CN111256104A - 高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***和方法 - Google Patents

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郭俊文
曹松彦
姚洪猛
孙雅萍
乔越
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闫爱军
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Abstract

本发明涉及高温气冷堆核电厂水化学工况，具体为高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***和方法。本发明净化***包括启动期间净化回路；热力设备包括蒸汽发生器和凝汽器；蒸汽发生器蒸汽出口经汽轮机组连接凝汽器输入端，凝汽器输出端经供水回路连接蒸汽发生器主给水端；供水回路上设除氧器；启动期间净化回路包括连接在蒸汽发生器主给水端的一次门，以及设在一次门后的三路管道；三路管道包括排放管道、第一回水管道和第二回水管道；排放管道末端连接至机组扩容器或热交换器，第一回水管道连接至凝汽器输出端，第二回水管道连接至除氧器入口。本发明确保机组在冷态启动、热态启动过程中进入蒸汽发生器的主给水水质，大大降低其腐蚀结垢风险。

Description

高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***和方法
技术领域
本发明涉及高温气冷堆核电厂水化学工况，具体为高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***和方法。
背景技术
高温气冷堆核电机组蒸汽发生器的特点：(1)主给水走管侧(二次侧)，氦气走壳侧(一次侧)，相对于压水堆核电机组来说(压水堆冷却剂走管侧，主给水走壳侧)，高温气冷堆核电机组蒸汽发生器换热管内更容易沉积腐蚀产物及其他杂质，也更容易发生污堵的现象，均会影响机组安全运行，影响换热效率。(2)与大部分压水堆核电机组相同的一点是蒸汽发生器材料包含了镍基合金，其对氧腐蚀敏感，机组启动进入热态冲洗过程中时，要求进入蒸汽发生器的溶解氧含量不大于100μg/L，机组带负荷并网后，要求进入蒸汽发生器的主给水溶解氧不大于3μg/L。(3)高温气冷堆核电机组具有直流锅炉特性，给水在蒸发器中由水到饱和蒸汽直至成为过热蒸汽，直接进入汽轮机做功。没有排污、没有过热器。(4)蒸汽发生器管道内径小，出现腐蚀或腐蚀产物在管壁上的沉积，会严重影响机组效率，增加给水泵电耗。(5)蒸汽发生器结构特殊，出现换热管泄漏问题时，不能换管、补焊，只能停机堵管。(6)机组参数高，蒸汽发生器出口蒸汽参数为13.90MPa、571℃；高温气冷堆核电机组启动过程时间短，冷态启动约需要585min，温态启动约需要511min。
因此，严格控制进入蒸汽发生器主给水中的溶解氧和腐蚀产物等杂质含量，是保证高温气冷堆核电机组安全、经济运行的重要任务之一。
在核电厂水化学工况技术领域，应从机组正常运行、停用保养和机组启动三个阶段降低蒸汽发生器腐蚀、结垢的风险。其中机组启动过程热力设备的净化是非常重要的一步，在主给水进入蒸汽发生器前应对其进行监督，不合格时应进行回收处理或排放。而目前的热力设备中高压加热器出口至蒸汽发生器入口管段中并没有回水管段或排放管段，因此应对其进行技术升级改造。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种保证机组启动过程中进入蒸汽发生器换热管内主给水品质，最大限度的降低蒸汽发生器换热管发生腐蚀、结垢风险的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***和方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，包括启动期间净化回路；
所述的热力设备包括蒸汽发生器和凝汽器；蒸汽发生器的蒸汽出口经汽轮机组连接凝汽器的输入端，凝汽器的输出端经供水回路连接蒸汽发生器的主给水端；供水回路上设置除氧器；
所述的启动期间净化回路包括连接在蒸汽发生器主给水端的一次门，以及设置在一次门后的三路管道；三路管道包括排放管道、第一回水管道和第二回水管道；排放管道末端连接至机组扩容器或热交换器，第一回水管道连接至凝汽器输出端，第二回水管道连接至除氧器入口。
进一步的，所述的第一回水管道经依次设置的减温减压器和连接管道与凝汽器的输出端连接。
进一步的，所述第一回水管道采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器的主管道的内径。
更进一步的，所述的连接管道采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，壁厚10mm，管道内径不小于第一回水管道的内径。
