大亚湾核电站DEG冷水机组改造与优化

刘占盛，廖凯荣

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

1 改造背景

大亚湾核电站1号、2号核电机组DEG系统冷水机组采用的是SULZER离心式冷水机组，该机组使用的制冷剂为R12。根据我国政府环保政策的要求及国际环保公约的要求，该制冷剂应在2010年前停止使用。同时，根据DEG冷水机组自1994年投入商业运行以来的运行数据和维修记录，该机组的技术已较为落后、故障率高，已影响了大亚湾核电站核电机组的正常运行。为保证大亚湾核电站的安全、高效运行，DEG冷水机组的改造势在必行。

DEG冷水机组改造工程被大亚湾核电站列为十大改造项之首，可见对其重视程度。DEG冷水机组改造将按进度分阶段实施，改造要求在35 d的反应堆大修期间完成，为了将改造的风险降至最低，保证改造的顺利实施并保证实施后冷水机组及DEG系统的可靠运行,从而不影响电站的正常运行，我公司肩负着艰巨的任务与责任，同时也为我公司在已运行核电站的改造工程领域打开新的一页。

2 相关系统及主要功能[1]

核岛冷冻水系统（DEG）主要为核岛的通风系统提供冷冻水。

1DEG101GF/201GF/301GF：1号核电机组DEG冷水机组；

2DEG101GF/201GF/301GF：2号核电机组DEG冷水机组。

每个核岛设置3台50%容量的冷水机组，2台运行，1台备用。

（1）核岛设备冷却水系统（RRI）主要为DEG冷水机组提供冷却水。

（2）电气相关系统主要包括冷水机组供电：6.6 kVAC；中压开关柜，及控制箱380 VAC供电。电站正常运行时，冷水机组及控制箱由厂变经各级配电装置配电，当电站失去全部厂外电源时，由应急柴油发电机组供电。

（3）和主控相关的仪控相关系统，主要包括：

1）报警处理系统：

001/002/003AA 冷水机组综合故障报警。

2）主控制室系统：

101/201/301TL 循环水泵启停按钮；

102/202/302TL 冷水机组启停按钮。

3 冷水机组的技术参数

3.1 DEG冷水机组的主要技术参数[2]

结合大亚湾当地冬季环境温度和冬季RRI设冷水温度低的工况，要求冷水机组在各种运行工况下应具有10%～100%的容量调节范围和调节能力。

（1）制冷量：≥2 115 kW（运行工况一：冷却水进出机组的温度为35/40 ℃时）；

（2）制冷量：≥2 000 kW（运行工况二：冷却水进出机组的温度为40/45 ℃时）；

（3）压缩机电机额定功率：≤520 kW；

（4）设计寿期：40 a。

3.2 DEG冷水机组性能参数

DEG冷水机组性能参数如表1所示[3]。

4 改造方案

4.1 改造范围

本次改造包括冷水机组及与冷水机组相关联的冷冻水管道、冷却水管道、泄水排气管道及制冷剂超压排放管道。冷水机组安装位置如表2所示[4]。

4.2 冷水机组的改进与优化

大亚湾核电站DEG冷水机组改造工程制冷剂采用环保型冷媒：R134a，冷水机组采用秦山二期DEG系统的系列机型LC200H-6P，此机型是根据秦山二期核电站DEG系统的运行经验，在此基础上进行相关改进和完善，从而大大增强了冷水机组的性能和安全性。此次改造针对大亚湾核电站的特殊运行条件和工况，冷水机组在以下几个方面进行了改进和优化。

4.2.1 冷水机组低负荷运行的设计方案

为了确保改造后的冷水机组在低负荷(10%～20%的冷负荷)工况下，可以长期、安全、稳定地运行，针对实际的运行要求，冷水机组在以下几个方面进行了优化设计：

将可调导叶与壳体间的间隙由0.5mm减少至0.3mm；中心通径由原φ26mm减少至φ18 mm；各导叶之间的间隙由0.5 mm减少至0.2 mm；扩大了制冷量的调节范围。

（1）采用进口可调导叶与可调扩压器的联合调节方式，可以使机组的喘振工况点延后40%～50%，即冷负荷可在20%～100%的范围内进行调节。

（2）若达不到20%的冷负荷调节，则可采用流量部分旁通的办法来实现。旁通后的流量状态参数可达到正常进口状态参数，该过程由自动控制系统完成。最终可实现10%～100%的冷负荷的调节范围。

