核电站冷水机组故障分析

核电站冷水机组故障分析

李斯亮 刘高

福建福清核电有限公司 福建省福清市 350300

摘要：在国内，许多电厂都是以核反应堆为动力，以取代常规的燃煤发电。核能发电厂采用核能发电，占地面积小，污染少，发电量大。期间为了保证核电站的安全、可靠和高效运行，需要将汽轮发电机，泵，冷却系统等设备融入到核电站建设中，进而更好地提升核能发电的整体效率。冷水机组为核电厂运行提供冷源，进而更好地确保核电厂的工作性能以及安全性能。正由于冷水机组在长期高负荷的情况下运行，使其出现故障的概率上升。因此切实针对其故障问题做好检修工作，将能够为促进其可持续性运行奠定良好基础。

关键词：核电站；冷水机组；故障；检修

引言

核电站采用核反应堆产生热量，取代了传统的锅炉供热方式，极大地推动了电厂的发展。除了核反应堆之外，核电厂还需要很多关键的设备，如：主水泵、稳压器、蒸汽发生器、安全壳、汽轮机、以及各类制冷装置。而在这些设备中，核电厂的冷水机组是运行的关键，期间需要切实针对其运行过程中存在的故障问题提出相应的检修策略。

1核电站冷水机组的工作原理

核电站冷水机组是一种具有封闭性的冷却水循环。它的作用是将电力工厂各个通风管道中的热量，经冷水机组传导至冷却水系统带走。电气厂房冷水机组主要用于主控制室空调系统、电气厂房主通风系统和电缆层通风系统。该系统能够将低温低压冷媒气体压缩成高温高压气体。高温高压气体在冷凝器内进行换热，使冷却水凝结成高温高压液体。高温高压液体通过电磁膨胀阀形成低温低压液体，低温低压液体通过蒸发器蒸发成低温低压气体。这四个步骤在相互循环过程中改变发电过程中的介质以及形态，进而更好地确保核电站运行的平稳性。期间核电站冷水机组中的冷媒主要从压缩机依次通过油分离器，冷凝器，电池膨胀阀，蒸发器，再进入压缩机，以此达到散热制冷的效果。

2核电站冷水机组故障分析

以下列举几起核电站冷水机组发生故障的过程，并对其处理结果和发生原因进行分析。

2.1 冷凝器故障问题及解决措施

首先，第一次冷水机组故障是发生在汽轮机入口水腔的冷凝器，因其内部有残余杂质，阻塞了换热器的换热管，致使换热管出现冰冻，水进入冷却液系统，造成压缩机湿气压缩，从而损坏叶轮。第二次冷水机组故障是由于冷却器内部的冷却液过量而造成的，造成了叶轮的损坏，以及压缩机的轴承损坏。通过对事故产生的原因进行了详细的分析，发现在首次事故中，压缩机和轴承供油回路中均含有少量杂质，当系统压力很小时，冷却装置的保护开关发生故障，冷水机组的冷却部件系统因长时间不清洁而变脏，而且腐蚀非常严重。

期间将需要采用高稳定性、高耐磨的物理材质，对原有的轴承座底面进行清洗、喷漆，以保证轴承间的完全接合，从而避免了轴承间的异心。采用液体制冷剂，清洗系统，并在内部设置过滤器，防止杂质进入系统。根据严格的要求，对机组各系统的润滑特性进行检查，发现不正常应立即进行处理。同时，检查各个系统的各个开关有无故障，如果出现故障，应立即进行处理，同时对系统中的冷却液进行更换，以避免老的制冷剂对系统的运行产生不利的影响。

2.2 管道堵塞故障问题及解决措施

由于存在外来物质的阻塞，致使导热管出现冻结，导热管膨胀，湿气渗入压缩机，形成高温压缩破坏压缩机的叶轮。另外一些事故是因为冷却器中的冷却液过多而引起的，从而破坏了压缩机的轴承，进而使得压缩机的叶轮受到破坏。通过对故障的全面分析，得出了压缩机的进料装置和轴承的润滑系统中含有杂质，而在系统压强的情况下，由于冷却装置的保护开关不能有效地防止外来物质进入管道，造成堵塞。而且如果长期不清洁的话，就会出现腐蚀现象，甚至会导致管道的穿孔。

