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核电厂冷冻机组排气压力过高原因分析

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《冷藏技术》2017年第4期

摘要:给出某核电厂电气厂房冷冻机组特点和调试、运行实例,分析排气压力过高的原因,提出处理措施。实践证明,这些措施有效减少了冷冻机组故障率。

关键词:核电厂;冷冻机组;排气压力;分析

0前言

某核电厂电气厂房冷冻水系统的功能是为主控室、电气厂房、电缆层的通风系统所有冷却盘管提供7℃左右的冷冻水,是通风系统唯一冷源。冷冻水系统一旦发生故障,电气厂房温度升高,影响主控室的相关仪表控制系统、配电盘等重要设备的稳定运行,最终会导致核电机组退防甚至停运,因此,冷冻水系统对核电厂的运行安全性有影响。冷冻机组是冷冻水系统的核心设备(图1),一旦故障即导致冷冻水系统不可用。根据该厂冷冻机组长期运行情况,排气压力过高的故障发生频率最高。通过对该故障原因的分析及总结,提出针对性处理措施。

1排气压力过高对冷冻机组的影响

冷冻机组压缩机排气口压力称为排气压力,排气压力接近于冷凝压力,两者之差就是管路的流动阻力,因此,制冷系统中常将冷凝压力等同于排气压力。排气压力对冷冻机组的运行效果及影响最大。当机组排气压力过高达到保护定值,由高压开关触发冷冻机组跳机。故障报警跳机后,需消除故障,手动复位报警后机组才具备重新启动条件。因此,定期检查排气压力值,才能提前发现冷冻机组潜在故障,从而及时干预,避免因排气压力高跳机。目前国内核电冷冻机组普遍以R134a作为制冷剂。根据R134a饱和状态的T—P曲线可知,冷凝压力与冷凝温度成正比,而冷凝温度主要取决于冷却介质的温度、水质、流量及冷凝器结构形式等。假设整个制冷系统的蒸发温度T0保持不变,而冷凝温度由TK上升到TK。

2原因分析

结合国内核电厂冷冻机组调试及运行实际,排气压力过高的原因主要有6种。

2.1冷凝器结垢或堵塞

冷凝器的负荷是制冷剂热流体通过热交换器壁面传向冷却介质的换热量。

2.2管路内积空气等不凝性气体

因为只有制冷剂能凝结在冷壁上,不凝性气体仍将保持气体状态。在没有对流时,空气等不凝性气体逐渐积聚在壁面附近。根据道尔顿气体分压定律P0=Pn+Pb。其中,P0为混合气体的总压,Pn为制冷剂的分压力,Pb为不凝性气体的分压力。由于制冷剂凝结,靠近壁面的Pn要比其他地方小,所以向壁面方向制冷剂的分压力Pn将连续降低,而且越接近壁面降低越快。不凝性气体的分压力Pb却相反,越接近壁面则越高。由此可见,靠近壁面处的不凝性气体浓度比较大,如把它看成一种不凝性气体层,那么制冷剂气体分子只能依靠扩散作用来透过该特殊层。由于不凝性气体的存在,阻碍了制冷剂与冷却水的换热,直接导致冷凝器中的排气压力升高。当冷凝器管侧的冷却水回路内积不凝性气体时,单位时间内与制冷剂气体换热的冷却水量少,换热效率低,冷凝效果差,也会导致排气压力升高。

