螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置及防护方法与流程

1.本公开属于高温气冷堆蒸汽发生器技术领域，具体涉及一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置及防护方法。


背景技术：

2.高温气冷堆是改进型气冷堆agr的进一步发展，采用化学惰性和热工性能好的氦气作为冷却剂，以束缚放射性裂变产物性能极佳的全陶瓷型包裹燃料颗粒制成的弥散在石墨基体中的燃料元件，用耐热的石墨作为慢化剂和堆芯结构材料，使堆芯出口氦气温度可达到750℃以上，甚至达到950℃。
3.高温气冷堆是各类核反应堆中运行温度最高的堆型，蒸汽发生器作为高温气冷堆核电厂一、二回路连接的核心设备，其结构与现役压水堆蒸汽发生器完全不同，为我国首个核电用直流蒸汽发生器。为更有效地利用高温气冷堆堆芯产生的热量，高温气冷堆蒸汽发生器采用了直流螺旋盘管结构，被反应堆堆芯加热至750℃的氦气从蒸汽发生器壳体的上部进入，并自上而下冲刷换热组件，将热量传递给二回路的水；二次侧的水则由给水联箱分经各传热管自下而上，转换为570℃的蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机旋转发电。
4.高温气冷堆蒸汽发生器二回路侧出口温度高，必须相应提高二回路侧压力以实现参数的匹配，因此高温气冷堆蒸汽发生器从整体设计上采用了与压水堆蒸汽发生器截然相反的布置，传热管内侧流通二回路的水和蒸汽，蒸汽发生器壳侧流经一回路介质氦气。
5.高温气冷堆蒸汽发生器属于直流式换热器，为满足换热量的需求，蒸汽发生器不仅通过螺旋盘管结构将单根传热管的长度延伸至60多米，而且传热管均采用细管结构壁厚仅3mm。细长、轻薄的传热管在提高了蒸汽发生器传热效果的同时，大大降低了蒸汽发生器承受壳侧压力的能力，同时也造成了蒸汽发生器难以排空、难以检查的特点。这就导致高温气冷堆蒸汽发生器无法承受较大壳侧压力的问题，并且不能使用充水的方式进行升压防护。
6.按照核电厂建设统一要求，高温气冷堆一回路构建完成后需开展一回路的整体压力试验以验证一回路强度，此过程需要对蒸汽发生器壳侧充入高达9mpa的压力，远远超出了蒸汽发生器承受壳侧压力的能力。此外，高温气冷堆一回路介质氦气，其密度、粘度等流体特性与压力、温度密切相关，在调试期的各相关工况均存在着蒸汽发生器壳侧升压的需求。
7.蒸汽发生器是一二回路的边界设备，同时还起到一回路放射性隔离功能，因此对于包括传热管在内的蒸汽发生器边界结构必须进行严格保护和保养。
8.高温气冷堆蒸汽发生器防护具有压力高、时间长、敏感性强的特点，现阶段电力、石化行业常用的低压氮气保养、水实体防护、水实体与压缩空气配合保养均无法满足高温气冷堆蒸汽发生器防护要求。


技术实现要素：

9.本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置及防护方法。
10.本公开的一方面，提供一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置，所述防护装置包括：氮气瓶组、氮气压缩机、平衡进气管路、增压进气管路、控制阀门组和压力表；
11.所述平衡进气管路的进气端与所述氮气瓶组相连，所述平衡进气管路的出气端用于与蒸汽发生器传热管相连；
12.所述增压进气管路的进气端与所述氮气瓶组相连，所述增压进气管路的出气端与所述蒸汽发生器传热管相连，所述增压进气管路上串接有所述氮气压缩机；
13.所述控制阀门组中的各阀门分别串接在所述平衡进气管路和所述增压进气管路上；
14.所述压力表设置在所述平衡进气管路或所述增压进气管路上，以监测所述蒸汽发生器传热管的压力。
15.在一些实施方式中，所述防护装置还包括第一进气主管路和第二进气主管路；
16.所述第一进气主管路的进气端与所述氮气瓶组相连，所述第一进气主管路的出气端分别与所述平衡进气管路和所述增压进气管路的进气端相连；
