鄧日華

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413

1 蒸汽發(fā)生器簡(jiǎn)介

蒸汽發(fā)生器（SG）是核電廠中的重要關(guān)鍵設(shè)備之一，也是核動(dòng)力裝置運(yùn)行中發(fā)生故障最多的設(shè)備之一。CEFR的SG是熱傳輸系統(tǒng)介質(zhì)鈉和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)介質(zhì)水(蒸汽)之間的實(shí)體屏障，是快堆中避免發(fā)生鈉-水反應(yīng)的實(shí)體邊界。因此其安全可靠運(yùn)行對(duì)于反應(yīng)堆裝置的安全運(yùn)行有著非常重要的意義[1]。

2 主要運(yùn)行工況簡(jiǎn)介

快堆蒸汽發(fā)生器啟動(dòng)工況主要包含水工況、水汽轉(zhuǎn)換工況、汽工況等。水工況指低功率下，蒸發(fā)器水側(cè)出入口均為液態(tài)水的工況。啟動(dòng)過(guò)程中的汽工況指蒸發(fā)器出口為帶有一定過(guò)熱度蒸汽的工況，但過(guò)熱器未接通。當(dāng)蒸發(fā)器水側(cè)出口由液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的工況則稱為水汽轉(zhuǎn)換。穩(wěn)態(tài)發(fā)電運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)器是汽工況。計(jì)劃停堆的過(guò)程，按照從冷啟動(dòng)過(guò)程的相反步驟進(jìn)行。

3 蒸汽發(fā)生器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋及優(yōu)化

CEFR蒸汽發(fā)生器中的介質(zhì)水在運(yùn)行過(guò)程中具有相變，在鈉-水介質(zhì)間的傳熱過(guò)程中存在水與汽相變時(shí)的惡化點(diǎn)，由此引發(fā)的傳熱管疲勞破壞是蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一個(gè)安全上的薄弱環(huán)節(jié)。另外，在啟動(dòng)工況下，溫度較低的高壓給水瞬時(shí)注入將會(huì)對(duì)下管板造成較大的熱沖擊，對(duì)管子管板連接接頭將造成較大的熱沖擊應(yīng)力，如不限制，將加速接頭的密封失效和破損，造成嚴(yán)重后果[2]。

3.1 啟動(dòng)工況

直流式蒸汽發(fā)生器啟動(dòng)初期易出現(xiàn)水動(dòng)力不穩(wěn)定現(xiàn)象，系統(tǒng)運(yùn)行操作較為困難。因此，為減少啟動(dòng)過(guò)程中熱沖擊和熱應(yīng)力，減少振動(dòng)，須優(yōu)化啟動(dòng)參數(shù)和啟動(dòng)步驟。對(duì)于水工況的運(yùn)行，主要反饋兩方面的問(wèn)題：水工況建立和水工況下的SG壓力、流量調(diào)節(jié)方法。通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)水操作建立水工況。另外兩個(gè)問(wèn)題需要注意。首先，高壓的給水進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)可能產(chǎn)生閃蒸對(duì)傳熱管造成熱沖擊。然后，進(jìn)水時(shí)，蒸汽器內(nèi)壓力有一個(gè)上升過(guò)程，水流動(dòng)的不穩(wěn)定性比較嚴(yán)重，會(huì)對(duì)蒸發(fā)器造成一定程度的損傷。關(guān)于蒸發(fā)器水汽轉(zhuǎn)換，本文主要反饋水汽轉(zhuǎn)換過(guò)程中系統(tǒng)的配合和水汽轉(zhuǎn)換過(guò)程中的合理的壓力、流量變化方法。水汽轉(zhuǎn)換過(guò)程中系統(tǒng)的配合，主要是啟動(dòng)停堆冷卻系統(tǒng)的配合，容易出現(xiàn)啟動(dòng)擴(kuò)容器超壓，其安全閥起跳的現(xiàn)象[3]。

3.2 正常運(yùn)行工況

CEFR蒸汽發(fā)生器給水流量的調(diào)節(jié)主要目標(biāo)是維持其出口鈉溫穩(wěn)定，兼顧蒸汽出口過(guò)熱度。在反應(yīng)堆保護(hù)及限制定值中，當(dāng)給水流量低于整定值時(shí)，將觸發(fā)斷路器斷開，導(dǎo)致緊急停堆。給水流量調(diào)節(jié)的目標(biāo)除了維持蒸發(fā)器出口鈉溫穩(wěn)定之外，還需要兼顧蒸汽過(guò)熱度。這兩個(gè)目標(biāo)在某些情況下可能難以同時(shí)滿足，必須改變運(yùn)行參數(shù)。

