Research of Margin Matching between Steam Generator and Steam Turbine in Nuclear Power Plant
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摘要: 国内新投产的部分压水堆核电机组陆续出现了主蒸汽调节阀急剧晃动、新蒸汽压力缓慢降低等问题，对机组的安全性和经济性造成一定影响。本研究通过设计参数和试验数据对比，并利用换热计算模型分析发现，55/19B蒸汽发生器设计裕度较同类型的60F稍偏低，低于通常的1.6×105 Pa的蒸汽压力裕度要求。蒸汽发生器新蒸汽压力、主蒸汽调节阀和汽轮机调节级通流面积在设计之初应进行综合匹配，尤其是要选用在超过70%的开度范围内都具有线性的调节特性的阀门，才能保证核电机组在整个寿期内的可靠性和经济性。Abstract: Some of the nuclear power units of PWR newly put into operation in China have suffered from sharp shaking of the main steam control valve, slow pressure drop of new steam and other problems, which have certain impacts on the safety and economy of the unit. Through the comparison of the design parameters and the test data, and using the heat transfer calculation model to analyze, this study found that the design margin of 55/19B steam generator was lower than the similar 60F steam generator, and was also lower than the usual steam pressure margin of 1.6×105 Pa. The new steam pressure of the steam generator, the main steam control valve and the flow area of the steam turbine governing stage shall be comprehensively matched at the beginning of the design, especially the valves with linear regulation characteristics in the opening range of more than 70% shall be selected, so as to ensure the reliability and economy of the nuclear power unit throughout its lifetime.
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Key words:
- Steam generator /
- Steam turbine /
- Main steam control valve /
- Margin
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图 1 PG和PL机组蒸汽发生器压力变化趋势
Figure 1. Trends of Steam Generator Pressure Change in PG Units and PL Units
图 3 蒸汽发生器蒸汽压力变化趋势统计
Figure 3. Trend Statistics of Steam Pressure Change in Steam Generator
表 1 蒸汽发生器结构和热力设计参数
Table 1. Structure and Thermal Design Parameters of Steam Generators
参数名 55/19B 60F Δ125 EPR 热工设计
0堵管热工设计
0堵管热工设计
10%堵管热工设计
5%堵管热功率/MW 968.3 968 1707.5 1154 冷却剂压力/MPa 15.5 15.5 15.5 17.6 冷却剂入口温度/℃ 327.6 327.2 322.3 329.9 冷却剂出口温度/℃ 292.3 292.6 279.2 294.8 冷却剂平均温度/℃ 310.0 309.9 300.8 312.4 冷却剂流量/(m3·h−1) 22840 23320 33610.8 28455.8 传热管数 4474 4640 10025 5980 给水温度/℃ 226 230.5 226.7 230 蒸汽出口压力/MPa 6.71 6.71 5.49 7.62 蒸汽质量流量/(kg·s −1) 537.8 547.5 941.22 650.4 出口蒸汽湿度/% 0.25 0.1 0.1 0.1 污垢热阻/(10−6m2·K·W−1) 8.80 13.4 19.4 8.80 U型管外径/mm 19.05 19.05 17.5 19.05 U型管壁厚/mm 1.09 1.09 1 1.09 循环倍率 3.1 3.4 3.73 3.47 传热面积/m2 5429 5630 10329.35 7960 机组热效率/% 37.51 36.13 36.69 38.02 机组热耗/(kJ·kW·h−1) 9595.00 9967.00 9811.00 9469.10 
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表 2 几种代表机型的电站性能考核试验结果
Table 2. Test Results of Power Plant Performance of Several Representative Models
参数 AB1 PY1 TS1 生产厂商 ALSTOM SIMENS GE-ALSTOM 额定工况设计保证值/MW 1089 1086 1754.8 额定工况修正出力/MW 1099.3 1103.4 1779.6 主汽门前蒸汽压力/MPa 6.68 6.56 7.36 主汽门前蒸汽湿度/% 0.26 0.29 0.3 主汽调节门1开度/% 53 33 84.7 主汽调节门2开度/% 54 39 84.6 主汽调节门3开度/% 54 33 84.7 主汽调节门4开度/% 54 33 84.9 高压缸第I级前压力设计
保证值/105Pa60.76 59.70 69.10 高压缸第I级前压力
试验值/105Pa60.45 60.60 69.18 调节阀压损/% 9.6 7.6 6.0 高压缸第I级通流面积设计值/m2 1.235 1.291 1.725 高压缸第I级通流面积试验值/m2 1.215 1.259 1.676 高压缸第I级通流面积偏差/% 1.62 2.48 2.84 注：表中压力为绝对压力
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表 3 3种堆型对应的汽轮机TMCR工况的主要参数
Table 3. Main Parameters of TMCR Case of Steam Turbine Corresponding to Three Types of Reactors
反应堆型号 CRP1000 AP1000 EPR 主蒸汽压力/MPa 6.43 5.565 74.3 主蒸汽湿度/% 0.47 0.45 0.51 进入高压缸流量/(kg·s −1) 1534.20 1835.08 2466.80 调节阀全开时进入
高压缸流量/(kg·s −1)1582.60 1893.08 2544.60 第一级进汽压力/105Pa 60.76 50.10 69.10 额定热功率/MW 2903.8 3415.0 4615.6 最大堆功率/MW 2983.2 3513.0 4737.0 电功率/MW 1086.0 1253.0 1754.8 循环效率/% 37.40 36.69 38.02 阀门全开工况(VWO)面积裕度/% 3.15 3.16 3.15
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