CN106052414A - 凝汽器抽真空系统及凝汽器抽真空方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝汽器抽真空系统及方法。所述凝汽器抽真空系统包括一根抽真空环管、多根分别自凝汽器的壳侧引出的抽真空支管和接入抽真空环管的真空泵，抽真空支管均接入抽真空环管；在抽真空环管上，每两个相邻且连接至不同凝汽器的抽真空支管接入点之间，均设置有一组两个串联的真空泵隔离阀；每组的两个真空泵隔离阀之间均设置有一根与真空泵连接的真空泵抽气管；每根抽真空支管上均设置有一个支管隔离阀。与现有技术相比，本发明采用抽真空环管设计方案并在抽真空环管上设置真空泵隔离阀，因此能够与无母管的循环水泵配置方案相匹配，避免单台循环水泵停运工况下各凝汽器之间背压不平衡问题。

Description

凝汽器抽真空系统及凝汽器抽真空方法

技术领域

本发明涉及电厂的凝汽器抽真空领域，更具体地说，本发明涉及一种凝汽器抽真空系统及凝汽器抽真空方法。

背景技术

核电厂凝汽器抽真空系统的功能是在机组启动和运行期间，把随蒸汽进入凝汽器的不凝结气体和由大气漏入的空气抽走，建立和保持凝汽器真空，提高汽轮机组的经济性。凝汽器抽真空系统能有效地将凝汽器内不凝结气体排出，满足汽轮机在各种运行工况下抽真空的要求。

请参阅图1，在核电厂中，循环水系统通常采用两根独立的母管10向凝汽器12提供必需的冷却水流量，以保持核电厂的性能。循环水系统中的循环水取自厂区的取水渠，经过循环水泵14升压后流经并联的凝汽器12，最后通过排水渠排入海中。

请参阅图2，与图1所示循环水系统相对应的凝汽器抽真空系统通常采用母管制，即从各台凝汽器12A/B/C引出的抽真空管道汇聚到一根母管16后，连接三台并联的真空泵18A/B/C。在机组启动阶段，三台真空泵18A/B/C同时运行以便快速建立真空，在正常运行期间，通过一台或两台真空泵18A/B/C维持系统真空。

随着设计领域对循环水系统的优化，具有独立性好、结构简单、可靠性高、设备成熟度高、经济性好等特点的一机三泵无阀循环水泵配置方案，逐渐应用于大型核电项目中。请参阅图3，在采用一机三泵无阀循环水泵配置方案的循环水系统中，对于三壳体凝汽器机组来说，每台循环水泵20A/B/C分别对其中两台凝汽器12的单侧水室供水，因此，每台凝汽器12的双侧水室均由不同的循环水泵20A/B/C提供冷却水。3台凝汽器12的排水汇总到一条隧道后排向大海。但是，图3所示的循环水系统在单台循环水泵20A/B/C故障停运工况下，将有两台凝汽器12因失去一侧水室的循环水而背压升高，导致第三台凝汽器12壳体内背压相对较低，也就是造成三个凝汽器12壳体内的背压不一致，这将对凝汽器抽真空系统及凝结水系统的功能产生不利影响。

显然，对于采用一机三泵无阀循环水泵配置方案的三壳体凝汽器机组，如采用图2所示的母管制凝汽器抽真空系统，则当任何一台循环水泵20A/B/C停运时，由其供水的两台凝汽器12将失去一半冷却水，出现局部单边运行的情况。例如，循环水泵20C停运时，图2中由其供水的凝汽器12A的A1侧和凝汽器12B的B1侧将失去冷却水，同时对应的抽真空管线上的隔离阀V001A和V001B也将联锁关闭。此时，由低压缸排放至A1侧和B1侧的蒸汽将在压差的作用下流向A2侧和B2侧的管束进行冷凝，分离出的不凝结气体均汇聚到A2侧和B2侧的空气聚集区，并由真空泵18A/B/C排出。因此，当循环水泵20C停运后系统重新达到稳态时，凝汽器12A/B的背压将高于凝汽器12C的背压。当然，若停运的是循环水泵20A或20B，也会出现类似的三台凝汽器12A/B/C背压不平衡状况。