进一步的，所述的第二回水管道采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器的主管道的内径。
进一步的，所述排放管道采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器的主管道的内径。
进一步的，所述的三路管道通过三通方式连接或分三个独立管道的方式连接，三路管道上分别设置有二次门。
高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化方法，包括，
机组启动过程中，冷态冲洗时，主给水进入蒸汽发生器之前，若主给水水质不满足要求，通过排放管道从蒸汽发生器主给水入口管道直接回至机组扩容器/热交换器，或通过第一回水管道回收至凝汽器循环净化；
热态冲洗时，主给水进入蒸汽发生器之前，若主给水仅溶解氧含量不合格，通过第二回水管道从蒸汽发生器主给水入口管道回收至除氧器入口进行循环除氧至溶解氧含量满足要求后，进入蒸汽发生器；若主给水铁、硅、钠、溶解氧含量均不合格，根据含量大小选择通过排放管道从蒸汽发生器主给水入口管道直接排放至机组扩容器/热交换器或通过第一回收管道回收至凝汽器，通过连接在凝汽器输出端的凝结水精处理装置进行净化处理。
进一步的，冷态冲洗时，
当蒸汽发生器的入口取样点给水水样铁含量大于200μg/L时，通过排放管道排放至机组扩容器或热交换器；
当蒸汽发生器的入口取样点给水水样铁含量在100μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道回收至凝汽器继续净化处理；
当蒸汽发生器的入口取样点给水水样铁含量小于100μg/L时，进入蒸汽发生器进行冷态冲洗。
进一步的，热态冲洗时，
当蒸汽发生器的入口取样点给水水样铁含量大于200μg/L时，通过排放管道，临时排放；
当蒸汽发生器的入口取样点给水水样铁含量在50μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道回收至凝汽器继续净化处理；
当主给水铁小于50μg/L，溶解氧含量超过100μg/L时，通过第二回水管道回收至除氧器，进行化学除氧和热力除氧的循环除氧处理，使进入蒸汽发生器的主给水铁含量小于50μg/L，溶解氧含量小于100μg/L。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过增加从蒸汽发生器主给水入口管至机组扩容器或热交换器的排放管道，在机组冷态、热态冲洗时能够有效控制水质，防止不合格的水进入蒸汽发生器，降低蒸汽发生器的腐蚀、结垢风险；通过增加从蒸汽发生器主给水入口管至凝汽器的第一回水管道，能够保证机组启动冷态、热态冲洗过程中，对不合格的主给水进行循环净化处理，既能保证水质，降低蒸汽发生器的腐蚀、结垢风险，又可以节约水资源；通过增加从蒸汽发生器主给水入口管至除氧器入口管的第二回水管道，能够保证机组在各种启动工况下，进入蒸汽发生器的主给水的溶解氧满足要求，降低蒸汽发生器的腐蚀、结垢风险，从而能够提高机组冷态、热态冲洗质量，保证机组热态冲洗和循环除氧后，进入蒸汽发生器的给水无氧或低氧(溶解氧含量小于20μg/L)、给水中铁含量小于20μg/L，其他给水指标符合高温气冷堆机组运行期间的给水质量，可最大限度的降低因反应堆启动初期给水水质低于运行水质带来的蒸汽发生器的腐蚀、结垢风险。
优选的，通过在第一回水管道上设置具有降温降压功能的减温减压器方式，能将回水压力、温度调节到所需参数，有效保持管道出口处压力和温度值在一定的范围内。
优选的，通过采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢材质，且管壁厚度大于20mm，排放管道、第一回水管道和第二回水管道内径不小于连接蒸汽发生器的主管道的内径，降低回水管道的压力，减少回水管道的腐蚀以最大限度的降低进入热力***的腐蚀产物。
优选的，通过采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢材质，且管壁厚度10mm，连接管道内径不小于第一回水管道的管道内径，降低回水管道的压力，减少回水管道的腐蚀以最大限度的降低进入热力***的腐蚀产物。
本发明所述的方法，设计简单，易操作，管道连接可灵活多变，能够保证在热态冲洗过程中将进入蒸汽发生器的主给水铁含量降低至50μg/L，以下，溶解氧含量降低至100μg/L以下，而且可以继续满足更高给水品质要求，可大大降低蒸汽发生器腐蚀、结垢风险，对高温气冷堆核电机组的安全经济运行意义重大。
附图说明
图1为本发明所述净化***流程示意图。