表1 DEG冷水机组性能参数Table 1 Performance parameters of DEG chillers

表2 冷水机组安装位置Table 2 Chiller installation site

（3）提高零部件的配合尺寸精度，关键的零部件配合尺寸由7级公差提高到6级公差。

4.2.2 针对不同的设冷水RRI工况冷水机组的运行方案

由于供给机组的冷却水即RRI设冷水在全年的运行中受气候的影响有不同的进水温度，因此为确保机组能够安全、稳定地运行，机组针对不同的冷却水工况采取了如下的方案：

（1）当冷却水温度为10～15 ℃时，若蒸发冷凝器间的压差过小时，冷媒泵将自动启动，为电动机、油冷却器提供冷却用冷媒。

（2）当冷却水温度为15～20 ℃时，主要是解决供给电动机、油冷却器所需冷媒的流量。使电机内部温度、机组的供油温度在允许的范围内。具体措施为：

1） 减少冷凝器冷却水流量，使冷凝压力提高。

2）正常运行时，电机、油冷却器是由单路管道供应冷媒。

3）当两条管路供给冷媒还不满足要求时，自动控制系统将根据供油温度开启冷媒泵进行供液。

（3）当冷却水供水温度为20～35 ℃时，机组能确保正常运行。

（4）当冷却水进水温度为40 ℃时，机组能确保正常运行。此时机组的设计会确保机组的运行工况远离喘振点。

4.2.3 冷水机组的控制系统

为了使冷水机组能在全年及在核电站要求的各种工况下正常运行，确保机组的冷负荷输出与实际负荷相匹配，机组的微机控制系统被设计成能够根据末端负荷的变化自动调节冷负荷的输出，使冷冻水的出水温度稳定在(10±0.5) ℃[3]。

4.3 机组与管道的减振与降噪

4.3.1 冷水机组的减振措施

为减少冷水机组的振动对楼板造成的影响以及降低噪声的传递，冷水机组设置橡胶减振装置。

4.3.2 管道的减振措施

在每台冷水机组的蒸发器、冷凝器进出口接管处设金属软管，用于减少机组的振动对管网造成的影响，同时避免噪声通过管道进行传递。

5 DEG系统的优化

5.1 RRI冷却水流量自动调节措施

5.1.1 改造原因

RRI105VN/205VN/305VN为气动开关阀，与冷水机组联锁启动，阀门本身没有调节功能，DEG制冷机在冬季低负荷工况下（如冬季大修期间）运行时因用户空调负荷低，设冷水温度在冬季为15 ℃左右，在此工况下因供水温度低，而最终造成冷水机组因冷凝压力低而跳闸，使冷水机组无法正常运行。

5.1.2 解决措施

在冷水机组机型选择上，已充分考虑冬季低负荷运行，同时冷却水温度低的工况，要求冷水机组在负荷10%以上、设冷水温度在10～15 ℃，可以正常运行。

措施一：调节RRI设冷水供给DEG系统的供水干管调节阀，在冬季低负荷工况，将调节阀开度调小，以维持冷凝器有足够的冷凝压力，从而确保冷水机组的安全运行。

措施二：将RRI设冷水供给DEG系统的三路供水支管上的隔离阀改为蝶式调节阀，此方案因此次改造中要通过这三个阀门进行系统隔离，故此次改造无法实施，只有允许DEG系统停运时才能实施此方案，在秦山二期扩建中已采用此种方式进行设冷水的调节，已满足冬季低负荷运行的工况。

5.2 1DEG201GF/301GF运行时电流偏差大整改方案

因集水器042管段的改造直接影响电站的运行，故此次DEG改造不包括这部分内容，在电站运行条件许可时再进行集水器042管段改造。

5.2.1 现状及实际运行参数

现状及实际运行参数如表3所示[1]。

1号核电机组DEG201GF/301GF运行时电流偏差较大，两台机组冷冻水流量（201/301GF）基本一致，根据制冷量计算公式：Q=C·M·ΔT，水流量和比热相同情况下，制冷量与进出水温差成正比。201G F进出水温差约3.1 ℃（12.6-9.5），301G F进出水温差约5.5 ℃（15.7-10.2）。301GF的机组出力比201GF大1.774 2倍，实际运行电流也比201GF大1.85倍（37 A/20 A），与现场运行数据吻合。

