高压加热器汽液两相流疏水器故障原因分析及对策

      高压加热器汽液两相流疏水器故障原因分析及对策，高压加热器的正常运行对机组的安全性和经济性有着重要影响，本文对三期电厂720MWe机组高压加热器运行中因水位异常升高导致高加保护动作的现象进行了分析，指出了高压加热器水位异常原因，并提出相应对策。
      三期CANDU核电厂采用日立公司设计的冲动式、串联复式、带再热和冷凝、代号为TC4F-52的汽轮机组，机组的加热器系统共设有两列高压加热器，每列两台，高加的正常运行对机组的安全性和经济性有着重要影响，而该机组却多次发生过因高水位波动导致加热器保护动作的事故，以下将分析水位波动的原因，并提出相应对策。
      四台高压加热器分A、B两列，每列两台，A列为6A，5A；B列为6B，5B。每列加热器疏水正常运行时，逐级串联的，即6号高加疏水至5号高加，5号高加疏水至除氧器。应急事故情况下，6号、5号高加疏水经应急疏水调节阀各自流入凝汽器。在启动和低负荷运行时，当加热器内压力不能将疏水送入下一级加热器时，加热器内疏水经应急疏水管道排入凝汽器，此时加热器内水位由应急疏水调节阀来控制。5号高加接受汽水分离器正常疏水，6号高加接受汽水分离再热器一级、二级正常疏水、扫气。
      本机组设置有相当数量高加水位的计算机触点报警信号，以高压加热器5A/5B为例，高压加热器的计算机触点报警信号，覆盖了高压加热器的水位变化过程，5A/5B高加水位保护计算机触点报警序列图，通过该计算机触点报警信号，可以方便地观察到在高加启停阶段，5A/5B高压加热器的水位变化过程。
汽液两相流疏水器高压加热器水位异常原因
      对历年来发生的数起汽液两相流疏水器高压加热器水位异常事件进行初步归类，可分为三种原因。
      加热器内汽侧压力突变，或进高加疏水量急剧增加此种情况会导致液位波动较大，容易产生假水位（此时加热器汽侧通过上部平衡管开口处的蒸汽流速较高，该处静压降低，由于抽吸作用，会降低上部平衡管内的压力，使水位计的指示水位高于加热器的实际水位）或对液位开关造成冲击，触发水位保护信号。如在2号机组并网时，高压缸到6A加热器的抽汽有一较大的增加，MSR一级再热器疏水箱疏水在一级再热的抽汽的作用下疏入6A加热器，流量波动较大，波动时间为30秒，流量有一个增加之后其流量降低几乎为零，然后逐渐上升，可以判断一级再热器疏水箱中的水在波动时很短的时间内已经进入了6A，导致6A水位迅速上升而隔离。从6A水位高报警触发CI1232，到6A水位高高报警触发CI1231，其间只有4秒时间，导致高加A系列隔离。
液位控制设备设定值漂移及内部卡涩
      加热器的正常疏水和危急疏水液位控制器的设定值漂移，使加热器内部实际控制的液位较高，当其内部有扰动或液位波动时，由于实际液位距液位开关的动作值较近，使液位开关抗干扰能力降低，导致液位开关动作，疏水的控制特性变坏，而导致加热器隔离。
      疏水液位开关的内部卡涩，导致疏水的控制失灵。如曾经1号机组启动期间，在机组刚并网约8秒后，高加6B“高高”液位开关保护动作而导致了B列高加解列，经过检查，发现6B高加“高高”液位开关卡涩，将其拨回到自由位且经过多次动作验证后，恢复正常。
     汽液两相流疏水器疏水液位控制器的内部卡涩，导致疏水的控制失灵，如1号机组5号高加B列/A列在机组降功率时同时隔离，事后检查发现，5B高加隔离原因是应急疏水控制器的内部卡涩引起。应急疏水控制器的头部是由一个短螺栓固定，该螺栓松动无法再固定而导致其头部晃动，该处管线的振动导致液位控制器的调节部位有卡涩，从而导致应急疏水阀的控制失灵，极易发生高液位。
低负荷下应急疏水不畅
      事例：当1号机组电功率升至140MWe（约20％）功率时，5A高加的液位高报警开始发出，并且没有间歇性的消报，其间持续了5个小时。
