蒸汽发生器水位控制原则及操作要点总结分析

蒸汽发生器水位控制原则及操作要点总
结分析
摘要：福清核电机组属于M310型，其蒸汽发生器采用立式蒸汽发生器（目
前国内只有田湾核电采用卧式蒸汽发生器），立式蒸汽发生器的水位可控制范围
裕度小，相对来说，其水位控制是运行操作的难点也是关键点，目前机组停机停
堆原因分析中蒸汽发生器的水位可控制异常占了很大比例，因此对于蒸汽发生器
水位控制对于运行人员来说就显得尤为重要了，蒸汽发生器水位控制随机性很大，难度也很大，但对于蒸汽发生器水位控制也是有其原则及操作要点的，这篇文章
主要内容就是分析和总结蒸汽发生器水位控制的原则及操作要点。

关键字：蒸汽发生器；水位控制；原理；操作要点；总结
引言
相福清核电厂1、2号机采用M310机组，其核岛蒸汽发生器为立式蒸汽发生器，立式蒸汽发生器的特点是宽窄量程范围内的水装量很小，导致其水位调节裕
量减少，运行人员对蒸汽发生器的这一特点要有所了解，只有对立式蒸汽发生器
的结构特点了解了，运行人员在蒸汽发生器水位实际控制过程中才能够做到心中
有数，蒸汽发生器水位控制是运行业内的难点也是日常工作的重点，我们运行人
员能否对控水位调节的操作要点，以及水位控制的一些基本原则熟知，显得尤为
重要，该文主要为大家介绍了蒸汽发生器的结构特点，蒸汽发生器水位控制原则
以及操作要点的总结，目的就是能够在日后的运行活动中，有能力，有依据在异
常瞬态时完成蒸汽发生器水位的控制，确保机组的稳定运行。

1.蒸汽发生器基本结构及参数特点
1.1蒸汽发生器基本结构
福清核电机组属于M310型，其蒸汽发生器采用立式蒸汽发生器（目前国内只有田湾核电采用卧式蒸汽发生器），为了便于数据分析及其根据其内部结构，可将蒸汽发生器分为上段、过渡段、下段三部分，具体见下图：
上段由于安装有汽水分离器而导致横向截面积相对较大；
下段位于U形传热管处，截面积很小；
过渡管处于上段和下段之间，形状如锥形。

从结构上可以看出，蒸汽发生器正常运行液位范围处于截面积相对较大的上段区域内。

1.2蒸汽发生器参数特点
根据大修期间蒸汽发生器充水时的实时数据，蒸汽发生器二次侧（锥形段以下）自由空间横向截面积约为3.4㎡，上段（锥形段以上）自由空间横向截面积约为12m³。

由此可蒸知汽发生器正常运行范围内的水容积很小，粗略计算出正常运行范围（窄量程±0.9m）内水容积为1.8mx12㎡≈22m³（+1.8m到-1.8m的容积仅有约50m³）。

如果汽水失配流量达到100m³/h不干预13.2min就会触发蒸汽发生器水位高/低±0.9m触发相应保护动作。

而实际情况是出现异常情况汽水失配流量远远不止100m³/h，也就是说异常情况下，RO干预SG水位的时间裕度更小，因此SG水位控制是二回路操纵员的工作重点也是机组技术问题的难点。

1.2.1汽发生器水位与汽水失配的关系
模拟机实际模拟汽水失配流量100m³/h时保护动作的时间关系曲线，经过模拟，大约4min左右触发液位低（-1.26m）反应堆停堆。

蒸汽发生器水位（-1.26m）
汽水失配流量（100m³/h）
水位从0m下降至-1.26m所需时间
2.蒸汽发生器水位调节与APA转速的关系及相关控制原理
2.1蒸汽水母管压差与蒸汽发生器水位调节的关系
汽水母管压差就是蒸汽发生器给水母管与蒸汽母管的压差，其取自
XARE001MP、XARE002MP、XARE003MP的MEAN（平均值）。

