旋膜式除氧器给水除氧系统在核电厂的使用运行 

      旋膜式除氧器给水除氧系统在核电厂的使用运行，给水旋膜式除氧器系统是二回路热力循环中的重要组成部分，同时也是二回路水质控制的关键设备。该系统的正常运行对电厂的安全经济运行有着重大意义。对二核电厂给水旋膜式除氧器的工作原理作了简要介绍；并阐述了在机组运行期间旋膜式除氧器水位和压力的控制。
     二核电厂给水旋膜式除氧器系统是二回路主要热力循环中的一个重要组成部分。该系统接收低压加热器系统供给的初步升温的给水，经本系统加热除氧后，送往主给水系统，再经高压加热器系统加热达到要求温度后，送往核岛蒸汽发生器。在机组正常运行时，本系统所需的加热蒸汽，由汽轮机LP1和LP2低压缸2级后抽汽供给。采用的是基于热力方法分离活性气体的卧式喷雾淋水盘式热力旋膜式除氧器。电厂实际运行经验表明，越是高参数、大容量机组，除氧设备及除氧效果要求越高。
     旋膜式除氧器采用了喷雾除氧段和淋水盘式深度除氧两段除氧结构，具体结构如图1和图2所示。当凝结水进入旋膜式除氧器后，进水分两路均匀地进入旋膜式除氧器上部的两个独立水室，在两进水室的长度方向各均匀布置了125只16T/h的恒速喷嘴。因凝结水的压力高于旋膜式除氧器的汽侧压力，水汽两侧的压差△P作用在喷嘴上，使凝结水在喷嘴中喷出，呈现一个圆锥形水膜进入喷雾除氧段空间，在这个空间中逆向流动的过热蒸汽与圆锥形水膜充分接触，迅速把凝结水加热到旋膜式除氧器压力下的饱和温度，绝大部分的非冷凝气体均在喷雾除氧段中被除去。穿过喷雾除氧空间的凝结水喷洒在淋水盘箱上的布水槽钢中，布水槽钢均匀地将水分配给淋水盘箱。淋水盘箱由多层一排排的小槽钢上下交错布置而成，凝结水从上层的槽钢两侧分别流入下层的槽钢中一层层地交错流下去，使凝结水在淋水盘中有足够停留时间且与蒸汽接触使热交换面积达到大值。流经淋水盘箱的凝结水不断再沸腾，凝结水中剩余的非冷凝气体在淋水盘箱中被进一步去除，使凝结水中含氧量达到要求，故该段称为深度除氧段。在喷雾除氧段和深度除氧段中被除去的非冷凝气体均通过旋膜式除氧器上部设置的8根排气管排向凝汽器或大气。溶解氧含量达到要求的除氧水也即给水从旋膜式除氧器出口管流入旋膜式除氧器水箱(贮存段),以满足蒸汽发生器随时对给水的需要。
图2旋膜式除氧器截面示意图
旋膜式除氧器水位控制
     旋膜式除氧器水箱要求保持定水位运行，在汽机负荷在0~100%Pn范围内，旋膜式除氧器水位始终维持在约水箱中心线以上550mm。水位控制的目的就是通过调节进入旋膜式除氧器的凝结水流量来维持旋膜式除氧器水位。
     旋膜式除氧器的水位控制是通过旋膜式除氧器水位调节系统对调节阀(CEX0421026VL)进行控制来实现的，水位控制有单冲量和三冲量两种方式，旋膜式除氧器水位调节模拟图见图3,该系统设有两个PI调节器，分别是水位调节器和流量调节器，可实现单冲量和三冲量调节。当给水流量低于额定流量的40%时，水位由单冲量调节回路控制，当给水流量达到额定流量的40%时，调节回路自动切换到三冲量调节，选为40%作为切换点综合考虑了尽量扩大三冲量调节的负荷范围和克服仪表测量不准确以及疏水的影响。在单冲量与三冲量方式切换中，各回路的调节器功能由MCS系统中切换逻辑实现无扰切换。