图中：凝汽器1、凝结水泵2、凝结水精处理装置3、三号低压加热器4、二号低压加热器5、一号低压加热器6、除氧器7、给水泵8、高压加热器9、蒸汽发生器10、高压缸11、低压缸12、凝结水精处理出口加联氨点13、凝结水精处理出口加氨点14、除氧器下水管联氨加药点15、除氧器下水管加氨点16、高压加热器出口加联氨点17、蒸汽发生器入口取样点18、氦风机19、核反应堆20、机组扩容器或热交换器21、减温减压器22、第一回水管道23、第二回水管道24、汽水分离器25、放射性监测水池26、排放管道27、连接管道28。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，高温气冷堆核电厂二回路***包括依次连接的凝汽器1、凝结水泵2、凝结水精处理装置3、三号低压加热器4、二号低压加热器5、一号低压加热器6、除氧器7、给水泵8、高压加热器9、蒸汽发生器10、高压缸11和低压缸12，一回路为依次连接的核反应堆20、氦风机19和蒸汽发生器10。如图1所示，高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，包括设置在蒸汽发生器10入口管至机组扩容器或热交换器21的排水管道27，至除氧器7的第二回水管道24，至凝汽器1的第一回水管道23。
作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽发生器10入口管道至机组扩容器或热交换器21的排水管道27应为含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度应大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器10的主管道的内径。
作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽发生器10入口管道至除氧器7入口的第二回水管道24应为含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度应大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器10的主管道的内径。
作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽发生器10入口管道至凝汽器1第一回水管道23上应设置减温减压器22；位于减温减压器22入口前的第一回水管道23应为含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度应大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器10的主管道的内径；位于减温减压器22出口后的连接管道28应为含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，壁厚应在10mm左右，管道内径不小于第一回水管道23的内径。
作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽发生器10入口至机组扩容器或换热器21的排水管道27，至除氧器7入口的第二回水管道24，至凝汽器1的第一回水管道23连接方式为三通连接方式或各自独立的管道连接方式。
其具体工作流程如下：
1)机组冷态启动期间，冷态冲洗流程为：
(1)除盐水补入凝汽器1，启动凝结水加氨泵，提高***冲洗水pH至9.5～10.0；启动凝结水泵2，建立再循环。凝结水泵2出***铁量大于400μg/L时，由一号低压加热器6出口排放，同时向凝汽器1补水维持水位和循环。
(2)当凝结水泵2出水铁含量小于400μg/L，可向除氧器7上水。除氧器7水位正常后，启动再循环泵，循环冲洗；宜在此时投入辅助蒸汽加热***。在除氧器7到凝汽器1放水管道上接临时外排管道，将铁含量大于200μg/L的污水排放到废水储存池，合格后回收到凝汽器1，此时投入凝结水精处理装置3，进行水质净化。
(3)当除氧器7出口铁含量小于200μg/L，可以启动给水泵8向高压加热器9进水。当蒸汽发生器10的入口取样点18给水水样铁含量大于200μg/L时，应通过排放管道27排放；当蒸汽发生器10的入口取样点18给水水样铁含量在100μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道23回收至凝汽器1继续净化处理；当蒸汽发生器10的入口取样点18给水水样铁含量小于100μg/L时，可进入蒸汽发生器10进行冷态冲洗。
(4)蒸汽发生器10进水前在除氧器7出口的联氨加药点15开始加入联氨，加至给水中联氨浓度在200μg/L～500μg/L。蒸汽发生器10出水进入启停堆***的汽水分离器25，不合格冲洗水由汽水分离器25疏水管排放至放射性监测水池26排放管道排放；当汽水分离器25排水铁含量小于50μg/L时，通过汽水分离器25疏水管道回收至凝汽器1，实现循环冲洗。