如本领域技术人员所知，当凝汽器间存在压差时，会导致背压较低的凝汽器壳体中出现不凝性气体积聚并造成其相应分压力上升，各凝汽器壳体内的压力最终会统一在背压最高壳体的压力水平上，并引起凝结水系统含氧量上升。根据道尔顿分压定律进行分析，如果将图2的凝汽器抽真空系统与图3的循环水系统共用，当一台循环水泵停运时，则凝结水含氧量将远远超过运行允许的限值10ppb。此外，由于凝汽器间存在压差，根据连通管原理，各台凝汽器热井的液位将不平衡，背压高的凝汽器热井液位相对较低，可能触发凝结水泵入口液位低报警甚至触发跳泵保护。

上述情况均会影响核电机组的正常运行，因此，确有必要提供一种能够解决上述问题的凝汽器抽真空系统及凝汽器抽真空方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够与无母管的循环水泵配置方案相匹配的凝汽器抽真空系统，并提供对应的凝汽器抽真空方法，以消除无母管循环水泵配置方案下，单台循环水泵停运时各凝汽器背压不一致的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种凝汽器抽真空系统，其包括一根抽真空环管、多根分别自凝汽器的壳侧引出的抽真空支管和接入抽真空环管的真空泵，抽真空支管均接入抽真空环管；在抽真空环管上，每两个相邻且连接至不同凝汽器的抽真空支管接入点之间，均设置有一组两个串联的真空泵隔离阀；每组的两个真空泵隔离阀之间均设置有一根与真空泵连接的真空泵抽气管；每根抽真空支管上均设置有一个支管隔离阀。

优选地，所述每根抽真空支管上还设置有一个与支管隔离阀并联的旁路球阀。

优选地，所述旁路球阀为可手动调节阀门开度的常开阀门。

优选地，所述真空泵隔离阀和支管隔离阀均为电动隔离阀，只有全开和全闭两种状态。

优选地，每一真空泵的入口还设置有气动的入口隔离阀。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种凝汽器抽真空方法，其采用上述任一段落所述的凝汽器抽真空系统；所述凝汽器抽真空系统具有母管制方式和单元制方式两种运行方式，通过控制各真空泵隔离阀和支管隔离阀的开闭状态实现两种运行方式的切换。

优选地，所述凝汽器和真空泵各有三台；机组启动时，三台真空泵全部投入运行，以母管制方式运行；正常运行工况下，三台真空泵中的一台或两台运行，维持机组背压；当为凝汽器提供的冷却的三台循环水泵中的一台故障停运、导致相应两台凝汽器的单个壳侧失去循环水时，关闭自凝汽器相应壳侧引出的抽真空支管上的支管隔离阀，并关闭抽真空环管上相应的真空泵隔离阀，将抽真空系统切换至单元制方式运行。

优选地，所述单元制方式包括快速模式和节能模式两种可选模式。

优选地，所述快速模式是当三台循环水泵中的某一台停运时，同时启动三台真空泵，并通过控制各真空泵隔离阀使真空泵以一一对应的方式对凝汽器进行抽真空。

优选地，所述节能模式是当三台循环水泵中的某一台停运时，只投运三台真空泵中的两台，第三台真空泵作为备用泵。

优选地，当在运的真空泵由于某种原因停运或是当凝汽器背压升高至某一设定值时，备用的真空泵将自动启动。

与现有技术相比，本发明凝汽器抽真空系统采用抽真空环管设计方案并在抽真空环管上设置真空泵隔离阀，能够灵活地实现抽真空系统母管制方式和单元制方式的切换操作，因此，能够与无母管的循环水泵配置方案相匹配，在单台循环水泵停运工况下，仅通过切换抽真空环管上的真空泵隔离阀，即可避免各凝汽器之间的背压不平衡，防止由此带来的凝结水含氧量高等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明凝汽器抽真空系统、凝汽器抽真空方法及其有益效果进行详细说明。

图1为一种已知的核电厂循环水系统的布置结构示意图。

图2为与图1中核电厂循环水系统相对应的凝汽器抽真空系统的布置结构示意图。

图3为另一种已知的核电厂循环水系统的布置结构示意图。

图4为本发明凝汽器抽真空系统的布置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图4，本发明凝汽器抽真空系统包括一根抽真空环管30、多根分别自凝汽器12A/B/C的壳侧引出的抽真空支管40和接入抽真空环管30的真空泵18A/B/C。

抽真空支管40的数量是凝汽器12A/B/C数量的两倍，分别自凝汽器12A/B/C的两个壳侧A1/A2/B1/B2/C1/C2引出，所有抽真空支管40均接入抽真空环管30。每一抽真空支管40上均设置有一个支管隔离阀V001A/B/C、V002A/B/C和一个与支管隔离阀并联的旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C。支管隔离阀V001A/B/C、V002A/B/C优选为电动隔离阀，只有全开和全闭两种状态。旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C为可手动调节阀门开度的手动阀门，是常开阀门。