蒸汽发生器水位调节的执行机构就是ARE给水流量调节阀（主调节阀和旁路调节阀），其控制进入蒸汽发生器的水量，进而控制蒸汽发生器的水位，然而我们蒸汽发生器水位整定值根据负荷变化而变化，因此要求ARE给水流量调节阀具有很好的调节性能，我们知道调节阀的调节性能取决于其阀门前后压差，只有压差在该阀门设计范围内，其开度变化才会与流量相对应，而我们APA转速控制系统就是来保证ARE给水流量调节阀前后压差在要求的范围内，即汽水母管压差保持随负荷变化的曲线，保证ARE给水流量调节阀调节特性，控制蒸汽发生器水位在要求范围内，因此，我们要知道一个原则，蒸汽发生器水位控制绝不仅仅是蒸
汽发生器水位调节系统独立能够完成的，必须要有APA转速控制系统来保证，APA转速控制系统也是蒸汽发生器水位调节的前提，二者密不可分。

在某机组上出现过操纵员在控制蒸汽发生器水位时，只关注ARE给水流量调节阀的调节，未关注汽水母管压差的变化是否在要求范围内。

例如，当前机组状态是APA转速控制由于主蒸汽隔离阀关闭了而切到手动，突然蒸汽发生器水位下降，操纵员自然会想到赶紧开大ARE给水流量调节阀来增加进入蒸汽发生器的给水流量，但是在开大阀门过程中发现给水流量并未按照我们的预期而增大，这时想到增加APA转速，增大汽水压差，但这时候给水流量突变增大，最终导致汽发生器水位失控而触发保护动作。

这其中的问题就是在于，阀门开大过程阀门的前后压差下降，阀门失去了调节性能，不能满足开度与流量的关系，自然就无法满足汽发生器的供水需求，导致触发保护动作。

得出来的结论就是：APA转速控制是SG水位控制的前提，进行SG水位控制时不能离开对APA转速控制的监控。

2.2蒸汽发生器水位调节原理及APA转速调节原理
SG水位调节是通过改变阀门开度控制进入SG的给水流量来控制SG的水位在要求范围内，正常给水回路设置两条并列的管线，事故给水由ASG提供，水位调节人为手动控制。

ARE大阀用于高负荷运行工况，ARE小阀用于低负荷及启停阶段的运行工况。

具体水位控制原理文字描述如下：
由汽机进汽压力代表的汽机功率、由冷凝器排放信号代表的冷凝器排放功率及由除氧器排放信号代表的除氧器排放功率相加，得到代表二回路总功率的信号P2。

函数发生器GD1，将P2转换为水位设定值H设。

水位实测值H测与设定值H 设比较产生水位偏差e。

e乘以由给水温度Ｔ经函数发生器GD3转换的变系数K，以提高调节系统低负荷稳定性。

经过修正的水位偏差信号e输入至水位调节器。

水位调节器为比例积分微分调节器。

积分作用可以消除水位静差，微分作用可以提高调节速度。

水位调节器的输出信号Ｑ设、流量失配信号Ｑ失＝Ｑ汽－Ｑ水同时输入至流量调节器。

在流量调节器中按下式产生流量偏差信号e流：
e流＝Ｑ汽－Ｑ水－Ｑ设＝(Ｑ汽－Ｑ设)－Ｑ水
其中(Ｑ汽－Ｑ设)即为流量调节器的给水流量整定值，Ｑ水为给水流量实测值。

流量调节器是比例积分调节器。

当负荷大于20%时，旁路调节阀全开。

蒸汽流量代表二回路负荷经函数发生器生成随负荷变化的给水母管和蒸汽母管压差整定值，与ARE001MP测量值比较，产生的偏差信号输入调节器，生成APA 泵的转速整定值，用于控制APA泵转速，保证给水母管和蒸汽母管压差与整定值一直，保证ARE给水调节阀前后压差满足要求，实现其调节性能。

