核电站常规岛采购模式与机组性能保证问题

核电站常规岛采购模式与机组性能保证问题

大型核电站常规岛设备是按岛采购还是按部件采购，具体要看国内自主设计能力以及业主自身管理水平和采购控制能力。所谓按部件采购就是汽轮机（包括进汽阀）、汽水分离再热器、发电机、冷凝器、回热加热器以及热力系统中的泵阀管道等设备分别招标采购的模式。无论采用哪种采购模式，汽轮发电机组热力性能一般都是以机组热耗率和出力的形式来保证的。然而，采购模式不同，机组热耗率和出力的物理含义和合同保证性质有着本质的区别，而合同中性能保证条件和工程后期相应的性能保证值考核试验以及计算方法也大不相同。从理论上弄清这些差别对于指导评标定标、合同谈判、工程设计中测点安排、仪器仪表选用以及考核试验准备是十分重要的。

1 不同采购模式下汽轮机组热力性能保证的实质

蒸汽动力循环中汽轮机组热力学性能一般通过机组热耗率来衡量，有时也用汽耗率或循环效率表示。根据热力学原理，汽轮机组热耗率除与热端（反应堆蒸汽与给水）参数、冷端（环境温度）参数和汽轮机本身性能有关外，还与循环系统中的发电机、汽水分离器、冷凝器、给水回热加热器、给水泵机组性能以及原则性热力循环系统中的管道压损有关。如果按岛采购，即系统中所有热力设备为一个合同包，此时合同中的汽轮机组性能保证值是对原则性热力系统中全部热力设备性能的综合保证，保证值的边界条件是蒸汽动力循环的冷、热端参数和影响发电机性能的电气参数。如果按部件采购，汽轮机供应商投标书中的汽轮机组热耗率和出力的保证值虽然也是原则性热力系统中全部热力设备性能的综合指标，但在合同意义上其保证性能仅仅针对汽轮机本身，因此按部件采购模式下汽轮机组保证值的边界条件除按岛采购中的冷、热端参数和电气参数外，还必须增加循环系统中各个辅助热力设备与管道的性能参数。此时汽轮机组热力性能保证的实质是汽轮机本身的相对内效率和出力。按部件采购模式下汽轮机供应商之所以用机组热耗率而不用汽轮机相对内效率来保证汽轮机本身热力性能的原因主要是相对内效率仅能反映汽轮机通流部分设计水平，而热耗率和出力的组合指标既能反映汽轮机本体设计水平，又能反映电站总体设计水平。另外无法现场直接测量汽轮机相对内效率也是一个因素。因为核电站汽轮机高压缸和低压缸末级工作在极不均匀的汽水两相区，而末级不均匀汽水两相区蒸汽湿度测量是个难题，因而汽轮机低压缸排汽状态和相对内效率也就不易确定。

2 不同采购模式下汽轮机组性能保证的主要条件

2.1 按岛采购模式

在按岛采购模式下，汽轮机组热力性能保证值的边界条件主要是热力循环系统的边界参数：

主蒸汽压力；

主蒸汽湿度；

循环水流量与温度；

发电机功率因数和电网周波；

发电机氢气纯度和压力（对氢冷发电机而言）。

工程后期汽轮机组考核试验时，如果以上参数偏离常规岛供应合同中规定数值时，则需按供应商事先提供的修正曲线对试验热耗率进行修正，然后才能与保证值对比，以检验机组是否得到合同保证性能。

2.2 按部件采购模式

在按部件采购模式下，汽轮机组热力性能保证条件分为两类：第一类为系统保证条件，第二类为与按岛采购模式一样的参数保证条件。系统保证条件主要包括：

汽水分离器出口蒸汽湿度；

再热器端差；

汽水分离再热器压降；

各级抽汽管道压损；

各面式加热器的抽汽端差（上端差）；

各面式加热器的疏水端差（下端差）；

主给水泵与凝结水泵焓升；

汽动泵组汽耗量；

冷凝器热阱凝结水过冷度；

与合同规定热力循环不符的系统结构修正（如某一加热器被隔离、试验时系统排污和补给水等）；

系统不明泄漏；

系统中容器（如除氧器、冷凝器、蒸汽发生器）水位变化。工程后期考核试验时，如果系统和参数均偏离合同规定状态，首先要将热耗率试验结果对系统进行修正（第一类修正），然后再对参数进行修正（第二类修正），修正后的热耗值才能直接与合同保证值对比。

3 不同采购模式下性能保证值考核试验与修正方法

3.1 按岛采购模式

按岛采购的情况下，汽轮机组性能保证值是对全部热力设备性能的综合保证，它反映了在规定条件下汽轮机及其辅助热力设备的整体性能。考核试验的原理、方法和手段比较简单，需测量的参数主要有给水流量、压力和温度、主蒸汽压力和湿度、发电机功率等。试验结果的修正是按供应商提供的一组参数修正曲线将实测热耗从试验状态参数修正到保证状态参数。因此在合同谈判过程中须对修正曲线的正确性进行核实并最终在合同中确认。大亚湾与岭澳核电站均采用了此种模式与相应的考核试验方法。

3.2 按部件采购模式

按部件采购的情况下，汽轮机组热耗反映的是在规定参数和规定辅助热力设备性能条件下汽轮机及其辅助热力设备的整体性能。与按岛采购模式相比，汽轮机组热力性能保证边界的变化使得性能保证值考核试验与修正方法具有以下特点：

（1）为了对系统状态、结构和辅助热力设备的性能进行修正，工程设计阶段需安排的测点数量将大大增加。

（2）在进行参数修正之前必须先进行系统修正，即第一类修正。与参数修正不同，供应商不提供具体的辅助设备性能修正曲线，而是在试验数据的基础上通过回热系统热平衡计算来完成。（3）由于第一类修正过程需对回热系统进行热平衡计算，因此处于两相区的各级回热抽汽焓值须由蒸汽湿度参数确定。

（4）与主蒸汽湿度测量相比，抽汽湿度的测量难度更大。尽管国外有关标准推荐使用放射性示踪技术测量汽轮机抽汽湿度，但这一技术至今在国内还没有工程实践。

按部件采购模式下的性能保证考核试验修正计算的简要步骤为：

（1）用试验数据对各级加热器进行热平衡计算并求出各级抽汽量。

（2）围绕汽轮机本体进行能量平衡计算，并求出汽轮机低压缸的排汽总焓（图1中的点6）。汽轮机轴功率由电功率、电机效率和轴承损失求出。

（3）根据汽轮机供应商提供的排汽损失曲线计算汽轮机低压缸膨胀线终点焓（图1中的点5）。

（4）由于第一级抽汽处于汽水两相区（图1中的点4），抽汽焓不能由压力和温度确定。同时该级加热器往往布置在冷凝器喉部，抽汽管道短而粗，且很少有弯头存在，所以也不适合应用放射性示踪技术确定抽汽湿度或焓值。因此在进行上述计算前须先假设第一级抽汽焓值。然后利用膨胀线与抽汽点之间的数学关系进行迭代计算，最终确定第一级抽汽参数、膨

胀线终点焓和低压缸排汽总焓。（5）以实测的汽轮机抽汽口参数为基准，人为将合同中的系统保证条件施加到热力循环系统中，再造一组系统热平衡数据，并计算系统修正后的各级回热抽汽量。