原因，并提出相关运行优化建议，保证机组正常稳定运行。

关键词：冷冻机组，跳闸，负荷不平衡

1概述

中央冷冻水系统（VWS）为电厂加热、通风和空调（HVAC）系统的空气处理机组及冷却盘管、放射性废气处理系统（WGS）的气体冷却器和核岛液体废物系统（WLS）的蒸汽冷凝器提供冷冻水。因此，VWS的正常稳定运行，是保证厂房内适宜的温度，人员工作舒适和设备安全运行的必要条件。

2VWS机组停运原因分析

三门核电AP1000机组调试期间，VWS出现多次冷冻机组停运事件，从而导致HVAC系统缺少冷冻水而无法制冷，进而相应房间温湿度失控，在今后的运行期间，VWS冷冻机组的停运还会影响核岛反应堆厂房温度控制，影响反应堆的稳定运行。

2.1VWS系统介绍

VWS由大冷却容量子系统和小冷却容量子系统构成，冷冻机组均采购自特灵。大容量子系统由两列85%容量的离心泵、水冷式全密封离心式冷冻机组和两列15%容量的离心泵、风冷式全密封离心式冷冻机组组成、一个化学加药箱、一个膨胀水箱，以及相关的阀门、管道和仪表。系统按两个机械序列并列布置，共用供水管和回水管。两个水冷冷冻水泵、两台风冷冷冻水泵出口各有一根连通管，可以使冷冻水泵向相邻的另一冷水机组供水。系统中设置一根旁通管，在冷量需求改变时，保证流经冷水机组的冷冻水量恒定。冷水机组冷凝器的冷却水来自设备冷却水系统（CCS）。

小冷却容量子系统由两列100%容量的离心泵、风冷式半封闭往复式冷冻机组组成。每个序列包含一台冷冻水泵，一台风冷冷冻水机组，一个膨胀水箱，以及相关的阀门、管道、和仪表。两个序列分别配置供水母管和回水母管。小冷却容量子系统为主控室、技术支持中心、1E级电气间，余热排出泵房间，化学与容积控制系统泵房间的通风系统提供冷冻水，在紧急情况下，需要在不启动任何非能动安全系统的情况下稳定电厂的状态，因此，VWS必须稳定的运行，来控制上述房间的温度，保证重要设备的持续运行。

2.2VWS机组停运原因分析

在三门AP1000机组调试期间，VWS水冷和风冷冷冻机组均多次出现了机组非正常停运事件，主要包括以下几类事件：

a.设备元件故障：如控制面板通讯问题造成机组的跳闸；冷冻机组的流量、温度传感器故障;蒸发器液位传感器故障;泵入口阀门的阀位反馈信号跳变，阀门限位开关偶然震动或松动导致控制系统收到错误的阀门位置信号，导致机组跳闸。

b.冷冻机组进水温度低低温保护；

c.设备冷却水系统（CCS）水温低造成压缩机限制启动报警。

d.低容冷冻机组负荷过低，导致膨胀阀开度过大，从而显示出蒸发器液位高报警而跳闸。

对于上述事件，梳理分析可知，跳机根本原因主要有以下几点：

（1）设备元件故障

传感器、阀门限位开关、控制面板的通讯线可能由于机组的震动和设备故障而失效，导致机组跳机。随着设备年限的增加，设备部件的故障率升高，最直接的体现是在一段时间内，4台冷冻机的温度、流量传感器接连出现故障，停机次数大大增加。

（2）低负荷下的制冷量和用户所需负荷量的不匹配

在系统冬季运行、以后停堆大修期间或者负荷量突然降低时，冷冻机组的实际制冷量实际制冷量和用户实际所需冷负荷量相差较大，无法匹配，由此导致冷冻水出口温度逐渐降低到其跳机值，机组自动停机。而约20分钟后，随着用户负荷的热量传递，冷冻水出水温度上升到冷冻机的起机值，冷冻机重新启动。如此反复，致使冷冻机频繁启停，导致报警出现。

