取消常规岛蒸汽转换系统（STR）可行性分析和改造方案

摘要：本文主要介绍某核电厂取消蒸汽转换器系统（STR）所涉及的一系列改造内容，分析了取消STR系统的可行性。本文提出的改造措施，能够让核电机组更安全、高效、稳定的运行。

关键词：蒸汽转换器系统（STR）；系统改造；核电机组安全、稳定运行

1 概述

核电站蒸汽转换器系统（STR），主要分布在常规岛20.5m层，

是为下游用户提供二次辅助蒸汽的系統。每台机组各配一套蒸汽转换器系统是目前国内1000MW核电机组的主流设计。根据某电厂运行的反馈，STR运行缺陷较多、且操作繁锁，国内也有因蒸汽转换器管侧严重泄漏而造成的停机事件。

本文所阐述的机组改造，将蒸汽转换器系统取消。原先由该系统提供给下游用户的辅助蒸汽，将由来自VVP的主蒸汽经过减压后直接提供。

2蒸汽转换器系统的工作原理、主要构成

2.1蒸汽转换器系统的工作原理

该系统的作用是为电厂提供辅助蒸汽。具体的工作原理：来自VVP的主蒸汽经过降压调节阀，降压至2.18Mpa进入蒸汽转换器进口联箱。将热能传给管侧来自SEP的除盐水，产生辅助蒸汽（1.2MPa、188℃、额定流量为37t/h）。辅助蒸汽由SVA送至核岛和常规岛的各个辅助蒸汽下游用户。蒸汽转换除氧器接收SVA产生的冷凝水，同时也接收来自SEP的除盐水补水。

2.2蒸汽转换器系统的主要构成

蒸汽转换器系统除蒸汽转换器以外由以下辅助设备组成：蒸汽转换器除氧器、疏水冷却器、疏水罐、排污箱、蒸汽转换器给水泵以及对应的阀门、管道、仪控测点组成。

2.3蒸汽转换器系统的所影响的下游用户

机组正常运行时，蒸汽转换器系统所产生的二次蒸汽是辅助蒸汽系统的唯一来源，所以蒸汽转换器所影响的系统（下游用户）主要有：除氧给水系统（ADG）、汽轮机轴封系统（CET）、热水生产系统（SES）、硼回收系统（TEP）、废液处理系统（TEU）、废液处理系统（TEG）、辅助给水系统（ASG）、辅助给水汽动泵定期试验用汽。经过此次改造，这些系统的辅助蒸汽将由主蒸汽减压后直接提供。

3蒸汽转换器系统改造可行性分析

常规的火电机组是没有类似于STR这种产生二次辅助蒸汽的系统。常规机组的辅助蒸汽直接由锅炉冷段蒸汽和汽轮机抽汽提供。因为常规机组产生的锅炉蒸汽没有放射性污染，所以没必要设计产生二次辅助蒸汽的系统。核电机组设计该系统的初衷主要是考虑到如果核岛一回路的蒸汽发生漏泄，势必污染二回路的主蒸汽。而STR系统的作用就是隔离主蒸汽与辅助蒸汽的直接接触，从而避免主蒸汽的污染通过辅助蒸汽而扩大，造成更加严重的后果。然而到目前为止，没有发生过一起因一回路污染扩散而影响到二回路系统的类似事件，也就是说STR系统的“隔离”没有真正发挥过作用。

取消STR系统首要考虑的是放射性蒸汽污染扩大的问题。在辅助蒸汽的下游用户中，只有辅助给水汽动泵定期试验用汽是开环的。定期试验用汽为5t/h，直接排大气，但辅助给水汽动泵定期试验不需要连续供汽，用汽的时间、频率根据定期试验的周期有规律可循。可通过检测主蒸汽的放射性含量，控制合理的用汽时间，可以避免上述情况发生。辅助蒸汽的下游的其它用户，均为闭环（改造项目完成后，这些用户的蒸汽与蒸汽发生器是接触的），理论上不存在放射性蒸汽污染到大气的风险。

基于单一故障准则在核电厂在广泛应用，取消STR系统可以减少机组的运行中因丧失辅助蒸汽而发生的降功率、停机、停堆事件的概率。机组正常运行时，STR是辅助蒸汽的唯一来源。如果STR系统因管侧大面积泄漏而意外停运时，辅助蒸汽生产系统（XCA）将取代STR为辅助蒸汽提供汽源。而辅助蒸汽生产系统为两台机组共用的系统，从热备用到正常运行提供符合要求的辅助蒸汽，需要大约10分钟时间。在这种特殊的工况（STR意外停运）下，辅助蒸汽产系统这个大部分时间都处于热备状态下的系统，将成为实际意义上的SPV设备（关键敏感设备）。从提高机组安全可靠性考虑，应最大限度的减少SPV设备，取消STR系统可以有效规避此类风险。

4蒸汽转换器系统改造具体内容

4.1实施改造的前期准备工作

此次改造施工前期需做大量的技术准备工作，需出详细的设计报告、阀门选型规格书、更改系统流程图、系统手册、管道（支吊架）安装图、相关的逻辑图、模拟图、I/O清单、报警手册、DCS端接图。此次改造主要涉及机械和仪控两个专业，在机组大修期间实施。