17.所述第二进气主管路的进气端分别与所述平衡进气管路和所述增压进气管路的出气端相连，所述第二进气主管路的出气端与所述蒸汽发生器传热管相连。
18.在一些实施方式中，所述控制阀门组包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门；
19.所述第一阀门设置在所述平衡进气管路的进气端，所述第二阀门设置在所述平衡进气管路的出气端；
20.所述第三阀门设置在所述增压进气管路的进气端，所述第四阀门设置在所述增压进气管路的出气端；
21.所述第五阀门串接在所述第二进气主管路上。
22.在一些实施方式中，所述防护装置还包括排气管路，所述排气管路的进气端与所述蒸汽发生器传热管相连，所述排气管路的排气端用于与气体回收装置相连。
23.在一些实施方式中，在所述防护装置包括第二进气主管路时，所述排气管路的进气端与所述第二进气主管路的进气端相连。
24.在一些实施方式中，所述增压进气管路和/或所述平衡进气管路与所述蒸汽发生器传热管螺纹连接。
25.本公开的另一方面，提供一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护方法，采用前文记载的所述的防护装置，所述防护方法包括：
26.s110、开启所述平衡进气管路上的阀门，以通过所述平衡进气管路将所述氮气瓶组中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管，直至压力平衡；
27.s120、关闭所述平衡进气管路上的阀门，并开启所述增压进气管路上的阀门，并启动所述氮气压缩机，以通过所述增压进气管路将所述氮气瓶组中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管。
28.在一些实施方式中，所述方法还包括在步骤s110之后、步骤s120之前进行的：
29.在压力平衡后，判断所述氮气瓶组中的剩余压力是否超出预设阈值，若是，则执行步骤s120；若否，则继续利用所述平衡进气管路向所述蒸汽发生器传热管充气。
30.在一些实施方式中，所述方法还包括：
31.在一回路升压前为蒸汽发生器传热管充氮至9mpa压力，期间1mpa、5mpa、9mpa三个压力平台分别进行一次不短于30min的保压测试。
32.在一些实施方式中，所述方法还包括：
33.在向所述蒸汽发生器传热管充气过程中，压力变化速率限值为≤0.15mpa/min。
34.本公开的一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置及防护方法，蒸汽发生器传热管内部的高压气体能够有效地避免蒸汽发生器承受壳侧压力的风险，同时高纯度氮气有效地减少了传热管内部的氧含量，避免了氧气与水给蒸汽发生器造成的锈蚀风险。相较于充水防护，高压氮气防护能够有效避系统充排水后残留水分造成的锈蚀；相较于压缩氮气防护，高压氮气防护能够有效避免压缩导致的湿度上升与氧气互相作用造成的腐蚀。高压氮气防护能够在解决避免蒸汽发生器承受过高壳侧压力的同时，有效地对蒸汽发生器进行保养。本实施例的防护装置及防护方法能够高效、可靠的实现高温气冷堆蒸汽发生器的高压充氮防护。
附图说明
35.图1为本公开一实施例的螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置的结构示意图。
具体实施方式
36.为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
37.为满足高温气冷堆主氦风机防护的需求，本公开的目的在于提供一种蒸汽发生器防护装置和相应的防护方法，需要防护效果好、系统较为简单，易于拆装，对于模块式建造的高温气冷堆可重复使用。
38.为达到上述目的，本公开首先依据对高温气冷堆蒸汽发生器结构特点的分析，确定了蒸汽发生器进行高压防护的必要性，并对蒸汽发生器充压介质进行分析和选择。
