AP1000凝汽器抽真空系统设备及运行性能浅析

凝汽器真空由真空系统密封性、循环水流量、循环水温度、凝汽器传热管导热效率等因素决定。凝汽器侧真空泵组的出力大小虽然不是决定真空度的最主要因素，但如果凝汽器真空系统设计不合理，出力达不到设计要求，凝汽器内不凝结气体不能及时抽出，其真空就会下降，对汽轮机运行的经济性和安全性均会产生重大影响。

1 AP1000凝汽器抽真空系统结构

AP1000凝汽器抽真空系统（CMS）由三套液环式真空泵组组成，每台真空泵组作为成套装置供货，包括一台液环式真空泵、气水分离器、前置抽气器、密封水冷却器及相应的仪表、阀门和管线。如下图1所示。

1.1 液环式真空泵

从凝汽器抽出的不凝性气体夹带着一些真空泵中的工作介质（水），通过真空泵出口管道进入气水分离器。在气水分离器中，分离出来的气体一部分作为前置抽气器的工作介质，另一部分通过放射性监测后被排入大气。水被储存在气水分离器中，通过泵的自吸作用以及气水分离器与泵入口的压差，克服管道和密封水冷却器的阻力后连续补充至真空泵。

1.3 前置抽气器

液环式真空泵在低真空范围内运转时，具有较高效率抽送气体的能力。但是由于受到结构的限制特别是受工作液体饱和汽化压力的限制，使得液环式真空泵在凝汽器真空度较高时效率比较低。AP1000核电站采用真空泵加前置抽气器联合运行方式来实现并维持凝汽器的高真空运行。

前置抽气器由喷嘴、混合室、喉管、扩散管等组成，采用气水分离器中分离出来的空气作为工作介质，不需要额外的蒸汽或压缩空气。工作介质通过喷嘴，将压力能转变为速度能，由于混合室中截面最小，因此空气流动速度v最大，根据伯努利方程，混合室中形成的压力p最小，当低于凝汽器背压时，凝汽器中的不凝性气体将被抽出，再通过扩散管将速度能转变为压力能，并最终通过真空泵排入气水分离器中。

1.4 密封水冷却器

液环式真空泵在运行时，为保持抽吸能力，其密封水必须保持一定的过冷度。假设真空泵密封水温度过高，由于泵入口处负压大，此区域便会产生严重汽化现象，对泵的抽吸能力及泵的结构均会产生负面影响。因此，真空泵的密封水补充必须经过一个冷却器，通过汽机厂房闭式冷却水系统（TCS）实现对来自气水分离器的密封补水的冷却，从而保证抽气效果。

2 系统运行原理

2.1 真空建立阶段

凝汽器在建立真空的过程中，抽真空系统的运行分为“快速启动”和“保持运行”两个阶段。

（1）“快速启动”阶段。

由此可见，在凝汽器真空建立的初始阶段，前置抽气器没有投入运行，利用液环式真空泵吸气量大的特点，将三台泵投入，在短时间内将凝汽器中的气体抽出，达到缩短机组启动过程抽真空的时间，称为“快速启动”阶段。

（2）“保持运行”阶段

2.2 凝汽器真空维持阶段

3 运行特性分析

AP1000核电站的凝汽器抽真空系统是液环式真空泵成套供货装置，在运行及维护过程中存在以下特点。 3.1 密封水来源冗余设置

3.2 定期切换不会导致凝汽器压力波动

AP1000抽真空系统相比于其他一些电站，在真空泵组进行定期切换时，CMS通过在入口阀V611后安装逆止阀V614可以有效的防止凝汽器真空度出现波动甚至导致跳机。

3.3 凝汽器局部区域结垢风险及对策

由于凝汽器内的循环冷却水是海水，因此凝汽器内某个区域的循环水管道可能会存在结垢等问题，一旦发生此现象这个区域的真空度会变得相对较差，乏蒸汽在这个区域就会不完全凝结，导致该区域温度相对较高，那么从这个区域抽出的气体温度会升高，同时抽出气体中水蒸气的含量也会增加，使真空泵的效率下降。此时运行人员应就地手动调节出现状况的凝汽器水室抽气出口阀门，使该管线上的温度计示数与相邻管线上的温度计示数差值在5℃-10℃之间。如果该区域结垢十分严重导致温差异常高时，应关闭其出口阀门，以阻止蒸汽继续被抽出，从而可以改善凝汽器的真空。

4 结语

CMS在机组启动、冷却和正常运行期间抽出凝汽器里的空气和不凝性气体，建立并维持凝汽器的真空，对于电厂经济、平稳的运行十分重要。通过对CMS系统在凝汽器真空建立和维持过程中运行方式和潜在风险的分析，得出以下几点结论以及改进建议：

（1）AP1000核电站抽真空系统采用液环式真空泵和前置抽气器联合运行方式，并且真空泵的密封补水通过泵的自吸能力，取消了管线上的循环水泵，不仅减轻了运行工作量，而且大大提高了真空泵运行可靠性。但随着设备的运行，真空泵补水管线的流阻可能会逐渐增加，导致泵体内密封水不足而影响正常运行。个人建议定期对补水管线进行维护及对密封水冷却器进行检查，防止真空泵的补水能力下降。

（2）CMS通过电厂闭式冷却水系统（TCS）来冷却密封补水，由于TCS水质较高，同时运行过程中通过加药系统时刻维持水质，因此水质可以得到保证，不会堵塞流道，从而不影响真空泵的效率。并且即使冷却器泄漏，TCS水进入真空泵后也不会出现严重的部件腐蚀。

（3）AP1000凝汽器抽真空系统在真空泵入口管线上安装了逆止阀V614，因此进行泵组切换或者启动备用泵时，可以避免由于仪表波动等异常现象导致凝汽器真空降低或气水分离器水位下降过快等现象。