（3）冷凝压力和蒸发压力差值较小

冬季运行时，由于水冷机组冷却水由设备冷却水（CCS）系统提供，而CCS系统是由海水冷却的。冬季，海水温度很低，从而导致CCS温度也较低，使得冷凝压力下降，而在蒸发压力基本不变的情况下，制冷剂循环量增大，从而导致冷冻机制冷量增大。同理，风冷机组的制冷量也会随着气温的降低而增大。由此导致冷凝压力和蒸发压力之间差值较小，冷媒循环减少，制冷效率降低，此时触发压缩机内部逻辑，启动另一台压缩机，但是此时蒸发器侧负荷并没有增加，压缩机逻辑判断会停运一台压缩机。由于压缩机启动频率有时间限制，要小于20min，则会限制启动，并触发限制重启报警。同时也会影响电机和润滑油的冷却效果，导致电机温度高和油温升高，电机过热会导致机组停运。

（4）冷冻机出入口水温过低跳机

冷冻机出入口水温过低跳机是为了防止低温造成冷冻机结冰而设定的保护，当冷冻机在大负荷运行时水温下降较快，当水温下降接近冷冻机的设定值时，冷冻机开始自动调节，降低负荷。由于冷冻机负荷调节速度较慢，且调节过程是间或采样调节，不是连续调节，以致冷冻水温度下降到了保护值，导致出水温度低而跳机。

3运行方式优化

对于三门核电在调试期间冷冻机组出现的跳机事件，结合其他电厂长期以来的运行经验，对于，现提出几个建议以供参考：

3.1在维修期间，对VWS的传感器和开关进行统一检修更换，避免长时间运行，设备老化，依次失效导致机组频繁跳机。

3.2针对电厂在冬季运行时，水冷冷冻机组所面临的低负荷、低压差工况，可以通过降低冷却水压差，来减小冷却水流速，冷却水流量会相应减小，冷却水出口温度升高，那么冷凝温度也会不断升高，冷凝器的放热量也会随之减小，制冷量随之降低。可见，降低冷却水压差，能有效降低冷冻机的制冷量，从而保证冷冻机组在上述工况下能够稳定运行。即根据负荷和环境温度，主控室对冷冻机组冷却水的出入口阀门进行调节。对于风冷机组则可以通过调整机组风扇的启动个数来控制制冷量。

3.3在低温低负荷工况下，需要保证一定的负荷量，维修工作安排时，尽量避免同时停运过多的空气处理机组，防止由于VWS用户过少，导致机组跳闸。

3.4VWS小容量风冷机组在系统的最高点，位于155英尺的高度。膨胀水箱和泵均位于135英尺的高度，若冷冻水泵停运，泵出口到膨胀箱之间的平衡阀为提前关闭，冷冻机组里面的水会流向膨胀箱，同时膨胀箱上部的氮气会直接进入冷冻机组内，一方面可能会导致波动箱满水，另一方面氮气在冷冻机组内，在冷冻水泵启动时可能会造成泵的汽蚀。对此有两种应对方法：1、跳闸后及时关闭平衡阀。在报警响应规程中增加注意事项，指导操纵员在发现机组跳闸后，及时通知值班员关闭阀门。加速对值班员快速响应的意识，使机组处于快速可以恢复的状态2、在平衡阀前增加逆止阀。

4结语

三门AP1000机组VWS系统采用了水冷离心式机组和风冷螺杆式机组两种冷冻机组，本文通过收集三门核电两台AP1000机组在调试期间，冷冻机组出现的非预期跳闸情况进行了原因分析，并结合其他运行电厂冷冻机组的经验，对于今后电厂运行及换料期间，冷冻机组的运行提出了四点建议，保证冷冻机组的正常稳定运行。

参考文献：

[1]顾军等，三门核电电厂系统与设备，北京，原子能出版社，2010.

[2]王启峰，秦山核电二期离心式冷水机组低负荷/低能头工况故障分析与技术改进研究，上海交通大学，2007

[3]何桂梁，冷冻机低负荷、低压差工况下的分析和改进《中国核工业》2011年11期