(5)当汽水分离器25疏水排水铁含量小于30μg/L，二氧化硅小于30μg/L，氢电导率小于0.5μS/cm时，冷态冲洗完成。
2)机组冷态启动期间，热态冲洗流程为：
(1)冷态冲洗合格后，建立凝汽器1→凝结水泵2→三号低压加热器4→二号低压加热器5→一号低压加热器6→除氧器7→凝汽器1的第一水循环冲洗流程，除氧器7排水经过现有管道回收到凝汽器1。启动辅助锅炉，利用辅助锅炉蒸汽对除氧器7进行加热至170℃左右进行热态冲洗，并进行热力除氧。当除氧器7出水铁含量大于100μg/L时，应从凝汽器1回收水排放管道排放。
(2)当除氧器7出水铁含量小于100μg/L时，除氧器7排水经过现有管道回收到凝汽器1，并开始向高压给水***进水冲洗。同时启动联氨加药泵，向除氧器7下水管的联氨加药点15加联氨，至给水联氨含量在200μg/L～500μg/L，进行化学除氧。
(3)维持凝汽器1→凝结水泵2→三号低压加热器4→二号低压加热器5→一号低压加热器6→除氧器7→给水泵8→高压加热器9→凝汽器1的第二水循环冲洗流程和启动锅炉加热蒸汽，高压加热器9的出口经第一回水管道23、减温减压器22、连接管道28连接到凝汽器1。当蒸汽发生器10的入口取样点18给水水样铁含量大于200μg/L时，应通过排放管道27，临时排放；当蒸汽发生器10的入口取样点18给水水样铁含量在50μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道23回收至凝汽器1继续净化处理；当主给水铁小于50μg/L，溶解氧含量超过100μg/L时，应通过第二回水管道24回收至除氧器7，进行化学除氧和热力除氧的循环除氧处理，保证进入蒸汽发生器10的主给水铁含量小于50μg/L，溶解氧含量小于100μg/L。当蒸汽发生器10的入口取样点18给水水样铁含量小于50μg/L，溶解氧含量小于100μg/L时，可以向蒸汽发生器10、启停堆(汽水分离器25)***进水进行热态水冲洗。通过给水泵8再循环调节和变化冲洗流量，提高冲洗效果。
(4)蒸汽发生器10出水进入启停堆***的汽水分离器25，不合格冲洗水由汽水分离器25的疏水管排放至放射性监测水池26排放管道排放；当汽水分离器25排水铁含量小于30μg/L时，通过汽水分离器25的疏水管道回收至凝汽器1，实现循环冲洗。
(5)建立凝汽器1→凝结水泵2→三号低压加热器4→二号低压加热器5→一号低压加热器6→除氧器7→给水泵8→高压加热器9→蒸汽发生器10→启动汽水分离器25→凝汽器1大循环，进行热态循环冲洗，利用凝结水精处理装置3净化设备水质，使给水质量达到机组启动要求，完成机组热态冲洗。
(6)冲洗过程中应通过凝结水精处理出口加氨点14、除氧器下水管加氨点16加氨调节给水pH值，维持冲洗水pH值在9.5～10.0之间。通过除氧器7下水管的联氨加药点15向冲洗水中加入联氨，维持冲洗水中联氨200μg/L～500μg/L，以确保进入蒸汽发生器10中的主给水溶解氧含量小于100μg/L。
本发明高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化方法，如图1所示，机组冷态启动时，机组冷态冲洗过程中，当蒸汽发生器10入口给水铁含量大于200μg/L时，应通过至机组扩容器或热交换器21的排水管道27，临时排放；当蒸汽发生器10入口给水铁含量在100μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道23回收至凝汽器1继续净化处理；当蒸汽发生器10入口给水铁含量小于100μg/L时，可进入蒸汽发生器10进行冷态冲洗；
机组热态冲洗过程中，当蒸汽发生器10入口给水铁含量大于200μg/L时，应通过至机组扩容器或热交换器21的排水管道27，临时排放；当蒸汽发生器10入口给水铁含量在50μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道23回收至凝汽器1继续净化处理；当主给水铁小于50μg/L，溶解氧含量超过100μg/L时，应通过第二回水管道24回收至除氧器7入口，进行化学除氧和热力除氧的循环除氧处理，保证进入蒸汽发生器10的主给水铁含量小于50μg/L，溶解氧含量小于100μg/L。
本发明高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***和方法，通过增加蒸汽发生器10入口至机组扩容器或热交换器21的排水管道27，至除氧器7入口的第二回水管道24，至凝汽器1的第一回水管道23三路管道，第一回水管道23包括减温减压器22，确保机组在冷态启动、热态启动过程中进入蒸汽发生器10的主给水水质，大大降低了蒸汽发生器10的腐蚀、结垢风险。

Claims (10)

1.高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，包括启动期间净化回路；
