核电厂低压给水系统及其补水优化方法

技术领域

本发明涉及核电运行领域，尤其涉及一种核电厂低压给水系统及其补水优化方法。

背景技术

自核电厂的机组启动以来，系统中的低压加热器失效的报警经常出现，后续对水封失效的报警进行了原因分析和试验验证，确认采用原有电厂设计的U型段水封补水操作方法后对于报警消除有效，但是很快就再次出现水封消失的报警，水封的维持时间最长不到12h，没有真正的解决根本问题，假若水封时的流量不足，则会造成水封很快恶化、消失，最终导致水封失效的报警出现并降低了机组的热效率。现需要一种新的低压给水系统以及补水优化方法以解决核电厂低压给水系统U型水封失效的问题，并同时能提升机组热效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种核电厂低压给水系统及其补水优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂低压给水系统，其包括低压加热器、疏水箱、冷凝器、密封水箱、连接管路、主补水管路以及旁补水管路；

所述低压加热器连接于所述疏水箱，所述连接管路的两端分别连接于所述疏水箱以及所述冷凝器，所述主补水管路的两端分别连接于所述密封水箱以及所述连接管路的接口端，所述连接管路上设有隔离阀，所述隔离阀位于所述连接管路的接口端与所述疏水箱之间；

所述旁补水管路的两端分别连接于所述主补水管路的第一接入端以及所述主补水管路的第二接入端；

所述连接管路上还连接有液位检测管路，所述液位检测管路上设有报警器。

在一些实施例中，所述主补水管路上设有主补水阀，所述主补水阀位于所述主补水管路的第一接入端以及所述主补水管路的第二接入端之间；

所述旁补水管路上设有旁路补水阀。

在一些实施例中，所述连接管路包括依次连接的第一连接段、第二连接段、第三连接段、第四连接段以及第五连接段；

所述第一连接段连接于所述疏水箱，所述第五连接段连接于所述冷凝器；

所述第一连接段的设置高度大于所述第五连接段的设置高度；

所述第二连接段、所述第三连接段、所述第四连接段组成U型段；

所述主补水管路的设置高度低于所述第一连接段的设置高度，所述主补水管路的设置高度大于所述第五连接段的设置高度。

在一些实施例中，所述疏水箱上还连接有应急疏水管路以及正常疏水管路；

所述应急疏水管路上设有应急疏水阀，所述正常疏水管路上设有正常疏水阀。

在一些实施例中，所述核电厂低压给水系统还包括循环管路，所述循环管路的两端分别连接于所述疏水箱的第一端以及所述疏水箱的第二端；

所述循环管路上设有所述低压加热器。

在本实施例中，还构建了一种核电厂低压给水系统补水优化方法，其基于上述的核电厂低压给水系统，其包括步骤：

S1：基于所述核电厂低压给水系统水封失效且无法长期维持水封的状况，对多个关键因素进行分析；

S2：基于造成所述核电厂低压给水系统水封失效且无法长期维持水封的关键因素为旁路补水阀开启的合理性以及核电厂低压给水系统补水时间的合理性，执行步骤S3；

S3：当报警器发出报警信号后，确认疏水箱、应急疏水管路、正常疏水管路是否处于正常状态，若均处于正常状态，则关闭应急疏水阀、正常疏水阀以及隔离阀、确认旁路补水阀关闭后，开启密封水箱进行补水；

