核电机组主给水热力除氧器工作原理及压力控制技术介绍

核电机组主给水热力除氧器工作原理及压力控制技术介绍

作为核电机组二回路热力系统的一部分，热力除氧器用于完成对主给水的除氧供给蒸汽发生器，并将给水加热到饱和温度，为主给水泵提供净正吸入压头，控制热力除氧器的压力具有非常重要的意义。在文章一部分作者概述了热力除氧器的作用和热力除氧的原理。二部分先介绍了核电机组热力除氧器的基本情况及主给水热力除氧器系统的工作流程，紧接着根据热力除氧器设计和实际运行情况，分别从启停情况、低负荷情况、正常运行工况、汽机甩负荷、抽气逆止阀试验等五种工况详细阐述了热力除氧器在不同工况下，控制热力除氧器压力的信号来源、压力控制机构及控制原理，对运行人员理解并掌握机组各类运行工况下热力除氧器压力控制，保障机组安全经济地运行有积极的帮助。

热力除氧器简介

二回路给水或凝结水中溶解氧含量过高会对系统设备造成腐蚀。在压水堆核电厂中，需严格控制二回路水质以减少蒸汽发生器传热管破裂事故（SGTR）发生频率，因此必须对二回路给水进行除氧，使核电厂二回路给水含氧量小于5ppb。

给水除氧分为化学除氧和热力除氧两类，化学除氧利用化学药剂（例如通过SIR系统添加联氨），使水中游离的氧形成化合物，它能达到较为彻底的除氧效果，但不能除去其他气体。通常化学除氧和物理除氧相结合使用，已达到更好的除氧效果。物理除氧方面，凝汽器兼有真空除氧的作用，而主热力除氧器作为热力除氧，采用水受热沸腾时所含氧气等不凝气体析出的原理来去除氧气和其他气体。

此外，作为二回路加热系统的一部分，热力除氧器还承担以下功能（1）接受高压缸排汽及二回路热力循环各系统设备疏水，并将凝结水加热至具有饱和温度的给水。（2）作为二回路的缓冲水箱，储存一定量的给水，以应对蒸汽发生器给水需求与供应间的失配，同时保证入口水压避免主给水泵汽蚀。（3）将不凝气体排入凝汽器或大气。

热力除氧器工作原理

热力除氧原理的基础是亨利定律和道尔顿分压定律。亨利定律单位体积水体中某种气体的溶解量b与其水面上的气体分压力pb成正比。道尔顿定律混合气体的全压力等于各气体组分分压力之和。由以上两个定律知，降低给不凝水气体含量的关键是减小它们的分压。若不凝气体分压趋于零，则它们在水中的溶解量也相应变得很低。当给水加热到饱和温度，若水蒸气的分压趋近于全压，则其他气体的分压便趋近于零，其他气体在水中的溶解量就趋近于零。热力除氧即将水加热至饱和温度，使水中溶解的不凝气体分压趋近于零以达到除氧目的。

热力除氧器压力调节

热力除氧器布置于厂房标高为20.5m的除氧层。热力除氧器采用喷雾一体化式设计，内装有四个喷嘴。低压凝结水管道各与一个喷嘴相连，喷嘴将凝结水雾化喷出，加速除氧和加热的过程。蒸汽吹扫过这些雾化水滴，使其中的不凝结气体释放出来，并将给水加热到接近饱和温度。

热力除氧器上有两套各自独立的主加热蒸汽装置和一套辅助蒸汽装置，设计成母管加支管型式，母管高于正常水位，通过支管将蒸汽引入热力除氧器的底部，耙管被给水淹没。两套大方法创新的主加热耙管在正常运行、瞬态运行及低负荷运行时使用，小的辅助蒸汽耙管在冷态启动时使用。蒸汽耙管的端部开有许多小孔，蒸汽通过小孔进入给水中，上升的蒸汽鼓泡后上升与凝结水充分换热完成除氧过程。