所述的热力设备包括蒸汽发生器(10)和凝汽器(1)；蒸汽发生器(10)的蒸汽出口经汽轮机组连接凝汽器(1)的输入端，凝汽器(1)的输出端经供水回路连接蒸汽发生器(10)的主给水端；供水回路上设置除氧器(7)；
所述的启动期间净化回路包括连接在蒸汽发生器(10)主给水端的一次门，以及设置在一次门后的三路管道；三路管道包括排放管道(27)、第一回水管道(23)和第二回水管道(24)；排放管道(27)末端连接至机组扩容器或热交换器(21)，第一回水管道(23)连接至凝汽器(1)输出端，第二回水管道(24)连接至除氧器(7)入口。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，所述的第一回水管道(23)经设置的减温减压器(22)和连接管道(28)与凝汽器(1)的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，所述第一回水管道(23)采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器(10)的主管道的内径。
4.根据权利要求2所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，所述的连接管道(28)采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，壁厚10mm，管道内径不小于第一回水管道(23)的内径。
5.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，所述的第二回水管道(24)采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器(10)的主管道的内径。
6.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，所述排放管道(27)采用含铬大于0.15％的合金钢或不锈钢，管壁厚度大于20mm，管道内径不小于连接蒸汽发生器(10)的主管道的内径。
7.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化***，其特征在于，所述的三路管道通过三通方式连接或分三个独立管道的方式连接，三路管道上分别设置有二次门。
8.高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化方法，其特征在于，基于权利要求1至7任一项所述的净化***，包括，
机组启动过程中，冷态冲洗时，主给水进入蒸汽发生器(10)之前，若主给水水质不满足要求，通过排放管道(27)从蒸汽发生器(10)主给水入口管道直接回至机组扩容器/热交换器(21)，或通过第一回水管道(23)回收至凝汽器(1)循环净化；
热态冲洗时，主给水进入蒸汽发生器(10)之前，若主给水仅溶解氧含量不合格，通过第二回水管道(24)从蒸汽发生器(10)主给水入口管道回收至除氧器(7)入口进行循环除氧至溶解氧含量满足要求后，进入蒸汽发生器(10)；若主给水铁、硅、钠、溶解氧含量均不合格，根据含量大小选择通过排放管道(27)从蒸汽发生器(10)主给水入口管道直接排放至机组扩容器/热交换器(21)或通过第一回收管道(23)回收至凝汽器(1)，通过连接在凝汽器(1)输出端的凝结水精处理装置(3)进行净化处理。
9.根据权利要求8所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化方法，其特征在于，冷态冲洗时，
当蒸汽发生器(10)的入口取样点(18)给水水样铁含量大于200μg/L时，通过排放管道(27)排放至机组扩容器或热交换器(21)；
当蒸汽发生器(10)的入口取样点(18)给水水样铁含量在100μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道(23)回收至凝汽器(1)继续净化处理；
当蒸汽发生器(10)的入口取样点(18)给水水样铁含量小于100μg/L时，进入蒸汽发生器(10)进行冷态冲洗。
10.根据权利要求8所述的高温气冷堆核电机组热力设备启动期间净化方法，其特征在于，热态冲洗时，
当蒸汽发生器(10)的入口取样点(18)给水水样铁含量大于200μg/L时，通过排放管道(27)，临时排放；
当蒸汽发生器(10)的入口取样点(18)给水水样铁含量在50μg/L～200μg/L之间时，通过第一回水管道(23)回收至凝汽器(1)继续净化处理；
当主给水铁小于50μg/L，溶解氧含量超过100μg/L时，通过第二回水管道(24)回收至除氧器(7)，进行化学除氧和热力除氧的循环除氧处理，使进入蒸汽发生器(10)的主给水铁含量小于50μg/L，溶解氧含量小于100μg/L。
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