S4：在核电厂低压给水系统振动情况满足要求的情况下，缓慢开启主补水阀一直至全开，使补水状态维持在第一预设时间；

S5：补水状态在第一预设时间后，关闭主补水阀，开启隔离阀；

S6：确认报警器的报警信号是否消失，若报警信号未消失，则重新执行步骤S3至S5，若报警信号消失，则结束补水。

在一些实施例中，所述关键因素包括：

连接管路上的管线高度设计合理性；

报警器是否正常工作；

在连接管路上安装保温层的合理性：

旁路补水阀开启的合理性；

所述核电厂低压给水系统补水时间的合理性；

连接管路、主补水管路以及旁补水管路上述管路各自的节流孔板是否存在堵塞情况。

在一些实施例中，在步骤S5中，在所述隔离阀开启过程中，维持预设开度保持第二预设时间后，若核电厂低压给水系统振动情况满足要求，则所述隔离阀继续全开；

若核电厂低压给水系统振动情况不满足要求，则所述隔离阀维持预设开度直至振动情况满足要求或者往回关。

在一些实施例中，所述第一预设时间为30分钟，所述第二预设时间为3分钟。

在一些实施例中，在所述核电厂低压给水系统的补水过程中，利用超声波流量计对主补水管路以及连接管路上的补水流量进行测量。

实施本发明具有以下有益效果：核电厂低压给水系统及其补水优化方法可以保证补水量的充足，保证了连接管路中的U型段的左右两侧的液位高度差，同时可避免旁路补水阀开启带来的持续饱和补水流会在U型水封中形成连续的气泡流并加速水封恶化、消失，从而解决了核电厂低压给水系统U型水封失效的问题，还能提升机组热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，应当理解地，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他相关的附图。附图中：

图1是本发明一些实施例中的核电厂低压给水系统的整体结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，是本发明一些实施例中的一种核电厂低压给水系统，其包括低压加热器1、疏水箱2、冷凝器3、密封水箱4、连接管路5、主补水管路6以及旁补水管路7。该连接管路5的两端分别连接于疏水箱2以及冷凝器3，主补水管路6的两端分别连接于密封水箱4以及连接管路5的接口端，连接管路5上设有隔离阀51，隔离阀51位于连接管路5的接口端与疏水箱2之间，旁补水管路7的两端分别连接于主补水管路6的第一接入端以及主补水管路6的第二接入端。

其中，该低压加热器1连接于疏水箱2，可用于回热蒸汽加热后形成的冷凝疏水重新回收并泵至二回路给水系统中，参与热循环从而可提高机组的热效率。更为具体地，该核电厂低压给水系统还包括循环管路9，循环管路9的两端分别连接于疏水箱2的第一端以及疏水箱2的第二端，循环管路9上设有低压加热器1。另外，该冷凝器3用于进行热交换，该密封水箱4可通过主补水管路6以及旁补水管路7为连接管路5进行补水。

进一步地，连接管路5上还连接有液位检测管路52，液位检测管路52上设有报警器521，该报警器521具体位于第二连接段54上即U型水封的右侧，该报警器521上设有液位传感器，当连接管路5中U型段的液位高度低于液位传感器的中平面时，报警器521会报警，产生报警信号表示水封已破坏且低于要求的液位值，该液位检测管路52可分为上下接口，该上下接口之间的距离优选为450mm。

进一步地，该连接管路5包括依次连接的第一连接段53、第二连接段54、第三连接段55、第四连接段56以及第五连接段57，该第一连接段53连接于疏水箱2，第五连接段57连接于冷凝器3。该第一连接段53的设置高度大于第五连接段57的设置高度，该第二连接段54、第三连接段55、第四连接段56组成U型段，该主补水管路6的设置高度低于第一连接段53的设置高度，主补水管路6的设置高度大于第五连接段57的设置高度。在本实施例中，该第三连接段55与第五连接段57之间的距离优选为1177mm，该第三连接段55与液位检测管路52的下接口之间的距离优选为631mm。

可以理解地，上述U型段使得该连接管路5形成U型水封，U型水封原理：当冷凝器3工作时，端口内的水压隔离水封周边的空气环境，两端的水面虚拟快速抬起，形成大的气间隙，使得在排气应力之下水液可以被排出，但是因为在水面下的压力隔离，不会流出封闭的空气环境，使得冷凝器3工作时更加安全。但是，如果U型水封失效，即连接管路5内的水干涸，疏水箱2液位上方的疏水蒸汽会在U型段两侧压差的作用下直接通过U型段进入到冷凝器3，会给冷凝器3真空度带来很小范围内的降低，会影响冷凝器3的工作效率，同时水封失效后带来最直接的经济影响就是降低了机组的热效率。

