乐祥兰
中国能源建设集团安徽电力建设第二工程有限公司 安徽合肥 230000
摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，核电机组的应用也越来越广泛。核电机组蒸汽管道输送介质通常为饱和蒸汽，容易产生疏水，疏水系统设计不合理会导致疏水不畅，从而引发安全事故。本文研究总结了适用于核电机组蒸汽管道的疏水系统配置及疏水系统设计方法。
关键词：核电机组；疏水方式；疏水系统
引言
液压阻尼器可以保护管道系统和其他设备免受振动损伤,其工作原理是在管道存在较小幅度的晃动或振动时,阻尼器跟着管道一起产生位移,且只有很小的摩擦阻力,因此对管道晃动或振动有一定的阻尼耗能作用;当管道振动速度达到一定值时阻尼器锁死,变成“刚性杆”,阻止管道沿阻尼器轴线方向的大幅度振动,从而对管道产生一定的保护作用。
1水/汽锤的成因和计算
（1）水/汽锤的成因。在管道系统运行时，由于阀门、泵等设备突然关闭或开启等引起的管道振动、啸叫声，在流体力学中称这种现象为水/汽锤现象。水/汽锤是由于管道内介质流动状态因某些原因忽然改变，从而引起压强急剧升高或降低，并在管道轴向造成压力波，形成的压力波在传播中使管系内的压力不均衡，对管道轴向产生了冲击力。这类冲击力的瞬间值能达到巨大的数值，作用于管系、支架和设备接口，形成管道的共振、支架的破损等后果，影响系统的稳定安全运行。（2）流体瞬态分析。由于水/汽锤是因管道内介质流动状态突然改变而形成压力波，并在管道内产生轴向的冲击力。动态分析外部表现是管道受到冲击，而实际上是由于内部流体产生的力，所以对流体进行精准的动态计算以计算管系受到的冲击力。在对管道进行动态分析时，可以先用精确瞬态计算软件PIPENET计算，得到较为精确的最大动态力数值及动态力和时间的变化关系曲线。后续运用应力分析软件CAESARⅡ，将得到的这些精准数据输入软件中，分析各管段上的动态力对管系造成的影响。
2疏水系统的配置
饱和蒸汽管道需要针对以下几种情况设置疏水点：（1）蒸汽管道的低位点（2）蒸汽管道盲端（例如：蒸汽母管两端、蒸汽管道上需要长期保持关闭的阀门前等）（3）除上述两种情况外，相邻两个疏水点设置一般不应超过50m。在疏水点设置输水罐，用于收集沿蒸汽高速流动的凝结水。疏水罐出口配置有疏水器和旁路疏水阀，疏水器具有阻汽疏水的作用，用于系统正常运行时的疏水，旁路疏水阀在正常运行时保持关闭，当机组启停时，蒸汽管道内产生的疏水量增大，此时将旁路疏水阀开启，避免疏水的积聚，在疏水罐上应设置有液位开关，当疏水罐中的液位过高时也应该开启旁路疏水阀，将多余的疏水排走。相同压力等级的疏水管道最终汇集到疏水集管中，再由疏水集管收集排至疏水扩容器，经过扩容后的疏水回到凝汽器中复用，如果采用大气式疏水扩容器，则一般选择不回收疏水。连接至疏水集管的疏水管道应当按照压力高低进行排列，压力低的疏水管道更靠近疏水扩容器，如果有多个疏水集管同时汇入疏水扩容器中，应当将压力等级高的接入疏水扩容器下部，压力等级低的接入疏水扩容器上部。
3疏水系统的设计方法
3.1管线振动情况
因PLC故障造成高压加热器应急疏水阀瞬间全开，引起疏水管道内介质高速流动从而引发水/汽锤现象，导致管道出现大幅度低频晃动，致使墙面受管道晃动撞击而破损，管线支吊架管夹螺栓松动、滑动支架脱空等缺陷。
3.2管道振动测试
本次采用压电加速度计作为振动测量的传感器。压电加速度计具有测量范围大、测量精度高、受环境限制小且几乎不受磁场影响等优点，电场干扰也可通过前置放大器将其影响降到很小。管道振动测试系统由单轴加速度计、数据采集系统（CoCo80）以及后处理软件（EDM2.2.72）组成。
3.3非金属夹杂物分析
对纵截面试样抛光后进行观察,可见非金属夹杂物含量较少,只有少量分散的点状夹杂物,依据GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》对夹杂物进行评级,评级结果为D0.5级。
3.4疏水器的选型
疏水器按照其使用条件及安装条件等不同应用场合可分为三种型式：（1）机械式：通过感应流体的密度变化进行工作，从结构上可分为倒吊桶式和浮球式。机械式的疏水器通常用于大流量或者蒸汽管道介质为接近饱和或饱和的蒸汽，背压的允许值为80%的入口压力。安装方式为水平安装，动作可靠，动作间隔短，使用寿命长。其中浮球式疏水器的排空气性能较好，倒吊桶式疏水器的排空气性能较差。（2）热动力式：通过感应流体的动力特性变化进行工作。对工作压差要求较高，疏水阀的入口压力一般不得低于0.025MPa（表压），背压的允许值为25%~50%的入口压力，安装方式为水平或竖直安装，动作较可靠，动作间隔长，使用寿命较短。热动力式疏水器的排空气能力较好。（3）热静力式：通过感应流体的温度变化进行工作，有液体膨胀式、双金属式、压力平衡式。热静力式的疏水器不能用在需要及时排除凝结水的场合，允许积水，背压的允许值为50%的入口压力，安装方式为水平或竖直安装，动作较可靠，动作间隔长，使用寿命较短。热静力式疏水器的排空气能力较好。在选择疏水器型式的时候需要根据具体需求从排空能力，凝结水是否及时排除，工作介质的压力、温度范围等方面综合考虑决定。
3.5原有布置计算校核
现场高加危急疏水管道在应急疏水阀门故障全开工况下出现的大幅度晃动现象，根据应急疏水汽管道的设计图纸和参数，利用有限元CAESAR软件建立应急疏水管道模型，进行模态分析和计算，核实主要是由于支吊架设置不合理引起的。高加应急疏水阀门快速开启引起管道内介质高速流动从而引发水/汽锤现象，因管道部分位置刚性限位件约束不够，导致管道出现低频大幅度的晃动情况。经核算，管道静态计算结果均符合设计要求，在振动模态分析中多处位置出现低频大幅晃动，同现场反映的位置也比较吻合。管道布置应尽量消除低阶模态振频，按工程设计经验，低于2.0Hz的振频应通过合理增设限位件或阻尼器予以消除。
3.6疏水排放终点
蒸汽疏水可以回收循环利用或者直接排走不进行回收，一般疏水排放终点设置如下：（1）蒸汽分配管道内产生的疏水一般直接排走不进行回收。（2）汽轮机的供汽管道内产生的疏水可以排入排污箱内在排走，也可以排入疏水扩容器再回收至凝汽器中。
结语
综上所述，在核电厂中存在一些不常使用的汽水管道，该管道的支吊架在设计时只考虑了静态计算，并未对管道的动态和一些特殊工况进行计算，后续在系统运行中遇到动态或特殊工况时，因管道支吊架缺少相应的刚性限位约束，造成管道产生较大幅度低频晃动，从而引起管道或管道支吊架的损坏。合理的疏水系统设计能够避免蒸汽管道疏水不畅，从而避免疏水聚集，保证蒸汽管道安全运行，同时为所供汽设备的用汽品质提供保障。
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