39.从本质上蒸汽发生器属于钢铁制品，钢铁制品环境锈蚀的总反应式：
40.4fe 3o2 xh2o
→
2fe2o3·
xh2o(铁锈)
41.尽可能降低钢铁制品与氧气、水的接触都能有效地防止钢铁制品的腐蚀，考虑到从一个方面完全避免锈蚀影响因素的接触从客观上是难以实现的。以空气中相对湿度与腐蚀速率的关系而言，当相对湿度超过约34％时，与空气接触的钢铁制品即会发生不同程度的腐蚀；当相对湿度超过约60％时，与空气接触的钢铁制品即会发生明显的腐蚀。
42.由于气体的压缩会造成气体相对度的提高，因此在低压下可用的干燥压缩空气保养，在高压下保养效果并不理想。对于如高温气冷堆蒸汽发生器此类关键敏感设备，本公开首次选用高压氮气作为设备防护的方法，从限值含氧量、相对湿度两方面着手降低设备腐蚀速率。下文将对本公开的方案进行详细说明。
43.如图1所示，本公开实施例涉及一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护装置100，所述防护装置100包括：氮气瓶组110、氮气压缩机120、平衡进气管路130、增压进气管路140、控
制阀门组150和压力表160。
44.示例性的，如图1所示，所述平衡进气管路130的进气端与所述氮气瓶组110相连，所述平衡进气管路130的出气端用于与蒸汽发生器传热管200相连。所述增压进气管路140的进气端与所述氮气瓶组110相连，所述增压进气管路140的出气端与所述蒸汽发生器传热管200(蒸汽发生器二次侧)相连，所述增压进气管路140上串接有所述氮气压缩机120。所述控制阀门组150中的各阀门分别串接在所述平衡进气管路130和所述增压进气管路140上。所述压力表160设置在所述平衡进气管路130或所述增压进气管路140上，以监测所述蒸汽发生器传热管200的压力。
45.具体地，如图1所示，在需要对蒸汽发生器进行防护时，可以先开启所述平衡进气管路130上的阀门，以通过所述平衡进气管路130将所述氮气瓶组110中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管200，直至压力平衡。之后关闭所述平衡进气管路130上的阀门，并开启所述增压进气管路140上的阀门，并启动所述氮气压缩机120，以通过所述增压进气管路140将所述氮气瓶组110中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管200。
46.本实施例的防护装置，蒸汽发生器传热管内部的高压气体能够有效地避免蒸汽发生器承受壳侧压力的风险，同时高纯度氮气有效地减少了传热管内部的氧含量，避免了氧气与水给蒸汽发生器造成的锈蚀风险。相较于充水防护，高压氮气防护能够有效避系统充排水后残留水分造成的锈蚀；相较于压缩氮气防护，高压氮气防护能够有效避免压缩导致的湿度上升与氧气互相作用造成的腐蚀。高压氮气防护能够在解决避免蒸汽发生器承受过高壳侧压力的同时，有效地对蒸汽发生器进行保养。本实施例的防护装置能够高效、可靠的实现高温气冷堆蒸汽发生器的高压充氮防护。
47.示例性的，如图1所示，为了简化防护装置100的结构，所述防护装置100还包括第一进气主管路170和第二进气主管路180。所述第一进气主管路170的进气端与所述氮气瓶组110相连，所述第一进气主管路170的出气端分别与所述平衡进气管路130和所述增压进气管路140的进气端相连。所述第二进气主管路180的进气端分别与所述平衡进气管路130和所述增压进气管路140的出气端相连，所述第二进气主管路180的出气端与所述蒸汽发生器传热管200相连。
48.示例性的，如图1所示，所述控制阀门组150包括第一阀门k1、第二阀门k2、第三阀门k3、第四阀门k4和第五阀门k5。所述第一阀门k1设置在所述平衡进气管路130的进气端，所述第二阀门k2设置在所述平衡进气管路130的出气端。所述第三阀门k3设置在所述增压进气管路140的进气端，所述第四阀门k4设置在所述增压进气管路140的出气端。所述第五阀门k5串接在所述第二进气主管路180上。