其中，该主补水管路6上设有主补水阀61，主补水阀61位于主补水管路6的第一接入端以及主补水管路6的第二接入端之间，旁补水管路7上设有旁路补水阀71，密封水箱4可通过主补水管路6或者旁补水管路7为连接管路5中的U型段进行补水。

疏水箱2上还连接有应急疏水管路22以及正常疏水管路23，该应急疏水管路22上设有应急疏水阀221，正常疏水管路23上设有正常疏水阀231。可以理解地，在正常工作状况下，疏水箱2中的冷凝疏水正常疏水管路23参与二回路汽机热力循环，当发生异常时，疏水箱2中的冷凝疏水通过应急疏水管路22排出，用以维持疏水箱2的液位，保证疏水箱2的液位在控制范围内。

另外，基于U型水封失效，即连接管路5内的水干涸，疏水箱2液位上方的疏水蒸汽会在U型段两侧压差的作用下直接通过U型段进入到冷凝器3，会给冷凝器3真空度带来很小范围内的降低，会影响冷凝器3的工作效率，同时水封失效后带来最直接的经济影响就是降低了机组的热效率。基于此，为了解决核电厂低压给水系统U型水封失效导致机组热效率降低的问题，在本实施例还构建了一种核电厂低压给水系统补水优化方法，其基于上述核电厂低压给水系统，其包括步骤：

S1：基于核电厂低压给水系统水封失效且无法长期维持水封的状况，对多个关键因素进行分析；

S2：基于造成核电厂低压给水系统水封失效且无法长期维持水封的关键因素为旁路补水阀71开启的合理性以及核电厂低压给水系统补水时间的合理性，执行步骤S3；

S3：当报警器521发出报警信号后，确认疏水箱2、应急疏水管路22、正常疏水管路23是否处于正常状态，若均处于正常状态，则关闭应急疏水阀221、正常疏水阀231以及隔离阀51，确认旁路补水阀71关闭后，开启密封水箱4进行补水；

S4：在核电厂低压给水系统振动情况满足要求的情况下，缓慢开启主补水阀61一直至全开，使补水状态维持在第一预设时间；

S5：补水状态在第一预设时间后，关闭主补水阀61，开启隔离阀51；

S6：确认报警器521的报警信号是否消失，若报警信号未消失，则重新执行步骤S3至S5，若报警信号消失，则结束补水。

具体地，在步骤S1中，该关键因素包括：连接管路5上的管线高度设计合理性；报警器521是否正常工作；在连接管路5上安装保温层的合理性：旁路补水阀71开启的合理性；核电厂低压给水系统补水时间的合理性；连接管路5、主补水管路6以及旁补水管路7上述管路各自的节流孔板是否存在堵塞情况。

结合试验数据证明和热工水力流体力学理论，确定连接管路5上的管线高度合理、连接管路5上安装保温层合理不影响补水，同时排除了报警器521存在故障。另外，考虑到连接管路5、主补水管路6以及旁补水管路7各自管道上的节流孔板有堵塞可能，如若节流孔板孔径变小或者堵塞，最终就有可能在补水期间第二连接段54对水封缓慢加热的过程中慢慢因为补水流量不够或者丧失补水而导致水封消失，此时通过超声波流量计对连接管路5、主补水管路6以及旁补水管路7上述管路上的补水流量进行测量，排除了上述管道的节流孔板堵塞的可能。

最后，通过试验数据表明由于旁路补水阀的开启会带来持续饱和补水流进而会在U型水封中形成连续的气泡流并加速水封恶化、消失，造成水封维持时间过短，最终会产生水封消失的报警。同时确认假若核电厂低压给水系统补水时间如果不合理，也会造成水封维持时间过短而造成水封消失。