5.2.2 产生原因

产生的根本原因是冷冻水回水在集水器042管段混合不充分，导致供回水短路，致使制冷机出力不均衡，根据回水母管总流量664 m3/h，和集水器管道规格DN300（042－323.9），集水器断面流速2.52 m/s，此设计流速过高不满足要求。

表3 现状及实际运行参数Table 3 Status and practical working parameters

5.2.3 改造措施

将各制冷机冷冻水回水充分混合，使制冷机冷冻水入口温度一致，各制冷机负荷相同，才能根本解决此问题。具体措施如下：

改变集水器管道规格，根据《全国民用建筑工程设计技术措施/暖通空调·动力》第6.7.22节“分集水器的直径应按总流量通过时的断面流速（0.5～1.0 m/s）初选，并大于最大接口开口管径的2倍”，根据此要求，取断面流速1.0 m/s，经计算集水器管道规格DN500满足要求；同时为保证供回水管道不发生短路现象，进一步使冷冻水回水混合均匀，结合现场接管情况，应适当改变回水进入母管进口，使冷冻水回水充分混合[5]。

5.3 设冷水控制阀RRI*05VN延时关闭整改方案

5.3.1 改造原因

根据2DEG101GF现场调试结果，在现有逻辑控制下，冷水机组正常停运时，当机组停机信号发出的同时（此时机组并没有完全停运），发出冷却水控制阀关闭指令，因冷却水的失去会造成冷凝压力高压报警直接会造成机组故障报警而导致故障停机，同时因冷凝压力高压对冷水机组叶轮也会造成一定程度的损害。

5.3.2 解决措施

正确的停机顺序应为冷水机组停运，然后关闭RRI设冷水系统上的阀门DEG105VN，停运冷冻水循环泵，同时考虑到现场的可实施性，我方提出机组的停机信号从6.6 kV中压配电柜取，当冷水机组6.6 kV中压供电开关断开时，再发出冷却水控制阀RRI*VN关闭指令，这时机组已完全处于停运状态，不会造成冷凝压力高压报警而出现故障停机，从而避免了非正常停机。

6 改造的安全评价

6.1 DEG系统

DEG系统除安全壳隔离阀及贯穿件为安全2级外，其余没有安全级要求。此次改造范围不包括上述DEG系统的安全部分。因此，DEG系统冷水机组的改造不会对系统的安全性造成影响。

但是改造后的DEG冷水机组要求具有高度的安全性和可靠性，以确保核电机组的正常运行。DEG系统的全部丧失将会导致核电机组的冷停堆。

6.2 RRI系统

DEG冷水机组改造与设备冷却水系统相关部分管线的安全级为NC。在保证系统隔离措施完善的前提下，本改造不会对R R I系统产生不利影响。同时，在设备采购技术规格书中明确要求冷水机组冷凝器的阻力损失要小于原有机组的阻力，以避免对R R I系统的水力工况产生不利的影响。

6.3 制冷机改造实施后的安全评价

大亚湾核电站1号、2号核电机组制冷机改造目前已顺利实施完毕，目前全部改造后的制冷机组已投入运行，并且运行情况平稳，性能在原有基础上有了很大的提升。通过实际运行检验证明改造后的机组和系统运行可靠，性能参数满足我方的设计要求。

[1] 大亚湾核电站核岛冷冻水系统手册及相关设计文件、图纸[S].（Manual and related design documents,drawings of DEG System of Daya Bay NPP [S].）[2] 大亚湾核电站D E G系统改造设计采购技术规范，B版[S].（Design, Procurement and Technical Specifications for Renovation of DEG System of Daya Bay NPP, Version B [S].）

[3] 大亚湾核电站DEG制冷机组技术规格书，E版[S].（Technical Specifications of DEG Chilling Unit of Daya Bay NPP, Version E [S].）

[4] 大亚湾核电站工程设计手册[R].（Daya Bay NPP Engineering Design Manual [R].）

[5] 全国民用建筑工程设计技术措施/暖通空调动力[S].（Technical Measures for National Civilian Construction Engineering Design/Power Supply for HVAC [S].）