梁文宇 杨月胜
福建福清核电有限公司 福建福清 350300
摘要：世界核电发展已经走过半个世纪的历程，其作为一种清洁能源，技术已经成熟，安全可靠性得到了实践验证，供应能力较强，已成为国家能源电力战略的重要组成部分。但是，目前我国核电汽轮机的发展还不够完善，不能满足国家发展的进一步需要。因此，我们应从核电汽轮机的技术和特点等方向入手，结合国家的发展的需要，分析核电汽轮机的未来发展方向。
关键词：核电汽轮机；发展；特点
1核电厂汽轮机概述
汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。它的主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。在采用化石燃料（煤、石油和天然气）和核燃料的发电厂中，基本上都采用汽轮机作原动机。有时，汽轮机还直接用来驱动泵，以提高电厂的经济性或安全性。来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。由于汽轮机排气口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排气口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。做完功的蒸汽称为乏汽，从排气口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水。此凝结水由凝结水泵抽出送往蒸汽发生器构成封闭的热力循环。为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保持较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。若任空气在凝汽器内积累，必使凝汽器内压力升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功；同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化。这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。
2核电汽轮机的特点
2.1运行维护特点
第一，运行特点。核电汽轮机蒸汽发生器的热平衡方程式为P=kF(Tavg- TSG)。其中：P表示蒸汽发生器产生的热功率，K、F表示蒸汽发生器的传热系数和传热面积，Tavg表示反应堆冷却剂平均温度，TSG表示蒸汽发生器内蒸汽温度。可以看到，提升核电汽轮机功率，如果保持新蒸汽参数恒定不变，则要提升反应堆平均温度Tavg这就要求反应堆平均温度Tavg有一个较大的变化范围。要求一回路系统具有较大的体积补偿能力和较大的温度反应性补偿能力。第二，维护特点。由于核电汽轮机工作蒸汽为饱和蒸汽，经过汽轮机作功后湿度较大，一般对于汽轮机零部件的冲刷比较大，因此维护时注意检查结合面的漏汽、零部件的侵蚀、管道的冲刷腐蚀、疏水的排放情况等。从核电汽轮机的维护特点而言与常规火电相比没有太大的区别。
2.2适应高压缸处于湿蒸汽条件下工作
核电站汽轮机整个高压缸均处于高压湿蒸汽中工作，低压缸又较早地进入湿蒸汽区，并有较大的排汽湿度。其经济性和安全可靠性在很大程度上取决于湿蒸汽通流部分的去湿和防蚀。蒸汽中的水在持环和隔板中借级间压差经去湿槽抽去。由于积水会造成严重的水冲击损坏事故，甩负荷时大量水分蒸发会加大汽轮机超速的危险性，因此除了汽轮机的结构设计和运行都应保证正常疏水外，低压缸也较火电汽轮机低压缸更注意去湿或在较多级动叶片上采取镶焊硬质合金片等防水蚀措施。湿蒸汽使核电站汽轮机中的零部件受到不同方式的侵蚀腐蚀，包括湿蒸汽流经表面的水刷和结合面间的隙蚀。此外，在低压缸过渡区的高应力区还会发生应力腐蚀。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆侵蚀最早发现于核电站汽轮机高压缸的中分面、隔板中分面和连通管道中，这种现象不同于单纯的水滴侵蚀。抵抗侵蚀腐蚀可选用13%铬钢或Cr18Ni9Ti钢;在某些情况下，选用2.5%铬的合金钢封条。此外，降低流速和增加给水碱度均可抗蚀或降低侵蚀腐蚀速度。
3核电汽轮机的发展与展望
3.1我国自主设计的反应堆