事实上，在维持调节阀的压降恒定不变的情况下，给水母管与蒸汽母管之间的压差随负荷变化而呈抛物线变化，作为近似，可以一条折线来表示，如上图所示。

给水母管和蒸汽母管的总压降ΔΡ由四部分组成：
式中，——给水泵出口与蒸汽发生器给水进口之间的位差，是恒定值；
——调节阀压降，应保持恒定；
——蒸汽发生器二次侧的压降，随负荷而变。

——蒸汽管线和给水管线内的压降，随负荷而变。

1）蒸汽发生器水位控制原则及操作要点
根据同行电厂近年来的运行经验及自己的总结归纳出如下几条汽发生器水位控制原则：
2）手动调节SG水的核心要点是控制汽水偏差，避免偏差超过100t/h
简要分析：SG水位异常的最根本原因就是汽水不平衡，SG正常水位区间的容积很小，从+1.8m到-1.8m的容积仅有约50m³，截面积约为12㎡，可想而知，过大的汽水偏差极易产生水位低低或高高的瞬态。

干预SG水位时，尽快调节给水流量等于蒸汽流量（还要考虑APG排污流量，因为在低负荷时该流量占总流量的比例很大）防止SG水位继续恶化，而不是尽快将SG水位调整到整定值。

在此
基础上，可以适当增加汽水流量偏差，当不建议超出100t/h（1.3小节已经阐述事实，模拟机实际验证），如果超出此范围，操纵员的有效干预时间会很短。

3）特殊情况，尽量避免将APA转速控制置于手动
简要分析：APA转速自动控制系统能够将汽水压差控制在目标值，保证ARE 阀门的压差在要求范围内，如果操纵员将APA转速控制置于手动，也就意味着操纵员要替代转速调节器来保证汽水母管压差，相关电厂实际经验反馈已经证明这是不可行的（红沿河、岭澳都有过该经验反馈），具体论述2.2小结中的APA转速控制部分已经论述。

4）ARE大小阀在任何时候都要保证同在手动或自动
简要分析：进行手动干预ARE阀门操作时，应遵循“亮大灭小”的原则，低负荷指示灯ARE401KS灯亮时，先将大阀置于手动，然后将小阀置于手动；低负荷指示灯ARE401KS灯灭时，先将小阀置于手动，然后将大阀置于手动。

可有效避免复制回路对阀门的影响，关于复制回路的功能描述，保证在手动切回自动的时候避免ARE调节阀在切换瞬间产生开度扰动，如果仅仅将ARE大小阀中一个阀门置于手动调节，那么在调节过程将会引起在自动状态的而阀门产生扰动（复制回路在上述SG水位原理图上有所描述）。

5）干预SG水位期间，保持功率稳定，尽量避免同时引入多种干扰因素
简要分析：功率保持稳定，也就是维持蒸汽流量基本不变，只通过改变给水流量来调节汽水流量偏差，已达到控制SG水位的目标，且调节给水流量时，避免同时调节给水泵转速和阀门开度
结束语
本文主要介绍该文主要为大家介绍了蒸汽发生器的结构特点，对蒸汽发生器水位控制原则以及操作要点进行了分析总结，在日后的运行活动中，对蒸汽发生器水位的控制有了一定的理论处理原则，以便对蒸汽发生器水位控制有理有据，处变不惊，确保机组的稳定运行。

从某种角度来说，本文对蒸汽发生器水位的探讨学习有重要意义，关于蒸汽发生器水位控制是运行岗位的工作重点也是技术难
点，蒸汽发生器水位控制的掌握是需要日常的积累，后续我也会对此技术要点重点学习。

参考文献
[1]中广核运营培训中心,《操纵员技能提升培训教材》
[2]附件福清核电有限公司,《高级运行培训教材》
[3]科技传播,《调节阀调节特性因素分析》
[4]西北大学出版社,《工程热力学》
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