真空除氧器工作原理及运行方式在保压控制下运行说明？

真空除氧器工作原理及运行方式在保压控制下运行说明？

通过对核电站1号机组真空除氧器工作原理、内部结构、运行方式的研究，对真空除氧器保医控制策略的设计目的、适用工况、探测原理及实现方法等进行了深入地分析。总结了调试期间出现的问题及解决方案，在机组进行跳机不跳堆、甩50%负荷至汽轮机额定转速等典型瞬态试验时，对真空除氧器保压控制策略的响应次进行了全面验证，结果显示真空除氧器蒸汽压力控制平稳，相关经验具有一定的借鉴意义。

福建核电站一期建设4台百万kW级压水堆核电机组，采用中广核集团具有自主品牌的CPR1000技术,单机装机容量1089MW。工程采用成都日立机械设备公司销售的型号为GC-6000/GS-410淋水盘式单体卧式无头真空除氧器，真空除氧器总长48.5m,内径4.4m,总容积718m3,高工作压力0.86MPa,高工作温度178.1°C,低稳定运行压力0.17MPa,额定出力5982.5t/h。机组正常运行时，真空除氧器蒸汽流量维持在200t/h,真空除氧器采取定压与滑压相结合的运行方式。鉴于淋水盘式真空除氧器的结构特点，为防止损坏内部淋水盘，真空除氧器要求内部压降速率小于0.2MPa/min[1]o真空除氧器保压控制策略可以在机组甩负荷等瞬态工况下快速打开主蒸汽至真空除氧器压力调节阀，保证真空除氧器压力控制平稳，并降低由于真空除氧器压力下降过低造成主给水泵发生汽蚀的风险。

目前国内学者对大容量发电机组的真空除氧器选型及瞬态过程进行了大量的理论分析及仿真计算，但对核电机组真空除氧器瞬态工况下压力控制的实际应用、出现问题及解决方案研究较少。本文采用了真空除氧器压力设定值数字化的计算方法,将给定值直接作为真空除氧器甩负荷压力控制器的设定值输入，通过设定值的阶跃增加，甩负荷压力控制器快速控制主蒸汽至真空除氧器压力调节阀的开度，甩负荷压力控制器与正常压力控制器的输出相互跟踪，实现无扰切换。通过核电站1号机组启动试验期间进行的典型瞬态试验，获得了机组的实际瞬态响应数据，对试验情况进行了深入分析，对真空除氧器保压控制策略在数字化控制系统实现过程中出现的典型问题进行了及时处理。

1真空除氧器介绍

1.1真空除氧器工作原理

真空除氧器的基本功能是加热给水并去除给水中的氧和其他不凝结气体，保证向给水泵连续提供含氧量合格的给水，以大限度减少对蒸汽发生器、汽机及其热力系统中辅机、管道阀门等的腐蚀。真空除氧器热力除氧的原理是以亨利定律和道尔顿定律作为理论基础的，即任何一个容器内混合气体的总压力等于各种组成气体分压力之和⑶。在一定温度下，溶于水中的气体与自水中离析的气体处于动平衡状态时，单位体积水中溶解的气体量和水面上该气体的分压力成正比⑴。当给水被定压加热时，随着水的蒸发过程不断加强，水面上蒸汽的分压力逐渐升高，相应水面上其他气体的分压力不断降低。当水被加热到真空除氧器压力下的饱和温度时,水蒸气的分压力就会接近水面上的全压力，水面上各种气体的分压力将趋近于。从而溶解于水中的气体就会从水中溢出而被除去。

1.2真空除氧器正常运行方式

控制真空除氧器内的压力，一方面可以保证真空除氧器的除氧效果，为机组连续提供含氧量合格的给水。另一方面可保证主给水泵入口有足够的吸入压头,以防止主给水泵发生汽蚀。为提高经济效益,本机组真空除氧器采取定压和滑压相结合的运行方式，设计了辅助蒸汽至真空除氧器压力调节阀、主蒸汽至真空除氧器压力调节阀、真空除氧器抽汽逆止阀,2个主蒸汽至真空除氧器排放阀共同实现正常工况下真空除氧器的压力调节和事故工况下接受旁路系统排放的蒸汽，真空除氧器系统流程如图1所示。