      对事例进行分析，当时加热器5A高液位，对可能原因如传热管泄漏、汽机负荷快速变化、MSR疏水流量快速增加、加热器液位控制阀故障、加热器液位开关故障等问题进行分析，在负荷稳定了一段时间后，加热器5A高液位持续存在，判断是加热器应急疏水不畅。
      通常影响加热器疏水不畅的原因有：加热器内漏、管道管径选择不合理、管道阻力大、调节阀流通能力不足等。通过计算分析表明，在5A高加的液位高报警开始发出持续了5个小时期间，按照单向相流体计算，5A高加的疏水倒向凝汽器，应急疏水调节阀理论的流通能力是足够的。
      通过计算分析可知，显然，影响加热器疏水不畅的原因为低负荷下，由于加热器抽汽管线的抽汽压力低，高加的疏水（含MSR汽水分离器疏水）反而被给水所加热，即在启机阶段，加热器疏水未对给水起到加热作用，过冷度很小或接近饱和，甚至发生闪蒸现象，产生汽水两相流，疏水比容增加，流动阻力大大增加，以至于调节阀原有的通流面积不够，从而表现为应急疏水调节阀的流通能力不足。
采取对策
      投运高加时缓慢进行。高加水位异常发生在高加刚投运或抽汽压力急剧变化时，因此在机组启动时，投运高加时缓慢进行。这样抽汽压力变化也相对缓慢，减少传热温差，既可以对高加充分预暖，又便于控制高加水位，使高加尽早正常运行，提高机组的安全性和经济性，另一方面可减少高温加热蒸汽对加热器的冲击。
      高加的瞬态主要发生在机组的启停阶段，为此，正确的操作和调整是极为重要的，投运高加时，应使高加充分预暖，操作应缓慢，在启动过程中，运行人员应确保给水温度温升小于5℃/分，以防止加热器受压部件形成太大的热冲击而影响高加的寿命。高加水侧投运后，再投运汽侧，打开电动进汽阀5%，暖加热器5分钟，再增开15%，隔5分钟再增开20%，在高加出水温度稳定后，开足电动进汽阀。按此操作方法，每台高加的投运时间约20分钟，时间虽然长了一些，但换回了高加使用寿命，避免一下子全开抽汽电动门，对高加造成热冲击，并使高加水位急剧升高，难于控制。对进入高加的疏水，也需缓慢操作，避免热冲击对高加水位波动的影响。
      加强设备的定期检查维护。检查液位开关和液位控制器的可靠性，进行模拟检查（如液位开关和液位控制器人为灌水），检查液位控制器的测量值及趋势是否正确，疏水阀动作是否合理，计算机触点报警信号随水位变化动作是否合理，如应急疏水调节门开度增大必有正常疏水调节门开度增大，否则可判定正常疏水调节门卡涩或调节装置误动作。进行定期检查，克服液位控制设备设定值漂移及内部卡涩对加热器疏水控制的影响。
      低负荷下应急疏水不畅的处理。低负荷时旁路高加外部疏水。对低负荷下应急疏水不畅，特别对5号加热器而言，在高加刚投运或高加水位急剧变化时，可开启或部分开启上游疏水的应急疏水阀，旁路其上游疏水，即6号高加的疏水及汽水分离器疏水，待高加水位平衡稳定后，再关闭上游疏水的应急疏水阀。定负荷启动投入/停止高压加热器。对高压加热器，特别是5号加热器，可以考虑定负荷启动投入，投运时应缓慢操作确保给水温度温升小于5℃/分，以满足应急疏水阀在此时有一定的压差满足其疏水能力。
实践价值和意义
      通过以上分析，针对高加汽液两相流疏水器存在的问题，需要投运高加时应随机启动；投运高加时，应使高加充分预暖，操作应缓慢，避免一下子全开抽汽电动门；对进入高加的疏水也需缓慢操作，避免热冲击对高加水位波动的影响；加强设备的定期检查维护，克服液位控制设备设定值漂移及内部卡涩对加热器疏水控制的影响。
      在低负荷下，为了防止在低功率时5号高加液位出现波动，疏水不畅，提出了两个解决办法：一是MSR分离器疏水倒向5号高加，至少要在汽轮机功率高于38%FP以后，才可倒入；二是定负荷启动投入/停止高压加热器。经过实际检验，机组瞬态得到有效缓解，该举措对机组的稳定运行起到了积极的正面作用。三期高压加热器系统在中有着非常重要的地位，它的有效投运及停运是保证整个电厂安全运行的前提，对高加汽液两相流疏水器疏水故障问题的分析解决有助于提高电站的运行安全性和可靠性。