需要说明的是，这些旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C是作为特殊情况下的备用调节手段，用于当三台循环水泵20A/B/C中的某一台故障停运，同时三台真空泵18A/B/C中有一台也故障未正常启动的情况下，或只需要启动两台真空泵18A/B/C的节能模式。上述两种情况下，由两台真空泵18A/B/C维持机组稳定运行，其中一台真空泵需要负责抽吸其中的两个凝汽器12A/B/C，此时通过调节旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C的开度，可平衡两台凝汽器的抽吸量，以使这两台凝汽器的背压达到平衡。上述工况属于非设计工况(同时考虑了循环水泵和真空泵故障，属于故障叠加，或节能模式，不作为正常设计工况)。与非设计工况相对地，在设计工况下，旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C为常开阀门，只要在机组调试期间设定好开度后一直保持常开即可。由于旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C的开度很小，流量可忽略不计，因此在设计工况下，循环水泵停运关闭相应抽真空支管40上的电动隔离阀时，无需对旁路球阀V009A/B/C、V010A/B/C进行关闭操作。

在抽真空环管30上，每两个相邻且连接至不同凝汽器12A/B/C的抽真空支管接入点之间，均设置有一组两个串联的真空泵隔离阀V003～V008；每组的两个真空泵隔离阀V003和V004、V005和V006、V007和V008之间均设置有一根与真空泵18A/B/C连接的真空泵抽气管180A/B/C。真空泵隔离阀V003～V008优选为电动隔离阀，只有全开和全闭两种状态。也就是说，真空泵18A/B/C的数量与凝汽器12A/B/C数量相同，且在抽真空环管30上，与每一真空泵18A/B/C的真空泵抽气管接入点相邻的两根抽真空支管40分别连接至不同的凝汽器12A/B/C，且每一真空泵抽气管接入点与相邻两个抽真空支管接入点之间均设置有真空泵隔离阀V003～V008。

每一真空泵18A/B/C的入口还设置有入口隔离阀(图未示)。入口隔离阀优选为气动隔离阀，其在下列两个条件完全满足时，才能联锁打开：1)相应真空泵已启动；2)隔离阀前后压差达到设定值。当真空泵停运后，对应的入口气动隔离阀保护性关闭。

在图示实施方式中，凝汽器12A/B/C和真空泵18A/B/C各有三台，抽真空支管40有六根，抽真空环管30上的真空泵隔离阀V003～V008有三组六个。图4的凝汽器抽真空系统是与图3所示的核电厂循环水系统配套使用的，以下将以图4和图3的配合使用为例，对本发明凝汽器抽真空系统的启动、运行和控制情况进行描述。

第一，启动及运行工况

机组启动时，三台真空泵18A/B/C全部投入运行，可缩短凝汽器12A/B/C建立真空的时间。正常运行工况下，三台真空泵18A/B/C中的一台或两台运行，维持机组背压。

在三台循环水泵20A/B/C全部运行的工况下，抽真空环管30上的真空泵隔离阀V008关闭，V003～V007均打开，系统以母管制方式运行。当三台循环水泵20A/B/C中的一台故障停运时，关闭相应抽真空支管40上的支管隔离阀以及抽真空环管30上相应的真空泵隔离阀，将抽真空系统切换至单元制方式运行。

真空泵18A/B/C抽出的不凝结气体汇流入抽真空环管30，并通过辐射监测后排入大气。

第二，阀门控制

抽真空支管40上的支管隔离阀V001A/B/C、V002A/B/C的控制方式为：当三台循环水泵20A/B/C中的某一台故障停运，导致相应两台凝汽器的单个壳侧失去循环水时，关闭自凝汽器相应侧引出的抽真空支管40上的支管隔离阀，并关闭抽真空环管30上相应的真空泵隔离阀，将抽真空系统切换至单元制方式运行。具体来说：1)当循环水泵20A停运时，凝汽器12B的B2侧、凝汽器12C的C2侧失去循环水，则关闭支管隔离阀V002B和V002C以及真空泵隔离阀V005、V007；2)当循环水泵20B停运时，凝汽器12A的A2侧、凝汽器12C的C1侧失去循环水，则关闭支管隔离阀V002A和V001C以及真空泵隔离阀V003、V006；3)当循环水泵20C停运时，凝汽器12A的A1侧、凝汽器12B的B1侧失去循环水，则关闭支管隔离阀V001A和V001B以及真空泵隔离阀V008、V004。

