AP1000核电凝汽器的技术特点

胡伟卿，罗吉江

(1.中电投电力工程有限公司，上海 200233;2. 山东核电有限公司，山东 烟台 265116)

AP1000核电凝汽器的技术特点

胡伟卿1，罗吉江2

(1.中电投电力工程有限公司，上海 200233;2. 山东核电有限公司，山东 烟台 265116)

核电常规岛内凝汽器，是核电机组重要的辅机设备。凝汽器的性能直接影响核电机组的热经济性和安全性。AP1000核电凝汽器采用了三壳体、单流程、单背压的表面式凝汽器。根据凝汽器技术参数的要求，分析了设计时的设定条件和结构特点，并对核电凝汽器的试验项目进行了说明。根据凝汽器技术参数，提出了运行时需注意的事项，为AP1000凝汽器的调试和运行提供帮助。

核电； 常规岛； 凝汽器； 结构； 特点； 技术； 参数； 运行

0 概 述

AP1000是引进国外技术的第三代核电机组，采用先进的非能动压水堆核电技术，AP1000是发电量为百万兆瓦的核电机组。凝汽器是核电机组常规岛内的重要设备之一，可将汽轮机低压缸的排汽冷凝成水，是一种表面式换热器，并作为整个热力循环中的冷源。凝汽器的主要功能是在汽轮机排汽口建立并维持一定的真空度，使蒸汽在汽轮机内膨胀至指定的压力，以提高汽轮机的可用焓降。

AP1000核电汽轮机有3个低压缸，3台凝汽器分别与各低压缸排汽口相连。凝汽器布置于汽轮机低压缸下部，接收低压缸排汽。凝汽器管束为钛管材质，排汽被流经钛管的海水冷却成凝结水，再汇集至凝汽器底部的热井，通过热井底部的连通管，由凝结水泵升压后，依次流经第1～4级的低压加热器。凝结水被初步加热，再作为电动给水泵的水源，经电泵升压，流经2台并列布置的第6、7级高压加热器后，进入核岛的蒸汽发生器，形成蒸汽的闭式循环。

1 凝汽器的设计特点

1.1 凝汽器设计特点

(1)AP1000核电汽轮机的凝汽器为三壳体、单流程、单背压、表面式热交换器。

(2)凝汽器被水平放置，冷却介质为海水。循环水进、出水管的方向为：从汽轮机向发电机看，循环水从右侧进入，左侧排出。

(3)设计AP1000凝汽器时，考虑了防异物冲击，在钛管区上方布置有两排位置交错的实心碳钢棒，呈“品”字形分布，防止蒸汽夹带的较大异物直接冲击钛管。

(4)凝汽器与低压缸的连接，采用橡胶补偿节进行柔性连接。凝汽器与设备基础为刚性支撑。在低压缸与凝汽器中间壳体过渡段之间，安装橡胶膨胀节，以吸收运行期间由热应力产生的位移。该膨胀节通过固定在内侧壳体的上下压板固定，压板外侧有3 mm厚的保护钢板，钢板被螺栓固定在上半压板上，防止蒸汽的冲刷。

(5)第1级和第2级抽汽管道，以及第1级和第2级低压给水加热器布置在凝汽器内部，每段抽汽管道上设置1个不锈钢波纹膨胀节，用以吸收管道的位移。抽汽管道上不设置逆止阀、隔离阀。抽汽由低压缸直接进入第1级、第2级低压加热器内，因此，机组运行时，不能对第1级、第2级的低压加热器进行维护。

(6)3台凝汽器编号为A、B、C。各凝汽器之间有平衡管相连。在相邻凝汽器的汽侧，用直径2.0 m的平衡管连通，用以平衡蒸汽侧压力。

(7)凝汽器设有检漏装置，可监测凝汽器钛管的泄漏情况。为了快速检测冷却管束、前管板、后管板的密封焊的泄漏情况，将每台凝汽器底部的热井，分隔成6个区域，每个区域各有单独的检漏接口引出管。

(8)凝汽器还设有两组真空测量管，用于性能试验及真空度监测。每个凝汽器有6个真空性能试验测量点和4个真空度监测点。

1.2 凝汽器的主要设计参数和材质

凝汽器的主要设计参数，如表1所示。

表1 凝汽器的主要设计参数

汽轮发电机组容量/MW1253凝汽器设计压力/kPa3.89冷却面积(3壳体)/m398,330冷却水温/℃20冷却水设计流速/m·s-12.4冷却管有效长度/mm18000冷却管尺寸/mmØ25.4(管壁分别为0.7与0.5)管板材质SA516Gr.60+SB265Gr.1冷却管材质SB338Gr.2水室材质SA285Gr.C+INNERRUB-BERLINING凝汽器净重(不含1号、2号低压加热器)/kN6865