3.3 蒸發(fā)器停運(yùn)

在蒸發(fā)器停運(yùn)過(guò)程中容易產(chǎn)生熱沖擊，可以從切斷給水和排汽充氮兩方面進(jìn)行分析。

3.4 運(yùn)行優(yōu)化

通過(guò)分析蒸發(fā)器在不同工況下運(yùn)行操作中溫度壓力等，對(duì)CEFR三回路運(yùn)行提出以下建議。

3.4.1 水工況

蒸發(fā)器進(jìn)水前，為了避免閃蒸造成熱沖擊，暖管操作要將蒸發(fā)器壓力提升至接近除氧器壓力。

蒸發(fā)器進(jìn)水后，通過(guò)限制啟動(dòng)擴(kuò)容器入口調(diào)節(jié)閥開度，迅速將蒸發(fā)器壓力提升，以減少壓力低時(shí)水流動(dòng)的不穩(wěn)定性對(duì)蒸發(fā)器造成的損傷[4]。

水工況運(yùn)行時(shí)，需要匹配地調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥與啟動(dòng)擴(kuò)容器入口調(diào)節(jié)閥，同時(shí)由啟擴(kuò)減溫水量控制啟動(dòng)擴(kuò)容器壓力。因此建議增加啟動(dòng)擴(kuò)容器減溫水流量調(diào)節(jié)閥，并對(duì)啟動(dòng)擴(kuò)容器入口調(diào)節(jié)閥的控制邏輯進(jìn)行修改。

3.4.2 水汽轉(zhuǎn)換工況

針對(duì)水汽轉(zhuǎn)換過(guò)程中啟動(dòng)擴(kuò)容器頻繁超壓的現(xiàn)象，建議水汽轉(zhuǎn)換前提前打開啟動(dòng)擴(kuò)容器減溫水調(diào)節(jié)閥。如果啟動(dòng)擴(kuò)容器壓力高于正常值，在水工況或旁排未投入的汽工況下，應(yīng)適當(dāng)開大啟動(dòng)擴(kuò)容器減溫水調(diào)節(jié)閥，增加減溫水量，減小壓力。一旦轉(zhuǎn)入汽工況，應(yīng)迅速投入旁排。另外，從提高熱效率的角度考慮，建議此時(shí)關(guān)小減溫水調(diào)節(jié)閥，啟動(dòng)擴(kuò)容器壓力由啟動(dòng)擴(kuò)容器入口調(diào)節(jié)閥控制[5]。

細(xì)化、優(yōu)化水汽轉(zhuǎn)換過(guò)程中壓力流量的變化方法。具體調(diào)節(jié)應(yīng)通過(guò)配合調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速、給水調(diào)節(jié)閥開度、啟動(dòng)擴(kuò)容器水工況入口調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)給水流量和壓力。

水汽轉(zhuǎn)換降壓過(guò)程中，當(dāng)含汽率使兩相流為彈狀流等不穩(wěn)定流型時(shí)，會(huì)對(duì)蒸發(fā)器傳熱管造成沖擊，因此建議快速降壓降流量通過(guò)此含汽率區(qū)域。

3.4.3 蒸發(fā)器正常運(yùn)行工況

從反應(yīng)堆安全及穩(wěn)定運(yùn)行的角度考慮，應(yīng)盡量維持給水調(diào)節(jié)閥壓差設(shè)計(jì)規(guī)定的運(yùn)行范圍。另外應(yīng)注意，由于直流式蒸汽發(fā)生器的特點(diǎn)，當(dāng)給水調(diào)節(jié)閥壓差較小時(shí)，不能使用降低給水泵轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)給水流量[6]。

從熱效率的角度考慮，給水調(diào)節(jié)還應(yīng)盡量維持較高的蒸汽過(guò)熱度，但是通過(guò)上文分析可知，三回路給水流量沒(méi)有可調(diào)整的空間。因此建議減小二回路流量到合理數(shù)值。

4 結(jié)語(yǔ)

蒸發(fā)器停運(yùn)工情況針對(duì)給水中斷瞬間給蒸汽發(fā)生器傳熱管帶來(lái)的熱沖擊，建議實(shí)際運(yùn)行中，將給水流量逐漸降低至最小流量，在蒸發(fā)器鈉側(cè)出口溫度上升幅度有限的情況下再停運(yùn)給水泵。排汽充氮過(guò)程中，為了減小排產(chǎn)生閃蒸造成的熱沖擊，應(yīng)盡量減緩降壓速度[7]。