核電廠冷凍機組排氣壓力過高原因分析范文

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《冷藏技術》2017年第4期

摘要：給出某核電廠電氣廠房冷凍機組特點和調試、運行實例，分析排氣壓力過高的原因，提出處理措施。實踐證明，這些措施有效減少了冷凍機組故障率。

關鍵詞：核電廠；冷凍機組；排氣壓力；分析

0前言

某核電廠電氣廠房冷凍水系統的功能是為主控室、電氣廠房、電纜層的通風系統所有冷卻盤管提供7℃左右的冷凍水，是通風系統唯一冷源。冷凍水系統一旦發生故障，電氣廠房溫度升高，影響主控室的相關儀表控制系統、配電盤等重要設備的穩定運行，最終會導致核電機組退防甚至停運，因此，冷凍水系統對核電廠的運行安全性有影響。冷凍機組是冷凍水系統的核心設備（圖1），一旦故障即導致冷凍水系統不可用。根據該廠冷凍機組長期運行情況，排氣壓力過高的故障發生頻率最高。通過對該故障原因的分析及總結，提出針對性處理措施。

1排氣壓力過高對冷凍機組的影響

冷凍機組壓縮機排氣口壓力稱為排氣壓力，排氣壓力接近于冷凝壓力，兩者之差就是管路的流動阻力，因此，制冷系統中常將冷凝壓力等同于排氣壓力。排氣壓力對冷凍機組的運行效果及影響最大。當機組排氣壓力過高達到保護定值，由高壓開關觸發冷凍機組跳機。故障報警跳機后，需消除故障，手動復位報警后機組才具備重新啟動條件。因此，定期檢查排氣壓力值，才能提前發現冷凍機組潛在故障，從而及時干預，避免因排氣壓力高跳機。目前國內核電冷凍機組普遍以R134a作為制冷劑。根據R134a飽和狀態的T—P曲線可知，冷凝壓力與冷凝溫度成正比，而冷凝溫度主要取決于冷卻介質的溫度、水質、流量及冷凝器結構形式等。假設整個制冷系統的蒸發溫度T0保持不變，而冷凝溫度由TK上升到TK。

2原因分析

結合國內核電廠冷凍機組調試及運行實際，排氣壓力過高的原因主要有6種。

2.1冷凝器結垢或堵塞

冷凝器的負荷是制冷劑熱流體通過熱交換器壁面傳向冷卻介質的換熱量。

2.2管路內積空氣等不凝性氣體

因為只有制冷劑能凝結在冷壁上，不凝性氣體仍將保持氣體狀態。在沒有對流時，空氣等不凝性氣體逐漸積聚在壁面附近。根據道爾頓氣體分壓定律P0=Pn+Pb。其中，P0為混合氣體的總壓，Pn為制冷劑的分壓力，Pb為不凝性氣體的分壓力。由于制冷劑凝結，靠近壁面的Pn要比其他地方小，所以向壁面方向制冷劑的分壓力Pn將連續降低，而且越接近壁面降低越快。不凝性氣體的分壓力Pb卻相反，越接近壁面則越高。由此可見，靠近壁面處的不凝性氣體濃度比較大，如把它看成一種不凝性氣體層，那么制冷劑氣體分子只能依靠擴散作用來透過該特殊層。由于不凝性氣體的存在，阻礙了制冷劑與冷卻水的換熱，直接導致冷凝器中的排氣壓力升高。當冷凝器管側的冷卻水回路內積不凝性氣體時，單位時間內與制冷劑氣體換熱的冷卻水量少，換熱效率低，冷凝效果差，也會導致排氣壓力升高。