2.3制冷剂充注量太多

向机组添加制冷剂时,如果填充过多,液体占据了有效的冷凝面积,制冷剂与冷却水换热能力减弱,排气压力也会升高。

2.4冷却水水温过高

与其他季节相比,夏季冷却水温度较高,冷却水与制冷剂蒸汽的换热能力下降,导致排气压力升高。

2.5高压开关误动作

出现“高压开关跳脱”报警时,冷冻机组排气压力并不一定真实高,当高压开关定值漂移,也可导致冷冻机组误停。

2.6冷却水流量异常

这是较容易导致冷冻机组排气压力高的情况。该冷冻机组的冷却水源为RRI(设备冷却水),当RRI流量不足时,冷却水与制冷剂蒸汽换热能力下降,最终与冷凝器结垢或堵塞相似,即冷凝温度升高,最终排气压力过高而导致机组跳机。冷却水回路上设有冷却水流量调节阀,当冷却水调节阀故障,如长期频繁动作产生偏差,导致阀门IP转换器和定位器不准,则阀门PID控制器上显示的开度就可能与实际开度不一致,或者阀门自动调节失效,即阀门的压力探测仪表不能准确探测冷凝器压力,导致流量调节阀不能根据冷凝器实际压力而动作,即冷凝器压力失调。一旦冷凝器压力增大,冷却水流量调节阀不能根据实际需求开大阀门,就可能导致冷凝温度升高、排气压力升高。另外,冷却水调节阀为气动阀,运行时处于自动控制状态,如果中性点破坏也可能导致阀门失调,最终导致排气压力升高。

3处理措施

为了提高冷冻机组的运行稳定性,很有必要采取一些措施,迅速判断排气压力过高原因,及时干预,避免冷冻机组跳机。

3.1冷凝器结垢或堵塞

为防止冷凝器结垢或堵塞造成机组排气压力过高,核电厂应定期清洗冷凝器,避免结垢或堵塞导致传热恶化。根据记录的冷凝器清洗前后设备运行参数看,排气压力变化非常明显。

3.2管路内积空气等不凝性气体

根据R134a饱和状态下的T—P曲线图可知,室温(20℃)条件下冷冻机组内部均是正压系统,外界空气等不凝性气体很难混入。但在机组停运检修期间,抽真空后,外界的不凝气体易混入冷凝器内部,采用将系统抽真空到-1kPa(表压)并保持1h,能有效避免系统残留空气或不凝性气体。另外,冷冻机组随厂法兰垫片为质量较差的石棉垫片,增加了不凝性气体在冷冻机组抽真空期间混入的几率。将机组自带垫片更换为非石棉垫片,冷冻机组漏点减少,也能有效避免不凝性气体混入。

3.3制冷剂充填充过多

国内某核电厂长期的实践发现,改进制冷剂填充方法,即停机状态下给机组充压到300kPa,之后启动冷冻机组,在线充制冷剂到排气压力值至850kPa后停止。可根据机组当前负荷补充制冷剂,避免因系统负荷低,填充制冷剂过多。夏季工况,为加强冷凝器的换热能力,通过适当改变冷却水在线,增大冷却水流量,降低冷冻机组排气压力,保证了足够的压力波动裕量,提高了设备运行可靠性。

3.5高压开关误动作的处理措施

应先检查仪表动作是否正常,排除高压开关误动作可能性。

3.6冷却水流量异常

采用失电失气状态下全开的冷却水调节阀,也能有效防止冷凝器突然失去冷却水,排气压力过高而跳机。另外,为防止阀门在自动状态下意外关闭,技术人员改变了冷却水流量调节阀PID控制器设置,使阀门全关状态也保留10%开度。这样,即使阀门意外关闭,也始终能保证冷凝器内部有最小流量冷却水,避免冷凝器完全丧失冷源、机组排气压力高跳机。在实际运行中发现,在正常运行范围内适当地降低排气压力整定值,即当排气压力在(786~1300)Pa(表压)靠近下限运行时,也能有效避免机组排气温度过高的情况。技术人员试验发现,当冷凝器压力整定值设为950kPa时,排气压力超过1300Pa(表压)43次,跳机3次;当排气压力整定值设置为850kPa时,排气压力超过1300Pa(表压)仅18次,跳机0次。通过试验,最终将机组冷凝压力整定在850kPa,排气压力最为稳定。

4结束语

电气厂房冷冻机组稳定运行为主控室仪表控制系统、配电盘等重要设备的安全稳定运行提供了坚强保障。文章通过对压缩机排气压力过高原因进行分析,针对国内某核电厂电气厂房冷冻机组实际情况,采取了相应处理措施,如合理调整冷冻机组运行参数、改变系统在线、规范操作等,有效避免了冷冻机组排气压力过高故障,从而维持了冷冻机组的稳定运行。

参考文献

[1]沈维道.工程热力学[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2]张为中.夏季机房空调机组排气压力过高原因分析[J].通信电源技术,2009,22(s1):66-67.

[3]中核集团核电秦山联营有限公司.核电厂中级运行下册(第二版)[Z].2008.

作者:曾博文 单位:中核核电运行管理有限公司

冷藏技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次