2 凝汽器的结构特点

凝汽器本体由壳体、水室、冷却水管、热井及附属设备组成。如图1所示。

图1 凝汽器结构图

2.1 壳体

AP1000凝汽器壳体由主壳体、中间壳体(裙板壳体)等零部件组成。

主壳体由冷却管束、管板、管束支撑板、疏水盘、热井等组成。正常运行时，凝汽器内部处于真空状态，使用型钢和加强管以增强壳体承受真空的能力。此外，还设有众多的疏水接口，接收其它系统的疏水。

为了有效利用空间，在凝汽器的中间壳体内，布置了1号、2号低压加热器，同时，还布置有抽汽管组。中间壳体内部还布置有纵横交错的加强管、型钢等。运行期间，凝汽器内部呈真空状态，这种结构的壳体能承受真空负压。

2.2 水室

凝汽器水室是连接循环海水管路和凝汽器管板的中间部分。水室内设置了加强支撑管，2根抽空气管横穿水室。水室还配置了人孔，便于设备检修，每个水室各有上下2个人孔。在水室内表面和内部管件上，均衬有3 mm厚的耐腐蚀橡胶。水室的水位计为翻板式液位计。在出口侧水室的上部，设置了水侧磁翻板液位计，用以观察后水室上部有无空气进入。水室内为分隔布置，当凝汽器单侧关闭时，仍能维持另一侧的运行。

凝汽器水室的安装高度，由电厂厂坪标高和循环冷却水系统设计方案综合决定。合理选择凝汽器的安装高度，有助于在凝汽器出口处形成虹吸，以降低循环水泵的能耗。

2.3 管束

AP1000凝汽器的冷却管，应用了抗腐蚀性能较好的钛管，钛管的材质无毒性，宜使海生物在管壁上生长与繁殖。

凝汽器的钛管外径为25.4 mm，有效长度为18 000 mm，壁厚有两种规格，分别为0.5 mm(21 220根)和0.7 mm(1 800根)，薄壁钛管在管束内侧，外2层包绕着0.7 mm的厚壁钛管，防止蒸汽的冲刷；每个流程的管束分上下2层布置。管束的布置形式，如图2所示。在上下层管束中间，设有不凝结气体的抽气管，以提高凝汽器的热交换性能。钛管通过胀管和密封焊的形式固定在前后管板上，胀管长度为26 mm。

图2 凝汽器管束布置图

2.4 管板及管束支撑板

管板布置在凝汽器主壳体前后端的最外侧，前后管板均为复合板，管板与水室采用法兰连接，复合管板的钛板层直接与海水接触。

管束支撑板起到支撑、加固冷却管束和防止管束振动的作用。沿钛管纵向布置有27块厚度为16 mm的碳钢支撑板，管束支撑板的管孔数与管板相同，孔径略大，穿管前，暂不安装前管板，待全部管子穿完后，再安装前管板。前管板就位后，再将管子引入前管板的管孔。这种安装方式，可降低钛管的磨损，防止穿管时对钛管的划伤。

2.5 热井

每个凝汽器设置有2个热井，每个热井内均设置了不锈钢滤网，以防止杂质流入。另外，还设计了竖立的磁力棒，用以吸附金属杂质，防止金属杂质混入给水系统。在凝汽器热井内，均设有就地液位计。在凝汽器C热井内，还安装了水位远传液位变送器。通过正常补水管路，可将水位控制在正常范围内。

3 凝汽器的调试与运行

3.1 凝汽器的接口

凝汽器与循环水系统、凝汽器真空系统、凝结水系统、主蒸汽系统及疏排水系统分别相连。

(1)抽真空系统

低压缸排汽在凝汽器内部被冷却成凝结水，但还有不凝结气体聚集在凝汽器内部，必将影响凝汽器的换热性能。因此，在上下管束的中间位置，各布置了抽空气管，可将此类气体抽出并排出凝汽器。凝汽器的工作压力较低，具有较高的真空度，因此要求凝汽器本体及真空系统具有较高的密封性，防止空气漏入，降低真空度和污染凝结水。所以，在凝汽器汽侧，设置了3台水环式真空泵，抽空气管沿海水流动方向布置，每段的开孔数量呈逐渐减少趋势。

(2)主蒸汽系统

AP1000主蒸汽旁排的设计容量为额定容量的40%，每个凝汽器布置两路旁排管线。汽轮机旁排管线可防止旁排蒸汽直接冲刷凝汽器钛管。旁排管采用了双层套管结构，内层管汽孔沿管四周对称布置，外层管的汽孔布置，在管子中心线的下部两侧。考虑到旁路蒸汽温度较高，支架与管束之间不允许焊接。

当汽轮机旁排蒸汽流入时，喷淋管线向凝汽器内喷入喷淋水，以降低旁排蒸汽的温度。较新的设计方案，是将喷淋头安装在管线上部，有效避免了空气积聚在管线上部，防止产生水击现象。