热力除氧器压力控制

本节分五种情况来讨论热力除氧器压力控制。热力除氧器压力

控制系统模拟图如图1所示。

将主蒸汽排向凝汽器，四组旁路阀将主蒸汽排向热力除氧器，四组旁路阀有三个旁路阀，分别是ADG003VV/005VV/007VV。如果是反应堆保护系统发出开启四组旁路阀信号，四组旁路阀开启后50秒关闭。因汽轮机旁路排放开启信号优先于热力除氧器压力控制，在四组旁路排放阀全开时，热力除氧器压力快速上升，当热力除氧器压力达到0.95MPa，发出热力除氧器压力高报警信号（若情况严重，可能导致安全阀起跳）。50秒后GCTc四组旁路排放阀关闭，导致热力除氧器压力骤降，当热力除氧器压力降至甩负荷前的压力时，压力控制器快速重新依次开启主蒸汽排放阀ADG003VV/005VV/007VV，压力维持在汽轮机甩负荷前的压力，直到三个排放阀全部开启为止，维持热力除氧器在甩负荷前的压力下运行250秒后，可以手动依次缓慢关闭主蒸汽排放阀ADG003/005/007VV，降低热力除氧器压力至高压缸排汽压力。若汽轮机负荷阶跃下降超过10%额定功率，但反应堆保护系统没有发出开启四组旁路阀的信号，热力除氧器压力控制器迅速开启主蒸汽排放阀ADG003/005/007VV，维持热力除氧器压力在甩负荷之前的水平300秒后，依次缓慢关小主蒸汽排放阀将热力除氧器加热蒸汽切换到高压缸排汽，热力除氧器压力慢慢降低到高压缸排汽压力。

当微分运算后的高压缸排汽压力降低速率大于定值时，可确认汽机在甩负荷。热力除氧器压力“冻结”，延时50秒后形成初始整定值。该整定值与实测压力中值的偏差送PI调节器，调节003/007VV的开度，控制新蒸汽维持热力除氧器压力在甩负荷前的水平。250秒后差压开关向函数发生器001GD整图1热力除氧器压力控制模拟图热力除氧器启停期间压力控制定值置为零，关闭003/007VV，跟踪热力除氧器压力。

射水抽气器逆止阀试验时的压力控制

此时机组处于启动初期或停运阶段，主蒸汽VVP不可用，需通过辅助蒸汽SVA来维持热力除氧器压力。压力实测值由ADG002/003/004MP三只压力计测出，其测量值取中值后与整定值0.02MPa进行比较，其偏差送PI调节器后，控制辅助蒸汽进热力除氧器调节阀ADG009VV开度，由辅助蒸汽保持热力除氧器0.02MPa定压运行，并热力除氧器中的给水加热到饱和温度104益，以达到预除氧或维持热力除氧器热态的目的。

低负期间热力除氧器压力控制

当核电机组负荷低于20%FP，热力除氧器加热蒸汽切换到主蒸汽，利用主蒸汽调节阀ADG003VV将热力除氧器压力控制在0.17MPa下定压运行。热力除氧器压力实测值由ADG002/003/004MP三只压力计测出，其测量值中选后与整定值0.17MPa比较，两者偏差送PI调节器控制新蒸汽阀003VV，由新蒸汽维持热力除氧器压力在0.17MPa下定压运行。

正常运行工况

当汽轮机高压缸排气压力达到0.17MPa后，可利用高压缸排气来加热热力除氧器，由于管线上只设有抽汽逆止阀与电动隔离阀，故热力除氧器压力随负荷在0.17耀0.821MPa之间变化，其压力是汽轮机负荷的函数，在此期间热力除氧器受控滑压运行。

汽机甩负荷过程中热力除氧器压力控制

反应堆不停堆，汽轮机大量甩负荷的典型工况是汽轮机从满功率甩负荷至带厂用电运行，在该工况中反应堆控制系统发出开启一组、二组、四组旁路阀，一组、二组机组带负荷运行期间，需定期进行热力除氧器抽汽逆止阀ADG001VV的带负荷试验。试验时热力除氧器压力有大幅降低的风险，应密切进行关注，必要时可使用备用汽源（新蒸汽或辅助蒸汽）对热力除氧器进行加热。试验时阀门关闭后故障处理时间长，会造成热力除氧器压力降低，会明显降低机组效率，此时需适当降机组功率以防止核功率超功率运行（按照运行技术规范）。试验时若出现热力除氧器压力波动大的情况，有可能造成水位计指示不准，在出现异常时要对水位控制给予关注。

热力除氧器在核电工程二回路热力系统是非常重要的设备，它能较为经济和安全可靠地完成二回路给水的除氧，同时，作为二回路热力循环系统的重要部分，热力除氧器可视为回热系统，提高了机组的热经济性。对于大型核电机组，热力除氧器本身筒体体积大且长，在机组启动阶段，可适当增设除氧循环泵，对热力除氧器内部的水进行充分混合，使热力除氧器内部加热均匀，提高除氧效果。