     在单冲量控制方式下，控制系统获取旋膜式除氧器液位进行校验后取平均值作为水位实测信号，然后与水位设定值相比较得出偏差，再送至水位调节器进行比例积分，得到驱动机构的动作信号送入CEX042RC去控制调节阀CEX026VL与CEX042VL。凝结水流量较小时，由小阀CEXO42VL来调节，当凝结水流量较大时，由CEXO26VL调节，此时CEX042VL保持全开状态。CEX042RC的输出是通过图4的一个函数来确定CEX042VL/CEX026VL两个阀门开度。这种大小阀控制的方式在机组起动和低负荷阶段，可以通过旁路管道的小阀)控制旋膜式除氧器水位，大阀处于关闭状态；在机组带较大负荷时，小阀全开，通过主管道的大阀控制旋膜式除氧器水位。避免了大阀在小开度下较长时间运行，减小了大阀的磨损和节流损失，提高了机组效率，同时提高了调节系统的稳定性，避免大阀在小的开度下调节造成调节性能不好，从而影响系统稳定。
     当给水流量总和超过40%额定流量后，水位控制系统自动切换至三冲量调节。随着机组负荷的升高，在瞬态工况下，旋膜式除氧器水位的变化也是极其缓慢的，液位具有很强的滞后性。这时如果仍然采用单冲量调节不能满足水位控制快速响应的要求，同时由于液位调节滞后会导致凝结水流量的快速增加/减少引起旋膜式除氧器压力下降/上升，从而影响到除氧效果。三冲量调节器由两级PI调节器串联组成。其中一个是水位调节器，对水位偏差信号进行调节；另一个是流量调节器，对给水流量和凝结水流量的变化可以做出快速响应。引入给水流量和凝结水流量信号的作用是当给水流量与凝结水流量之一发生变化时，流量调节器迅速响应，作为前馈环节调节CEX026VL和CEX042VL动作，以使给水流量与凝结水流量保持平衡，克服单冲量水位调节上的响应滞后。
旋膜式除氧器压力控制
     旋膜式除氧器压力控制可以分为定压运行和滑压运行两种控制旋膜式除氧器内的压力，一方面是保证旋膜式除氧器正常工作，另一方面保证主给水泵入口有一定的吸入压头，以防主给水泵汽蚀。下面分几种工况来讨论旋膜式除氧器压力控制。
定压运行控制
     在汽机未启动或一、二号低压缸二级叶片后抽汽压力未达到旋膜式除氧器供汽压力要求时，旋膜式除氧器通过辅助汽源(SVA)或主蒸汽(VVP)来维持压力。压力测量值由ADG006MP与ADG009MP测出，取平均值后，与整定值0.147MPa.abs比较，二者的偏差送PI调节器，调节器输出控制旋膜式除氧器辅助蒸汽入口调节阀ADG031VV开度使加热蒸汽进入旋膜式除氧器，保持旋膜式除氧器压力为0.147MPaabs,同时加热旋膜式除氧器中给水到对应压力下的饱和温度，达到除氧的目的。
滑压运行控制
     随着机组负荷的升高，来自汽轮机1/2号低压缸二级后的抽汽压力也逐渐升高，当旋膜式除氧器的压力大于设定值0.147Mpa.a时，ADGO31VV会经过比例积分环节自动关闭。此后，旋膜式除氧器压力便进入滑压运行模式，依据机组负荷在0.147—0.45MPa之间变化，此时的旋膜式除氧器压力不需要控制。当汽轮机甩负荷时，来自汽轮机低压缸的抽汽流量会下降很多，旋膜式除氧器内压力从较高值下降至低值时会使旋膜式除氧器内水产生汽化，有可能导致主给水泵前置泵入口产生汽蚀，在除氧气压力低于0.147Mpa.a,ADGO31VV会自动开启，利用旋膜式除氧器的辅助汽源来维持旋膜式除氧器压力低在0.147Mpa.a,以保证除氧效果和保证主给水泵净正吸入压头。