4.2 实施改造机械专业主要工作内容

机械的主要工作内容为管道改造和焊接、支吊架重新布置、调节阀的选型和安装。详细如下：

1.现场割除主蒸汽至STR入口管道、STR出口至辅助蒸汽管道，新增连接管道，将割除出的两个管口与新增连接管道重新焊接。对蒸汽转换器的进、出口管道进行封堵。

2.新增主蒸汽至辅助蒸汽调节阀和旁路调节阀，调节阀的进口管径：Φ114.3×9.53、出口管径：Φ273×9.53（原调节阀的进口管径：Φ114.3×9.53、出口管径：Φ219.1×8.18）。

3.由于改造后，STR系统将停运，其它系统与STR衔接的阀门全部改常闭型隔离阀。（下图为改造实施后辅助蒸汽系统用户分配图）

4.3实施改造仪控专业的主要工作内容

仪控改造主要内容为详细如下：

1.取消和STR相关的模拟量和开关量测点、DCS系统里对应的I/O点全部删除。此次改造取消的STR测点共计约73处（包括：温度、压力、水位、报警 等）。

2.与STR相关联的系统如凝结水抽取系统CEX、给水除氧器系统ADG等，其控制逻辑中和STR相关的部分同步取消。

3.新增主蒸汽至辅助蒸汽压力、疏水袋液位测点等测点。

4.KIC二层画面将整个STR系统删除，包括其它系统中与STR系统相关的二层画面，同时需对SVA系统二层画面作部分修改。

5.新增调节阀的控制逻辑、新增报警卡，需进行组态和下装，并在模拟机上验证逻辑的正确性。

5蒸汽转换器系统改造产生的影响及应对措施

1. 辅助蒸汽原先由STR系统提供，改造完成后将由主蒸汽直接提供，主蒸汽的压力（绝对压力6.63Mpa）远大于辅助蒸汽所要求的压力。

应对措施：在辅助蒸汽进汽母管加装减压调节阀和减压旁路调节阀，在调节阀和旁路调节阀后端增加蒸汽压力测点，根据阀后压力设定值，自动调节阀门开度从而使辅助蒸汽压力满足系统要求。

2.主蒸汽直接提供辅助蒸汽，若主蒸汽放射性污染，将直接扩散至辅助蒸汽。

应对措施：调节阀和旁路调节阀前端加装电动隔离阀，通过辐射监测系统（KRT）连续监测主蒸汽放射性含量。若监测到放射性含量超标，自动关闭电动隔离阀，辅助蒸汽的汽源改由电锅炉提供。

6核岛辅助蒸汽疏水处理

运行中的蒸汽转换器除氧器接收来SVA的冷凝疏水，如果STR系统取消，停运的蒸汽转换器除氧器将无法接收来SVA系统核岛侧的冷凝疏水。

核岛辅助蒸汽疏水主要为硼回收系统（TEP）和废液处理系统（TEU）系统的凝结水，经SVA系统的凝结水回路回收到辅助蒸汽平衡箱（SVA001BA）中，平衡箱中由辐射监测系统（KRT）连续监测其放射性，然后在测定出放射性时，它们转向核岛排汽疏水系统（RPE），否则通过辅助蒸汽疏水泵（SVA001PO或SVA002PO）排入STR系统辅助蒸汽除氧器中。

關于核岛辅助蒸汽疏水的处理，有2个可行的方案可供选择。

方案1：将核岛辅助蒸汽疏水管道直接接至蒸汽转换除氧器溢流管道，直接排至凝汽器。此方案的优点为核岛辅助蒸汽疏水管道和蒸汽转换除氧器溢流管道在布置上是非常靠近的，因此只需增加一个三通及500mm左右管道即可完成改造，核岛SVA来疏水就可以利用蒸汽转换除氧器溢流管道直接排至凝汽器。此方案的缺点为如果核岛来疏水含有放射性物质，则将污染整个凝汽器，缺乏保护措施。

方案2：将核岛SVA来疏水接至主蒸汽疏水扩容器（VVP101BA），通过主蒸汽疏水扩容器（VVP101BA）排至常规岛废液收集系统，主蒸汽疏水扩容器（VVP101BA）容量为3.5 m3，在核岛SVA来疏水管道上安装节流孔板对疏水量进行控制，同时打开SVA001PO或SVA002PO最小流量再循环，以确保核岛SVA来疏水量不会过大超过主蒸汽疏水扩容器（VVP101BA）容量。此方案的优点为在排至常规岛废液收集系统前有主蒸汽疏水扩容器（VVP101BA）作为存储容器，如果核岛来疏水含有放射性物质则主蒸汽疏水扩容器（VVP101BA）可以作为第二道防线。缺点为整体管道跨度远，改造工程量大，实施困难。

由于辅助蒸汽平衡箱（SVA001BA）的疏水接受辐射监测系统（KRT）的连续监测，若监测放射性污染，则疏水排向核岛排汽疏水系统（RPE）。所以核岛辅助蒸汽疏水可以认定为无放射性污染，结合现场实际的考虑，本次改造采用方案1。

7总结

在本次改造实施完成后，机组己正常、稳定运行一个大修周期，在此期间辅助蒸汽分配系统没有出现过一起缺陷和抢修，运行反馈良好。经过本次改造后简化了运行的操作、降低了维护成本、提高机组的运行效益和安全稳定性。如将此成功经验应用到国内新建机组，可以大大减少设备采购成本，对于国内同类型的核电机组也有一定的借鉴和参考意义。

（作者单位：中核武汉核电运行技术股份有限公司浙江分公司）

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