2.3制冷劑充注量太多

向機組添加制冷劑時，如果填充過多，液體占據了有效的冷凝面積，制冷劑與冷卻水換熱能力減弱，排氣壓力也會升高。

2.4冷卻水水溫過高

與其他季節相比，夏季冷卻水溫度較高，冷卻水與制冷劑蒸汽的換熱能力下降，導致排氣壓力升高。

2.5高壓開關誤動作

出現“高壓開關跳脫”報警時，冷凍機組排氣壓力并不一定真實高，當高壓開關定值漂移，也可導致冷凍機組誤停。

2.6冷卻水流量異常

這是較容易導致冷凍機組排氣壓力高的情況。該冷凍機組的冷卻水源為RRI（設備冷卻水），當RRI流量不足時，冷卻水與制冷劑蒸汽換熱能力下降，最終與冷凝器結垢或堵塞相似，即冷凝溫度升高，最終排氣壓力過高而導致機組跳機。冷卻水回路上設有冷卻水流量調節閥，當冷卻水調節閥故障，如長期頻繁動作產生偏差，導致閥門IP轉換器和定位器不準，則閥門PID控制器上顯示的開度就可能與實際開度不一致，或者閥門自動調節失效，即閥門的壓力探測儀表不能準確探測冷凝器壓力，導致流量調節閥不能根據冷凝器實際壓力而動作，即冷凝器壓力失調。一旦冷凝器壓力增大，冷卻水流量調節閥不能根據實際需求開大閥門，就可能導致冷凝溫度升高、排氣壓力升高。另外，冷卻水調節閥為氣動閥，運行時處于自動控制狀態，如果中性點破壞也可能導致閥門失調，最終導致排氣壓力升高。

3處理措施

為了提高冷凍機組的運行穩定性，很有必要采取一些措施，迅速判斷排氣壓力過高原因，及時干預，避免冷凍機組跳機。

3.1冷凝器結垢或堵塞

為防止冷凝器結垢或堵塞造成機組排氣壓力過高，核電廠應定期清洗冷凝器，避免結垢或堵塞導致傳熱惡化。根據記錄的冷凝器清洗前后設備運行參數看，排氣壓力變化非常明顯。

3.2管路內積空氣等不凝性氣體

根據R134a飽和狀態下的T—P曲線圖可知，室溫（20℃）條件下冷凍機組內部均是正壓系統，外界空氣等不凝性氣體很難混入。但在機組停運檢修期間，抽真空后，外界的不凝氣體易混入冷凝器內部，采用將系統抽真空到-1kPa（表壓）并保持1h，能有效避免系統殘留空氣或不凝性氣體。另外，冷凍機組隨廠法蘭墊片為質量較差的石棉墊片，增加了不凝性氣體在冷凍機組抽真空期間混入的幾率。將機組自帶墊片更換為非石棉墊片，冷凍機組漏點減少，也能有效避免不凝性氣體混入。

3.3制冷劑充填充過多

國內某核電廠長期的實踐發現，改進制冷劑填充方法，即停機狀態下給機組充壓到300kPa，之后啟動冷凍機組，在線充制冷劑到排氣壓力值至850kPa后停止。可根據機組當前負荷補充制冷劑，避免因系統負荷低，填充制冷劑過多。夏季工況，為加強冷凝器的換熱能力，通過適當改變冷卻水在線，增大冷卻水流量，降低冷凍機組排氣壓力，保證了足夠的壓力波動裕量，提高了設備運行可靠性。

3.5高壓開關誤動作的處理措施

應先檢查儀表動作是否正常，排除高壓開關誤動作可能性。

3.6冷卻水流量異常

采用失電失氣狀態下全開的冷卻水調節閥，也能有效防止冷凝器突然失去冷卻水，排氣壓力過高而跳機。另外，為防止閥門在自動狀態下意外關閉，技術人員改變了冷卻水流量調節閥PID控制器設置，使閥門全關狀態也保留10%開度。這樣，即使閥門意外關閉，也始終能保證冷凝器內部有最小流量冷卻水，避免冷凝器完全喪失冷源、機組排氣壓力高跳機。在實際運行中發現，在正常運行范圍內適當地降低排氣壓力整定值，即當排氣壓力在（786～1300）Pa（表壓）靠近下限運行時，也能有效避免機組排氣溫度過高的情況。技術人員試驗發現，當冷凝器壓力整定值設為950kPa時，排氣壓力超過1300Pa（表壓）43次，跳機3次；當排氣壓力整定值設置為850kPa時，排氣壓力超過1300Pa（表壓）僅18次，跳機0次。通過試驗，最終將機組冷凝壓力整定在850kPa，排氣壓力最為穩定。

4結束語

電氣廠房冷凍機組穩定運行為主控室儀表控制系統、配電盤等重要設備的安全穩定運行提供了堅強保障。文章通過對壓縮機排氣壓力過高原因進行分析，針對國內某核電廠電氣廠房冷凍機組實際情況，采取了相應處理措施，如合理調整冷凍機組運行參數、改變系統在線、規范操作等，有效避免了冷凍機組排氣壓力過高故障，從而維持了冷凍機組的穩定運行。

參考文獻

［1］沈維道.工程熱力學［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［2］張為中.夏季機房空調機組排氣壓力過高原因分析［J］.通信電源技術，2009，22（s1）：66-67.

［3］中核集團核電秦山聯營有限公司.核電廠中級運行下冊（第二版）［Z］.2008.

作者：曾博文 單位：中核核電運行管理有限公司