第三，真空泵的控制

每台真空泵18A/B/C有完全相同的顺序控制系统，操纵员可在主控室远程控制真空泵18A/B/C顺序启动或停运，出现下列任一情况都将引起在运真空泵的跳闸：1)气水分离器水箱液位低于设定值；2)真空泵的入口隔离阀延时未开；3)真空泵故障。

每台真空泵18A/B/C启动时，为保障泵的安全，需保证凝汽器抽气口至真空泵入口管道的通畅。因此，需对V001A/B/C、V002A/B/C、V010A/B/C、V011A/B/C、V003～V008共18个阀门的状态进行分析。由于旁路球阀V009A/B/C和V010A/B/C为手动常开阀，因此可认为支管隔离阀V001A/B/C、V002A/B/C的开关状态不影响抽真空支管40的隔离状态，仅对六个真空泵隔离阀V003～V008的状态进行分析即可。每个阀门都有开和关两种状态，六个真空泵隔离阀V003～V008就需要分析64种组合(2的六次方)，其中当V003和V004同时关闭时，真空泵18A不允许启动；当V005和V006同时关闭时，真空泵18B不允许启动；当V007和V008同时关闭时，真空泵18C不允许启动。

正常运行工况下，三台真空泵18A/B/C中的一台或两台运行，维持机组背压。当在运的真空泵由于某种原因停运或是当凝汽器背压升高至某一设定值时，备用的真空泵将自动启动。机组正常运行工况下，备用真空泵的启动顺序为：真空泵18A在运、18B和18C备用时，真空泵18B优先于真空泵18C启动；真空泵18B在运、18A和18C备用时，真空泵18C优先于真空泵18A启动；真空泵18C在运、18A和18B备用时，真空泵18A优先于真空泵18B启动。

第四，循环水泵停运时的凝汽器抽真空系统控制

第一种控制策略是快速模式，即当三台循环水泵20A/B/C中的某一台停运时，关闭自凝汽器相应侧引出的抽真空支管40上的支管隔离阀及真空泵隔离阀V004和V006(V008本就为关闭状态)，并同时启动三台真空泵18A/B/C(不管三台真空泵18A/B/C原来的在运和备用状态，直接全部启动)，使真空泵18A/B/C以一一对应的方式对凝汽器12A/B/C进行抽真空。上述快速模式的优点是：1)控制逻辑相对简单，仪控便于实现，且循环水泵20A/B/C停运工况下反应迅速；2)循环水泵20A/B/C停运工况下，能够实现每个凝汽器12A/B/C均对应一台真空泵18A/B/C的单元制运行方式。

第二种控制策略是节能模式，即当三台循环水泵20A/B/C中的某一台停运时，关闭自凝汽器相应侧引出的抽真空支管40上的支管隔离阀，只投运三台真空泵18A/B/C中的两台，第三台真空泵作为备用泵，备用泵可在在运泵故障或凝汽器背压上升时启动。为简化逻辑，规定此控制策略下选取备用泵的原则为：1)备用泵应优先作为抽气背压较高的真空泵的备用；2)备用泵应尽可能可作为其它两台真空泵中任意一台的备用。具体来说，三台循环水泵20A/B/C中的某一台停运时，备用泵和真空泵隔离阀的联锁动作如表1～3所示。

表1、循环水泵20A停运工况下，真空泵及真空泵隔离阀的动作

表2、循环水泵20B停运工况下，真空泵及真空泵隔离阀的动作

表3、循环水泵20C停运工况下，真空泵及真空泵隔离阀的动作

上述节能模式的优点是：1)三台循环水泵20A/B/C中的某一台停运工况下，只需投运三台真空泵18A/B/C中的两台，另外一台作为备用，增加系统的灵活性；2)只需同时投运两台真空泵，可降低真空泵的电耗，相对比较节能。

为了确认本发明凝汽器抽真空系统的优点和可行性，通过某常用仪控验证平台对其进行全面验证。该仪控验证平台以核电厂设计数据为依据，利用先进的仿真平台工具软件开发核电厂动态过程仿真模型，模拟150多个核电厂主要系统，6种电厂运行模式，具备15个电厂正常运行工况；并集成了数字化人机界面及仪控逻功能图，组成了闭环仿真系统，可以实现动态实时模拟核电厂的典型工况和瞬态，进行仪控系统验证及各工艺系统功能验证。