在步骤S3中，若疏水箱2、应急疏水管路22、正常疏水管路23其中有处于非正常工作状态的，则禁止开展补水操作，否则会有疏水进入低压缸损坏汽轮机的潜在风险。

另外，要确认旁路补水阀71关闭后才开启密封水箱4进行补水的原理为：在隔离阀51开启后，如果旁路补水阀71也开启，该旁路补水阀71引入的持续补水流是加速U型水封消失的主要原因，因为这股水流持续的从高处注入到U型水封的右侧即第二连接段54中，在整个过程中会受到蒸汽的明显加热且在第二连接段54的密封水中产生气泡，因为补水是接近冷凝器3的饱和水，加速的气泡流将会在U型水封两侧的压差作用下使密封水溢流到U型水封的左侧即第四连接段56中，再通过第五连接段57进入到冷凝器3中，形成局部的偏离泡核沸腾现象，这样会使得第二连接段54的液位高度逐渐降低，最终会导致液位高度降低到报警器521的报警值以下从而产生报警。所以，在步骤S3中，要确认旁路补水阀71关闭后才开启密封水箱4进行补水。

在步骤S4中，该第一预设时间为30分钟，如若第一预设时间不足，在补水后第二连接段54的液位高度虽然可以让报警器521的报警信号消失，但是如果只是超出了液位报警值但没达到规定的补水高度，那么在回复开启隔离阀51后，在U型段两侧压差建立瞬间该第二连接段54的液位高度会快速下降，在U型段左侧管道即第四连接段56的初始充水液位未到最大值1177mm(即上文提及的第三连接段55与第五连接段57之间的距离优选为1177mm)，且经过一段时间的蒸汽流加热和缓慢蒸发后，第二连接段54的液位高度就有可能再次降低到报警值以下，导致水封很快消失。所以，在本实施例中，将第一预设时间设置为30分钟，来消除补水时间较短所造成的影响。

另外，如果主补水阀61开启速度过快，疏水箱2的蒸汽由于压差流通到第二连接段54和水封内温度相对较低的流动补水混合导致的压力急剧变化，会引起连接管道的过度振动，故而在步骤S4中需缓慢开启主补水阀61一直至全开。

在步骤S5中，在隔离阀51开启过程中，隔离阀51维持预设开度保持第二预设时间后，若核电厂低压给水系统振动情况满足要求，则隔离阀51继续全开；若核电厂低压给水系统振动情况不满足要求，则隔离阀51维持预设开度直至振动情况满足要求或者往回关。该第二预设时间为3分钟。该隔离阀51的预设开度可为一个较小的开度，维持较小的开度目的在于热量传导，重新建立压力平衡，降低振动。可以理解地，在隔离阀51刚开始开启时维持一个较小的开度保持3分钟能很好的避免管道大幅度振动，极大的保障了工业安全，否则会有长期振动加剧管道断裂造成严重的工业安全事故风险。

其中，考虑到主补水管路6以及连接管路5上的节流孔板可能存在堵塞，如若发生堵塞，也有可能在系统补水期间因为补水流量不够或者丧失补水而导致水封消失，在本实施例中，在核电厂低压给水系统的补水过程中，可利用超声波流量计对主补水管路6以及连接管路5上的补水流量进行测量，如若补水流量达到预设流量，则代表主补水管路6以及连接管路5上的节流孔板没有堵塞，如果补水流量没达到预设流量，则代表主补水管路6以及连接管路5上的节流孔板可能发生堵塞，需要进行检修。

可以理解地，该核电厂低压给水系统补水优化方法可以保证补水量的充足，保证了连接管路5中的U型段的左右两侧的液位高度差，同时可避免旁路补水阀71开启带来的持续饱和补水流会在U型水封中形成连续的气泡流并加速水封恶化、消失，从而解决了核电厂低压给水系统U型水封失效的问题，还能提升机组热效率。另外，缓慢开启主补水阀61一直至全开以及在开启隔离阀51时刚开始维持预设开度，能很好的避免管道大幅度振动，极大的保障了工业安全。

可以理解地，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。