秦山二厂DEG运行问题浅析及对策

王林林

【摘 要】本文主要是讲述秦山第二核电厂核岛DEG冷冻机组系统的组成，运行原理和参数设置。对DEG冷冻水系统的冬季运行，夏季运行状态及其他特殊情况下的运行状态分析，并对可能出现的故障描述，并提出了解决方法。

【关键词】秦山第二核电厂；DEG冷冻水机组；运行；负荷

0 概述

秦山第二核电厂核岛冷冻水系统DEG是向DVG——辅助给水泵房通风系统、DVN——核辅助厂房通风系统、DVK——核燃料厂房通风系统、EVC——反应堆堆坑通风系统及EVR——安全壳连续通风系统5个通风系统的冷却器连续提供冷冻水的。DEG系统在需要的时候向RRI005RF（为REN在线分析仪提供低温的冷却水）间断提供冷冻水。DEG系统用来维持安全壳、乏燃料存放池大厅、辅助给水泵房以及其他KX、NX房间所需的正常运行环境条件，防止厂房内的设备因为过热的温度而损坏。当失去全部DEG功能时，堆坑顶部的温度上升很快，为了避免堆坑顶部混凝土过热，必须在11h以内转入正常冷停堆状态，并立即监测堆坑和安全壳大气的温度。虽然DEG系统并不是安全相关系统，仅有两个贯穿件是安全相关的，但是它依然是保证反应堆正常运行诸多因素中重要一环。DEG冷冻水系统在实际运行中遇到了许多问题，本文列举了部分问题，并分析解决这些问题。

1 DEG系统组成及运行方式

秦山第二核电厂每个反应堆机组有3台DEG冷冻水机组。系统按3×50%的容量设计的，一个反应堆最大负荷时两台运行，1台备用。采用的是离心式冷水机组，电机则采用封闭式。3台机组组成相同：1台冷冻水循环泵，冷冻机组（包括蒸发器-压缩机-冷凝器），RRI冷却水和各用户的阀门，管道及3台机组公用的1个膨胀水箱。

DEG冷冻机组的负荷与反应堆的运行工况和季节相关，并随之变化的。其设计容量为4000KW，冷冻水量688m3/h，单机制冷量为2000KW，冷冻水量350m3/h。（为直观比较各负荷用户和机组负荷的关系，下面仅采用单机负荷的百分数来表示各用户负荷的大小）

以反应堆正常运行工况时：夏季负荷量为182%，需两台机并联运行，每台机负荷约为90%左右。冬季总负荷量为57.5%，单机运行即可。因此，其设计运行方式如下：

冬季：反应堆功率运行时，只需1台冷冻机组运行；若处于冷停堆时则允许DEG系统完全停运。

夏季：反应堆功率运行时，需两台冷冻机组运行；若处于冷停堆时则仍需保留1台机组运行。

中间季节，介于冬季和夏季之间，投运冷冻机组情况须根据需要来确定。

2 DEG系统出现的问题浅析及改进

2.1 DEG冬季运行

秦山第二核电厂位于浙江海盐，在冬天，各个厂房内环境温度不是很高，同时根据DEG系统的负荷分布（冬季，DVN、DVK由SES来供应热水，DEG走旁路，负荷很小），冬季只有EVC、EVR、DVG系统需要运行，此时即使加上DEG机组自身管线损失和泵的热量损失，需要冷冻机组提供的负荷也只有20%左右。