49.具体地，如图1所示，在需要对蒸汽发生器进行防护时，可以先开启第一阀门k1、第二阀门k2和第五阀门k5，这样，可以通过所述平衡进气管路130将所述氮气瓶组110中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管200，直至压力平衡。之后关闭第一阀门k1、第二阀门k2，并开启第三阀门k3、第四阀门k4，并启动所述氮气压缩机120，这样，可以通过所述增压进气管路140将所述氮气瓶组110中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管200。
50.示例性的，如图1所示，所述防护装置100还包括排气管路190，所述排气管路190的进气端与所述蒸汽发生器传热管200相连，所述排气管路190的排气端用于与气体回收装置相连。具体地，如图1所示，所述排气管路190的进气端与所述第二进气主管路180的进气端
相连，排气管路190的进气端设置有第六阀门k6。利用所设置的排气管路190，在蒸汽发生器内压力过大时，可以通过排气管路190将气体排出。
51.示例性的，如图1所示，为了简化安装，所述增压进气管路140和所述平衡进气管路130与所述蒸汽发生器传热管200螺纹连接。当然，除此以外，本领域技术人员还可以采用其他一些连接方式，本实施例对此并不限制。
52.为便于临时设施的安装、搬运及气体的排放，选取高温气冷堆蒸汽发生器主蒸汽接管管嘴处作为充泄压及压力监视位置，也就是说，在这个位置处设置所述压力表160。
53.蒸汽可拆管段出口盲板与给水管嘴盲板为临时盲板，配套使用正式螺栓及正式密封圈(备件)进行安装，螺栓紧固采用可拆管段正式安装拉伸方案。各临时管路(平衡进气管路130和增压进气管路140)为高压钢丝缠绕胶管，管路与设备间采用螺纹连接。
54.本公开的另一方面，提供一种螺旋盘管式蒸汽发生器的防护方法，采用前文记载的所述的防护装置，防护装置具体内容可以参考前文相关记载，在此不作赘述。所述防护方法包括：
55.s110、开启所述平衡进气管路上的阀门，以通过所述平衡进气管路将所述氮气瓶组中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管，直至压力平衡。
56.s120、关闭所述平衡进气管路上的阀门，并开启所述增压进气管路上的阀门，并启动所述氮气压缩机，以通过所述增压进气管路将所述氮气瓶组中的氮气充入所述蒸汽发生器传热管。
57.本实施例的防护方法，蒸汽发生器传热管内部的高压气体能够有效地避免蒸汽发生器承受壳侧压力的风险，同时高纯度氮气有效地减少了传热管内部的氧含量，避免了氧气与水给蒸汽发生器造成的锈蚀风险。相较于充水防护，高压氮气防护能够有效避系统充排水后残留水分造成的锈蚀；相较于压缩氮气防护，高压氮气防护能够有效避免压缩导致的湿度上升与氧气互相作用造成的腐蚀。高压氮气防护能够在解决避免蒸汽发生器承受过高壳侧压力的同时，有效地对蒸汽发生器进行保养。本实施例的防护方法能够高效、可靠的实现高温气冷堆蒸汽发生器的高压充氮防护。
58.在一些实施方式中，所述方法还包括在步骤s110之后、步骤s120之前进行的：
59.在压力平衡后，判断所述氮气瓶组中的剩余压力是否超出预设阈值，若是，则执行步骤s120；若否，则继续利用所述平衡进气管路向所述蒸汽发生器传热管充气。
60.在一些实施方式中，所述方法还包括：
61.在一回路升压前为蒸汽发生器传热管(二次侧)充氮至9mpa压力，期间1mpa、5mpa、9mpa三个压力平台分别进行一次不短于30min的保压测试。
62.在一些实施方式中，所述方法还包括：
63.在向所述蒸汽发生器传热管充气过程中，压力变化速率限值为≤0.15mpa/min。
64.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。