验证结果显示，本发明凝汽器抽真空系统在“1台循环水泵停运，真空泵正常投运(以及故障恢复过程)”、“1台循环水泵停运，真空泵未投运”、“1台循环水泵停运，甩负荷”等工况下，均不会因为凝汽器压力而导致停机事故出现，也不会因为凝汽器水位而导致停凝结泵事件出现。可见，本发明具有较高的可靠性，可有效避免单台循环水泵停运工况下凝汽器压力不平衡导致的凝泵跳泵、含氧量高等问题，使机组维持正常运行。

通过以上描述可知，本发明凝汽器抽真空系统具有结构简单、可靠性高、操作简便、节约能源等优点，具体来说：

1)真空泵进口母管采用抽真空环管方案并在抽真空环管上设置真空泵隔离阀，能够灵活地实现抽真空系统母管制方式和单元制方式的切换操作；

2)能够与无母管的循环水泵配置方案相匹配，可以有效消除无母管循环水泵配置方案下，单台循环水泵停运时各凝汽器背压不一致问题，防止出现凝结水含氧量高于运行允许值，防止凝汽器热井水位低触发的凝结水泵跳泵，从而大大降低了工程造价；

3)可根据运行情况采用快速模式或节能模式，也可在两种模式间切换，提高了运行操作的灵活性；

4)按照节能方式运行时，可节省真空泵的厂用电消耗。

易于理解的是，本发明凝汽器抽真空系统除了可以应用于核电厂，也可以应用于火电厂，尤其是百万级的核电厂或火电厂。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (11)

1.一种凝汽器抽真空系统，其特征在于：包括一根抽真空环管、多根分别自凝汽器的壳侧引出的抽真空支管和接入抽真空环管的真空泵，抽真空支管均接入抽真空环管；在抽真空环管上，每两个相邻且连接至不同凝汽器的抽真空支管接入点之间，均设置有一组两个串联的真空泵隔离阀；每组的两个真空泵隔离阀之间均设置有一根与真空泵连接的真空泵抽气管；每根抽真空支管上均设置有一个支管隔离阀。

2.根据权利要求1所述的凝汽器抽真空系统，其特征在于：所述每根抽真空支管上还设置有一个与支管隔离阀并联的旁路球阀。

3.根据权利要求2所述的凝汽器抽真空系统，其特征在于：所述旁路球阀为可手动调节阀门开度的常开阀门。

4.根据权利要求1所述的凝汽器抽真空系统，其特征在于：所述真空泵隔离阀和支管隔离阀均为电动隔离阀，只有全开和全闭两种状态。

5.根据权利要求1所述的凝汽器抽真空系统，其特征在于：每一真空泵的入口还设置有气动的入口隔离阀。

6.一种凝汽器抽真空方法，其特征在于：采用权利要求1至5中任一项所述的凝汽器抽真空系统；所述凝汽器抽真空系统具有母管制方式和单元制方式两种运行方式，通过控制各真空泵隔离阀和支管隔离阀的开闭状态实现两种运行方式的切换。

7.根据权利要求6所述的凝汽器抽真空方法，其特征在于：所述凝汽器和真空泵各有三台；机组启动时，三台真空泵全部投入运行，以母管制方式运行；正常运行工况下，三台真空泵中的一台或两台运行，维持机组背压；当为凝汽器提供的冷却的三台循环水泵中的一台故障停运、导致相应两台凝汽器的单个壳侧失去循环水时，关闭自凝汽器相应壳侧引出的抽真空支管上的支管隔离阀，并关闭抽真空环管上相应的真空泵隔离阀，将抽真空系统切换至单元制方式运行。

8.根据权利要求7所述的凝汽器抽真空方法，其特征在于：所述单元制方式包括快速模式和节能模式两种可选模式。

9.根据权利要求8所述的凝汽器抽真空方法，其特征在于：所述快速模式是当三台循环水泵中的某一台停运时，同时启动三台真空泵，并通过控制各真空泵隔离阀使真空泵以一一对应的方式对凝汽器进行抽真空。

10.根据权利要求8所述的凝汽器抽真空方法，其特征在于：所述节能模式是当三台循环水泵中的某一台停运时，只投运三台真空泵中的两台，第三台真空泵作为备用泵。

11.根据权利要求9所述的凝汽器抽真空方法，其特征在于：当在运的真空泵由于某种原因停运或是当凝汽器背压升高至某一设定值时，备用的真空泵将自动启动。