主蒸汽系统S~真空除氧器抽汽逆止阀前压力机组启动初期无负荷期间，真空除氧器采用辅助蒸汽作为加热汽源，控制真空除氧器压力在0.143MPa；机组低负荷运行期间，采用主蒸汽经调节阀减压后作为真空除氧器的加热汽源，压力控制在0.17MPa；机组高负荷运行期间，机组功率在270MW时真空除氧器抽汽逆止阀前压力超过0.17MPa,主蒸汽至真空除氧器压力调节阀逐渐关闭，在机组功率超过300MW时，主蒸汽至真空除氧器压力调节阀完全关闭，至此真空除氧器由定压运行转人滑压运行,真空除氧器蒸汽压力随机组负荷在0.17至0.83MPa之间变动&此时系统能允许发生大为10%负荷的阶跃下降而不需利用新蒸汽来保持真空除氧器的压力⑹。

1.3真空除氧器快开控制及闭锁

当机组发生汽机跳闸等瞬态工况时,真空除氧器保压控制策略生效，主蒸汽至真空除氧器压力调节阀迅速开大,有效减小真空除氧器压力的下降速率。主蒸汽至真空除氧器排放阀作为旁路系统的4组阀门，下列任一条件满足时将受旁路系统快开信号的控制：反应堆跳堆且一回路温度比设定值高20P；机组功率＜50%、旁路系统处于温度控制模式、当发生短电网故障(2min内机组功率下降超过15%)未跳堆且一回路温度比设定值高14.9°C；机组功率＜50%、旁路系统处于温度控制模式、当核功率＞40%时发生跳机未跳堆且一回路温度比设定值高14.9P。为防止反应堆一回路过冷或排放蒸汽时高温导致真空除氧器损坏，当下列任一条件触发时，主蒸汽至真空除氧器压力调节阀及主蒸汽至真空除氧器排放阀将被闭锁打开，主蒸汽至真空除氧器阀门的闭锁指令优先于阀门快开指令及正常调节指令⑺：

反应堆跳堆延时50s后；一回路温度＜284P；真空除氧器水位＞0.8m；凝汽器到真空除氧器的给水丧失。

2真空除氧器保压控制策略实现

2.1保压控制策略的意义及原理

机组在300MW以上高负荷运行期间，真空除氧器处于滑压运行状态,真空除氧器压力跟随机组负荷的变化而变动。真空除氧器滑压运行带来的主要问题是:机组负荷变动时真空除氧器内水温的变化滞后于真空除氧器压力的变化。在负荷骤升时，真空除氧器压力较温度上升速度更快,导致除氧效果恶化。在负荷骤降时，高压缸排汽压力迅速下降，真空除氧器压力较温度下降速度更快，有损坏真空除氧器淋水盘的风险，并容易导致主给水泵汽蚀⑻。在真空除氧器选型、安装高度、主给水泵选型均已确定情况下，解决上述问题行之有效的办法就是快速投入新汽源，阻止真空除氧器压力持续下降。但仅靠主蒸汽至真空除氧器压力调节阀正常的PID调节已不能迅速将阀门开大维持真空除氧器压力在0.17MPa,真空除氧器压力将发生较大下降。通过检测真空除氧器抽汽逆止阀前压力下降速率的大小可准确判断机组是否处于甩负荷工况，逻辑如图2所示。

图2真空除氧器保压逻辑简图

图4真空除氧器压力设定值的时间函数

2.2真空除氧器压力设定值的形成

当控制系统检测到真空除氧器抽汽逆止阀前压力下降速率大于0.003MPa/s时，机组处于甩负荷工况，触发真空除氧器保压模式生效。此时记忆真空除氧器压力，延时45s后，在此基础上增加0.36MPa的偏置作为初始设定值。真空除氧器压力设定值在偏置生效后即以0.1MPa/min的速率下降，当设定值下降为0或真空除氧器抽汽逆止阀前压力比真空除氧器压力高0.016MPa时复位真空除氧器保压模式。真空除氧器压力设定值形成逻辑见图3。真空除氧器压力设定值的时间函数是根据机组热平衡图并通过瞬态仿真计算所得，见图4。通过对真空除氧器压力设定值的定量计算,计算结果直接作为甩负荷时真空除氧器压力控制器的设定值输入，可快速控制主蒸汽至真空除氧器压力调节阀打开一定开度，使新蒸汽快速进入真空除氧器,在满足现有真空除氧器压力控制系统基本性能要求的基础上，提高了真空除氧器压力控制的响应速度及控制精度。

真空除氧器压力实时值真空除氧器保压模式生效保压模式压力设定值

图3真空除氧器压力定值形成回路

2.3真空除氧器给水控制策略

结合机组的实际运行特性，机组在大于50%功率平台发生甩负荷或跳机不跳堆等工况50s后机组的给水温度将大幅下降,真空除氧器水位采用单回路控制的响应较慢将导致大量低温给水进入真空除氧器,使真空除氧器内压力迅速下降，大幅降低主给水泵的汽蚀余量。为配合真空除氧器保压控制策略的成功应用