旋膜式除氧器滑压运行带来的问题
     汽轮机负荷在接近额定工况下运行时进入旋膜式除氧器的水量、水温符合设计工况，除氧气器的定压与滑压工作效果是一样的，均能保持给水处于沸腾状态。但是，当汽轮机负荷在较大范围内变动时，旋膜式除氧器滑压运行与定压运行比较将对除氧效果产生不同的影响。当汽轮机负荷增大时，旋膜式除氧器内的工作压力将随着抽汽压力的升高而升高，与此同时旋膜式除氧器内和给水箱中的水在此瞬间来不及达到相应压力下的饱和温度，此时给水中含氧量增加。这种情况一直要持续到旋膜式除氧器内水温达到新的压力下的饱和温度，除氧效果才能恢复。当汽轮机减负荷时，旋膜式除氧器内的工作压力随抽汽压力的下降而降低。由于给水箱的热容量较大，水温瞬间还来不及下降，部分水必然会发生汽化，汽化蒸汽上升对凝结水进行加热除氧，除氧水在下降过程中由于压力的下降自身要发生汽化，相当于二次除氧，所以在汽轮机减负荷时，旋膜式除氧器滑压运行的除氧效果是十分良好的。
     汽轮机负荷变化时，旋膜式除氧器滑压运行对给水泵入口汽化也会产生影响。当汽轮机负荷增加时，旋膜式除氧器内工作蒸汽压力升高，此时给水温度低于新压力下的饱和温度，大大减小了给水泵入口发生汽化的可能性。当汽轮机负荷突然减小时，旋膜式除氧器的工作蒸汽压力随之下降，当这个压力降低较大时，会在给水箱、给水泵进口等处发生部分水的汽化，严重时会引起给水泵不能正常工作。
     综上所述，当旋膜式除氧器采用滑压运行时，除氧效果下降主要发生在机组负荷突然增大的情况下，而给水泵进口水的汽化，威胁给水泵安全运行，主要发生在机组负荷突然减少时。为了利用旋膜式除氧器滑压运行的优点提高机组运行的经济性，采用相应措施克服和防止旋膜式除氧器滑压运行带来的问题，对单元制大型机组的旋膜式除氧器采用滑压运行将有广阔的前景。
旋膜式除氧器滑压运行采取的措施
     提高旋膜式除氧器给水箱的布置标高，增大给水泵入口静压这一措施的优点是运行维护简单，缺点是厂房建筑投资增大。旋膜式除氧器布置在13m平台，主给水泵布置在-7.2m,为防止给水泵汽蚀提供了较大的静压头。
     给水泵前加装前置泵增大有效汽蚀余量，此时可降低给水箱布置标高，减小厂房荷重。的主给水泵也采用了这种方式，主给水泵采用两级，通过一个前置泵将给水压力提升，再由压力级泵将给水压力提升至9MPa左右，降低了给水泵发生汽蚀的可能。
     汽轮机甩负荷时采用备用汽源供给旋膜式除氧器蒸汽，阻止旋膜式除氧器压力下降，备用汽源可用新汽经减温减压或其它可以获得的蒸汽。采用了定压和滑压运行相结合的方式，在低压缸抽气压力大于0.147MPa的情况下，利用低压缸抽气进行滑压运行，大大提高了机组的经济性，在抽气压力低于0.147MPa的情况下，开启ADG031VV,利用主蒸汽或者辅助蒸汽将旋膜式除氧器压力稳定在0.147MPa,保证主给水泵有足够的吸入压头，防止旋膜式除氧器压力的进一步降低。这也是采用两种运行方式相结合的原因，既提高了经济性同时也兼顾了安全性。
     热力旋膜式除氧器是核电机组中的重要热力设备，透切理解热力除氧工作原理，掌握旋膜式除氧器水位和压力控制机理并维持稳定，对机组安全稳定运行，提高二回路热力循环效率，保证二回路水质，延长机组的寿命具有十分重要的意义。