（1）CNP1000除了引进第三代的反应堆，我国还自行研制开发改进的压水堆，这就是具有自主知识产权的CNP1000。根据上海核工院提供的CNP1000的数据，上海汽轮机有限公司计算出相应的汽轮发电机组的电功率是1070MWe左右。CNP1000计划安装于秦山一期的方架山。电站设计寿期60年。目前CNP1000核电站初步设计方案已经通过专家组的审查。评定为:“CNP1000的设计是完整的，符合要求的，无论在性能、经济和安全上都比我国大陆现在运行的核电站水平高，达到了国际上第二代改进的水平”。（2）高温气冷堆高温气冷堆发电技术是我国最新开发出来的拥有自主知识产权的新一代核能发电技术，其主要特点之一是安全性较好。为使这项成果在我国的电力建设领域中得到推广应用，加快我国电力技术进步，中国华能集团公司、中国核工业建设集团公司和清华大学决定共同投资建设一座高温气冷堆商用示范电站，并于2005年8月17日获国家发改委批复同意，可能选址山东威海。根据清华大学、华东电力设计院和上海汽轮机有限公司进行的常规岛可行性设计，高温气冷堆汽轮发电机组的最大功率为200MW。
3.2中国核电汽轮机的展望
经过２０多年的发展，我国已基本掌握核电汽轮机设计、制造的关键技术，可以为核电的发展提供有力的支撑。核电汽轮机的发展取决于核岛技术的进步，因此，各制造厂有必要对未来国内外核岛技术的发展做出预判，从而实现提前布局。在1000MW等级及以上压水堆核电技术方面，未来的趋势是向着更高功率等级的方向发展，并逐步摈弃二代以及二代半技术，全面进入三代堆型建设期。当下中国百万等级核电三代堆型市场主要是以AP1000、ACP1000和华龙１号堆型为主，其中对于ACP1000和华龙１号堆型，我国拥有自主的知识产权，是核电走出去的主力堆型。这些堆型对应的核电汽轮机技术已经成熟，完全可以实现国产化。此外，我国自主研发的CAP1400堆型已经开建，所对应的汽轮机输出功率等级约1500ＭＷ；CAP1700核岛堆型的关键技术正在联合攻关，所对应的汽轮机输出功率等级约为1900ＭＷ。针对这两个堆型所对应的核电汽轮机，各家制造厂正在积极进行技术准备，如开发大口径阀门、开发更长的末叶片以使得技术更具经济性，但总体来说不存在无法攻克的技术难题。
百万等级核电汽轮机未来发展的另一个方向是空冷核电汽轮机，如果国家“十三五”规划对内陆核电解禁，则空冷核电汽轮机的市场需求就不会遥远。上汽百万等级核电汽轮机结构本身就适用于空冷汽轮机，且在空冷长叶片的开发上具有雄厚的技术实力，因此核电汽轮机的开发没有技术瓶颈。
对于压水堆核电汽轮机，除了向更高功率等级发展外，另一个方向是小型模块化反应堆的发展，国内如中核的ACP100堆型，中科华的ACPR100、低温堆、ACPR50S，国外如美国NUSCALE、MPOWER、SMP堆型，韩国SMART堆型，俄罗斯KLT-40S堆型，阿根廷CARE-25堆型等。小型堆具有安全性高、集成度高、建设周期短等特点，项目集合供热、制冷、海水淡化、船用等其他功能，具有很好的市场前景。从目前汽轮机的参数看，其压力等级更类似于火电的超高压汽轮机，采用全转速设计，功率多在50~125MW之间，汽轮机技术成熟度高。
总结
本文简述核电汽轮机的理论、分析其特点，在此基础上分析核电汽轮机未来的发展情况，不仅可以使更多的人了解核电汽轮机，还能够使其在核电汽轮机的发展中发挥出更加积极的作用，使我国核电汽轮机的发展满足国家发展对技术和能源等资源的需求。
参考文献
[1]胡志强,徐嗣华.核电汽轮机抗震分析方法的发展和应用[J].热力透平,2015,44(04):290-295.
[2]罗吉江.AP1000核电汽轮机的去湿防蚀技术[J].热力透平,2014,43(04):265 -268.
[3]王朋,霍鑫,丁玉明.核电汽轮机焊接转子技术发展综述[J].热力透平,2015,44(04):296-299+305.
[4]何阿平,沈国平,黄庆华,贺小忠.中国核电汽轮机发展与展望[J].热力透平,2015,44(04):225-232+238.
论文作者:梁文宇,杨月胜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：汽轮机论文; 核电论文; 蒸汽论文; 凝汽器论文; 技术论文; 反应堆论文; 等级论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;