(3)疏排水系统

与火电机组相比，核电机组的疏排水较多。除汽轮机本体疏水和高加、低加疏水外，核电机组还有汽水分离再热器MSR疏水。汽水分离再热器疏水分别为MSR壳侧疏水、一级再热器疏水和二级再热器疏水，为此类疏水，设置了相互独立的疏水系统，同时，也增大了凝汽器疏水管线的布置难度。

3.2 凝汽器的检测试验

凝汽器的试验主要有管侧的注水查漏试验、壳侧的凝汽器灌水试验及真空严密性试验。

(1)凝汽器管侧的注水查漏试验，主要是对凝汽器循环水侧水室法兰、人孔及各连接管道的焊缝进行查漏。关闭凝汽器循环水出、入口蝶阀，分别向出、入口蝶阀间的管道注水，检查有无泄漏。

(2)壳侧的灌水试验，是向凝汽器壳侧注入除盐水，灌水高度为膨胀节上部300 mm，静置24 h，检查凝汽器钛管、与凝汽器相连接的管道、阀门等有无渗漏现象。AP1000凝汽器为刚性支撑，设计有灌水支撑，因此，灌水试验时，无需再对凝汽器进行加固。

(3)凝汽器真空严密性试验有启动前的真空严密性试验和在机组带80%额定负荷以上时进行的严密性试验。前者通过3台真空泵在轴封系统投运情况下，对凝汽器及其相连的设备、管道进行抽真空，一般达到90 kPa即可。而后者是在机组带80%额定负荷以上工况下，停运所有真空泵，检查凝汽器真空度的下降情况。真空度下降率小于0.13 kPa为优秀，小于0.27 kPa为良好，小于0.40 kPa为合格。若真空度的下降速度大于0.67 kPa，则应停机查找原因。

3.3 凝汽器的单侧运行

当凝汽器的冷却水管被脏污，需要进行清理，或者，凝汽器冷却水管有泄漏，需要进行堵管操作时，可将机组负荷降至额定负荷的75%左右(根据凝汽器真空带负荷)，对凝汽器循环水侧进行单侧停运或隔离。

4 结 语

凝汽器的体积较大，接口较多。掌握AP1000核电凝汽器的技术特点，有助于指导汽轮发电机组的安全稳定运行。在凝汽器运行中，需特别注意某些事项。

(1)每根抽汽管道，均布置了不锈钢膨胀节，膨胀节至汽轮机的抽汽管道为不锈钢，膨胀节以下的抽汽管道为碳钢材料。如更换抽汽管道，需要距膨胀节500 mm之外的距离进行焊接。

(2)低压缸与凝汽器的中间壳体之间，采用橡胶膨胀节连接，未设置密封水，随着机组启停及运行时热膨胀，橡胶膨胀节存在泄漏风险，影响机组的真空度，运行中应引起重视。

(3)由于凝汽器管束布置的特殊性，抽气管线从管束中间伸出，穿过凝汽器水室后，再连接至真空泵。虽然抽空气管采用衬胶防腐，但由于衬胶工艺的特殊性，一般难以保证衬胶厚薄均匀、无气孔，难以长久保持抽空气管不受海水腐蚀，因此，在运行中，应加强对抽空气管的检查，以便及时处理。

(4)应做好凝汽器的防腐防垢监测工作，保持循环水加药系统的正常运行，控制循环水中的氯离子含量。利用停机检修时段，检查凝汽器水室、管板、支撑构件等部件的结垢、腐蚀和微生物的滋生情况，及时进行检查和处理。

[1] 廖亚民. AP1000核电厂常规岛系统初级运行[M]. 北京：原子能出版传媒有限公司，2011.

[2] 吴文龙，张小霓，张春雷. 凝汽器腐蚀与结垢控制技术[M]. 北京：中国电力出版社， 2012.

The Technical Features of AP1000 Nuclear Power Condenser

HU Wei-qing1，LUO Ji-jang2

(1.CPI Power Engineering Co., Ltd., Shanghai 200090, China;2.Shandong Nuclear Power Co., Ltd., Yantai 265116, Shandong, China)

The condenser in the nuclear power conventional island is one of the important auxiliary equipment in the nuclear power unit. The condenser performance directly influences thermal economy and safety of the unit. AP1000 nuclear power condenser is three-shell, single pass, single back pressure and surface type. According to the technical parameters requirements, this paper briefly introduces the design characteristics and structure characteristics and the test project of the condenser in the nuclear power. After fully recognizing and understanding the technical features of the condenser, suggestions for the operation precaution of the condenser are put forward, it is helpful for the debugging and operation of the AP1000 condenser.

nuclear power; conventional island; condenser; structure; characteristics; technology; parameter; operation

1672-0210(2017)01-0005-04

2016-10-27

胡伟卿(1984-)，女，工程师，硕士，从事核电机组的调试工作。

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