百万千瓦级核电机组凝汽器真空变化影响分析

高云飞 王岩

摘 要：核电机组凝汽器是二回路水汽循环的重要设备，凝汽器真空度直接关系到汽轮机组运行的安全性和经济型，并间接影响到一回路热功率，因此对凝汽器真空度的关联因素及影响途径进行分析，具有重要意义。

关键词：凝汽器；真空度；汽轮机；安全；经济

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.127

核電机组凝汽器用于接收汽轮机排汽并将其冷凝成凝结水，为了对汽轮机提供一个经济的背压，同时进行真空除氧，需保证凝汽器具有一定的真空度。真空度主要靠海水冷却形成，用凝汽器抽真空系统不间断抽走不凝气体来保持。由于凝汽器真空环境的变化直接影响到核电机组的热效率，从而进一步导致反应堆热功率以及汽轮机运行工况发生变化，因此需要对其进行细致分析。

1 凝汽器真空度对机组热效率的影响

压水堆核电厂热力循环是在理想朗肯循环的基础上，增加工质在中间汽水分离再热器中的汽水分离再热过程，因此部分主要讨论凝汽器真空与热效率的相互关系，故将核电厂热循环近似为理想朗肯循环，循环热效率η=1-（h2-h2'）/（h1-h2'）=（h1-h2）/（h1-h2'）[1]，其中h2为汽机低压缸排汽的焓，h2'凝汽器凝结水的焓，h1为进入汽轮机的新蒸汽的焓，从表达式中可以看出，h2'越小，对应热效率越高。故提高凝汽器真空度是提升核电厂热力循环效率的有效途径。

2 凝汽器真空度对汽机振动的影响

压水堆核电厂M310堆型一般采取堆跟机模式，即保持二回路负荷为设定值，一回路热功率跟踪二回路变化，由第一条分析可知，凝汽器真空度下降后，机组热效率下降，为保证二回路电功率保持在设定值，则一回路热功率上涨，汽轮机组进汽量增加，造成汽机轴向推力增大，同时，汽机低压缸排汽直接进入凝汽器，当真空上升，汽机排汽温度升高，引起汽机与转子胀差发生变化，进一步导致汽机垂直及水平振动增大。另外，根据机组运行实践，在凝汽器真空度过高的情况下，会导致汽轮机缸体对中水平降低，振动升高，汽机冲转前凝汽器真空度过高可能造成低压缸轴封局部过热，影响汽轮机暖机效果。

3 影响凝汽器真空度的因素

根据凝器汽的工作原理，真空度的形成主要靠海水冷却，并用凝汽器抽真空系统来保持，抽真空泵本身无转速或频率调节装置，但一般设置有三台，正常保持1至2台运行，剩余泵置于联锁备用状态，在凝汽器真空达到某一定值时，启动备用泵，当恢复到正常定值后，备用泵自动停运。

海水冷却方面，凝汽器原理近似于管式换热器，汽轮机低压缸排汽进入换热器壳侧，循环冷却水泵输送的海水进入管侧。由热平衡方程可知：Q=q低压缸排汽（h2-h2'）=q海水C海水（T出口-T入口），其中Q为单位时间钛管的换热量，q低压缸排汽为低压缸排汽流量，h2为汽机低压缸排汽的焓，h2'为凝汽器凝结水的焓，q海水为管侧海水流量，C海水为海水热容，T出口为管侧出口海水温度，T入口为管侧入口海水温度。从前述参数方程可以看出，h2-h2'数值与凝汽器压力对应条件下的汽化潜热相同，且凝汽器真空度越差对应的汽化潜热越小[2]，此处可用该汽化潜热代表凝汽器真空度；影响凝汽器真空度的的参数中q低压缸排汽对应汽轮机负荷，负荷越高，q低压缸排汽越大，凝汽器真空度越低；q海水越大，凝汽器真空度越高；C海水近似为常量；T出口-T入口为凝汽器管侧海水温升，换热量不变的情况下，管侧海水流量越高，海水温升越小，凝汽器真空度越高；低压缸排汽温度ts= tw1+△t+ δt，式中：tw1 为凝汽器循环冷却水入口水温；△t 为循环冷却水温升； δt 为凝汽器传热端差。[3]根据饱和蒸汽的热力特性，凝汽器真空度与低压缸排汽温度ts为反相关，ts越高，凝汽器真空度越低，在△t和δt不变的情况下，循环冷却水入口水温及海水温度越低，凝汽器真空度越高。

此外，在换热总量不变的情况下，凝汽器保持在合适水位，传热管的换热面积越大，清洁度越高，换热效果越好，凝汽器真空度越高。

为了在某些紧急情况下快速停运汽轮机，还设置了凝汽器真空破坏阀，可以在打开后快速提高汽轮机背压，缩短惰转时间。

某电厂汽轮机检修后重新冲转并网，在运行过程中发现有两处轴瓦振动较检修前明显偏高，并稳定在较高水平。为改善汽机振动，进行了调节凝汽器真空度的尝试，通过关小凝汽器抽真空泵入口阀开度，直至剩余1-2圈开度，维持24小时，真空度基本无变化；后又通过开启凝汽器真空边界的两个阀门，凝汽器真空度缓慢降低，但二回路含氧量迅速升高，导致尝试中止。对比另一电厂在汽轮机冲转前通过关小抽真空泵入口阀，显著降低了凝汽器真空度。可以看出，在汽轮机带负荷的情况下，凝汽器真空度主要是由海水冷却形成的。

4 综述

结合前述分析，核电机组凝汽器真空度对于汽轮机组的经济型和安全性均有重要影响，需要根据实际需要，对凝汽器真空度相关因素进行调整，使其保持在合适的区间内，以保证机组安全高效运行。

参考文献：

[1]骆纯珊.WWER-1000压水堆核电厂热工水力及工程热力学基础[M].2012：38.

[2]黄方谷.工程热力学与传热学[M].1993：119.

[3]苑景凯.影响凝汽器真空的理论分析与真空治理[J].电站系统工程，第33卷第5期.