在此过程中，必须对故障的成因进行分析，并制订出相应的维修计划。具体来说，在压缩机轴承上喷涂高强度的耐磨剂，以确保轴承表面的粘接强度，防止轴承转动不均匀，从而导致轴承的疲劳失效。在主要管道的交界处设置一个过滤器，以避免外来物质侵入管道，导致堵塞问题的出现。其次还需要定期清洗冷凝器等冷冻机的主要设备和管理，以防腐蚀，如果出现腐蚀情况，应及时更换，避免对压缩机等重要设备产生更大的损失。

3核电站冷水机组的状态调整

在对冷水机组进行各种故障排除后，对机组的各种性能参数进行了重新整合、设定，其调试过程由四个部分组成。

（1）冷水机组热力膨胀阀的调整。在蒸发器与浮球阀之间的管道上，设置一种带有测量压强和压差的压力计，来观测压差的变化。同时，利用膨胀式加压阀，调节冷水机组的凝结压力，使其与前一排管路水平相同，并适当调节膨胀阀。

（2）压缩机气封压力的调整。调节内六角阀，使压气机的密封压力达到对应的水平，一般情况下，其密封压力比汽化压力高0.41-0.16MPa。

（3）冷水机组的叶轮平衡压力的调整。在压气机叶轮运转时，由于制冷剂的轴向产生了很大的压力，所以必须调整叶轮的轴向压力，从而使叶轮的前、后两个压力保持在一个平衡状态。而在压气机的一侧，则有一个测量点，可以通过压气机的有机液阀来完成这一调整，一般地，使得叶轮的平衡压力比汽化压力高0.02-0.04MPa。

（4）压缩机润滑油流量的调整。首先，要找到对应的压缩机的润滑油流量，以及在不同的润滑点之前节流前后的压力差异。同时，在冷却器润滑油泵出口侧通阀门的开度，可以调节冷却器内润滑油的流量。

4 核电站冷水机组存在的问题与改进措施

4.1 根据冷凝压力调整冷却水流量

因为设计者在研制、调试冷水机组时，并未增加其冷却水流量的电动阀门，所以，冷却水的流量无法随冷凝压力而自行调节，必须人工调节，冬季到来时，冷却水的温度会降低，冷水机组内的凝结压力也会随之减少，造成冷水机组的汽化压力增大，从而造成冷水机组的停机。鉴于此，必须采用人工调整的方法，即在冷却水温度较低时，将冷却器组内的凝结压力设定为0.8MPa，虽有一定的调整效果，但无法从根本上解决问题，因此在冷水机机组的制造中，增加水流量自动控制系统，对解决核电站冷水机组故障问题具有重要的意义。

4.2 调节制冷剂节流膨胀阀的开度控制系统

核电站冷水机机组的节流形式仍然是机械节流，这种节流方式不仅不稳定，而且受冷水机组的各种压力影响，在调整时也有很大的问题。为此，提出将膨胀阀改为电动机控制，增加液面传感器，防止膨胀阀的缺陷，保证调整程序的可靠性。

4.3 解决制冷剂系统的环保问题

众所周知，氟里昂对大气中的臭氧层具有很强的杀伤力，所以冷水机组中的制冷剂更新也是迫在眉睫的，在核电厂面临着冷水机组更新换代的情况下，可以采用替换整组冷水机组的方法，通过更换制冷剂R134a、压缩机叶轮、加速齿轮、密封材料、冷却机组的润滑油，从而降低了制冷装置对环境的不利影响。

4.4 机组与管道的减振与降噪

在冷水机组中的相应部位，安装有橡胶材质的阻尼装置，在汽化器和冷凝器的入口处安装有金属软管，以减少振动时的噪音，防止噪音透过管子的介质扩散。

结束语

总而言之，冷水机组在我国核电站运行建设的过程中具有重要作用，其能够更大限度上降低机组的安全事故发生概率，进而为促进我国核电站的稳定运行奠定良好基础。其中由于冷水机组在长时间、高强度的运行过程中，极易导致故障问题的出现，维修人员需要切实从故障问题出现的因素着手，切实对冷水机组中的各类性能做好监测工作，以期能够更快解决机组运行中的问题，进而为推动核电站的可持续性运行奠定良好基础。

参考文献

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