根据机组热平衡的计算公式：

ε=■×100/100

ε—热平衡量（%），Qw—冷凝器热负荷（kcal/h），QS—制冷量（kcal/h），N—电机功率，KW

其中冷凝器热负荷的计算公式：

Qw=cMwΔtw（kcal/h）

c—比热（kcal/kg.℃），Mw—冷却水流量（m3/h），Δtw—冷却水温差（℃）

机组制冷量的计算公式：

QS=cMsΔts（kcal/h）

c—比热（kcal/kg.℃），Ms—冷冻水流量（m3/h），Δts—冷冻水温差（℃）

设冷水的温度接近冷冻水温度，这样造成冷凝器与蒸发器之间的压差过小，而制冷机的主电机是利用它们之间的压差来压送冷却用制冷剂液来冷却主电机，压差减少供给量就要减少，主电机就会有产生过热的危险，压差低于保护值，就跳机。另一方面，设冷水的温度接近冷冻水温度，当机组导叶放在“自动”位时，即使采取关小冷却水流量等办法，冷冻水出水温度很快就降到低于6℃，出现“自停待启”现象，等冷冻水出水温度回升至12℃时，制冷机自动投入运行，但是，大型制冷机频繁启、停很容易将机组传动齿轮等部件损坏。在如此低的热负荷情况下，要确保机组的热平衡，则必须相应减小机组的热负荷，此时可以通过调小冷凝器进出口阀门的开度，降低冷却水流量，使制冷剂在冷凝器、蒸发器的放热、吸热速度逐步趋于平衡，冷却水温度上升，冷凝压力提高，使冷凝压力与蒸发压力之差大于0.25MPa或保证冷却水进口温度不低于15°。但是在实际操作中，要达到机组正常运行时所需的冷却水量，必须通过长时间的调整和观察。同时对冷冻机来说，冷却水量的调节不是无限制的，对DEG来说，要求冷却水的最小流量为正常流量的60%，当冷却水流量低于60%时，冷凝器中的冷凝管不是全部充满水，而是有部分空气进入冷凝器，降低冷凝器的换热效率。即使现在已经联系厂家将导叶（导叶开度控制着单位时间冷媒的压缩量，故导叶开度与机组负荷呈正比关系）原设计最小值20%降到10%（幸运的是导叶开度降到10%并没有出现喘振，低负荷调节导叶时，是很容易发生喘振的），也不能完全保证机组在低负荷运行工况正常运行，尤其是在10-20%冷量工况下。

在冬季，目前只有将机组导叶放在“手动”状态下，才能维持连续运行，因为导叶放在手动时，低温自动停机温度从6℃降到5℃，停机温度升高了1℃，在最冷季节就靠1℃之差，保持在6℃左右勉强运行。即使调低导叶设计最小值，即使将导叶放在手动，冬季最冷时候冷冻水出水温度有时仍降到低于5℃，出现冷冻水温度过低紧急停机。对机组正常运行非常不利。

目前，秦山二期3/4#扩建核电机组通过对DEG导叶结构的改造、旁通装置的增加、设备结构的优化及加工装配精度等级等方面的提高，确保扩建工程DEG冷水机组不会出现原机组的缺陷并能在全年工况下安全可靠运行尤其是在低负荷工况下安全运行。主要包括：（1）改进压缩机进口调节门，使制冷量的调节范围扩大。（2）在冷凝器和蒸发器之间增加一个旁通。

但是对于1/2#机组来说，这个问题在设备上比较难解决。只能在冬季工况下，加大巡检力度。我觉得可以对DEG系统进行改造，在冬季用RRI设冷水代替冷冻水。但这是个庞大的改造项目，不仅仅是工程浩大，还要考虑到设冷水的流量。

2.2 DEG系统夏季运行

由于现场的管道布置，3台冷水机组的进出水不能均匀混合并分配，造成偏流。特别是1号、3号两台制冷机运行时，冷冻水各自循环一条回路，使制冷机的负荷分配不均（3号冷冻机负荷较高，1号冷冻机负荷很低）。3号冷冻机负荷接近满负荷，在回水温度（负荷）变化时，导叶来回波动，会造成驱动齿轮在大力矩下动作，损坏传动齿轮。且机组负荷增大时，会立即引起3号机过电流紧急停机，这时极易损坏压缩机的高速旋转部件（转速高达12000rpm）。如果是1号、3号冷冻机并列运行，1号机一直在接近停车值的低负荷运行，这对压缩机不利，减少机组寿命。若3号机突然跳闸，1号机负荷突增，导叶突开，亦会损坏导叶执行机构。因此，夏季最好避免使3号机接近满负荷和1号机负荷过低（可通过手动调节来实现），即可避免以上风险。一般应使1号、2号冷冻机并列运行。目前，实际为当1号或2号冷冻机组故障检修时，应使3号冷冻机单独运行，停运另一台冷冻机组。

2.3 冷冻机组目前其它缺陷及注意事项

夏季和过度季节，备用机组会从外部高温环境夺热，使冷媒蒸发，进入机组油腔，使得油箱液面上有冷媒积聚，呈泡状。此时冷媒装量相对减少，影响机组制冷能力和油的性能，也使得油箱液位不准确。机组在负荷变化时，导叶开启过快，造成油箱中冷媒迅速蒸发，携油进入蒸发器，使油装量减少；冷媒含油影响蒸发器的传热效率，故应尽量避免负荷突变。根据长时间的运行观察，发现3台冷冻机组都有跑油，且跑油量不同。在实际运行中，应及时关注冷媒和油的装量变化，并及时投入提纯装置。目前，1号、2号冷冻机一开机就投入冷媒提纯装置，3号冷冻机则根据油位来判断是否投入。并且，冷冻机组尽量不能设置在远控位置。高负荷远方启动，会使导叶开的过快或大力矩时动作频繁，损坏导叶执行机构且造成油箱中冷媒蒸发携油，造成油位降低。

3 总结

通过此文，我们能更进一步的掌握DEG系统的特性，在工作中，能帮助我们更好的解决生产实践过程中碰到的问题。

【参考文献】

[1]DEG系统设计手册[S].秦山第二核电厂.

[2]LC170H-6P离心式制冷机使用说明书[Z].重庆通用工业集团.

[3]秦山二期扩建工程DEG冷水机组设备规格书[Z].核工业第二研究设计院.

[责任编辑：王楠]