传承与发展——秦山一期核电站汽轮机的增容改造项目

上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂

   秦山核电站开创了我国和平利用核能的先河。1970年,在周总理的指示和关怀下,老一辈核电人开拓进取,努力专研,耗时十余载,开展了大量的关键技术攻关和经验总结,终于实现了“零的突破”,使我国成为世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。

 

 

   汽轮机是核电站里重要的设备之一,承担着将原子核分裂产生的热能,通过蒸汽介质膨胀的形式转化为机械能,进而转化为电能的关键角色。上世界80年代我国的汽轮机研发技术还不发达,电厂的主力机组仍为12.5万千瓦机组,更不要提30万千瓦等级的核电机组了。上海汽轮机厂作为新中国发电装备的摇篮,光荣的承担了首台核电汽轮机的研制任务。上汽人发扬“万众一心、爬坡登峰”的企业精神,在对引进技术消化吸收的基础上,广泛调研、努力攻关,历时三年,首台核电产品于1988年试制成功。该机组1991年首次并网发电,各项运行指标均达到甚至优于设计要求,并在后续的运行中表现出了很高的可靠性。由于该机型的成功,上汽人再接再厉,后又承接了4台升级机型,出口到巴基斯坦恰希玛核电站。

   弹指一挥,时间来到2016年,秦山一期核电站已安全运行了25年,接近其30年的设计寿命。根据国外经验,到役核电站要么永久退役,要么进行延寿。不同于火电站,核电站的退役成本平均高达5亿美元,且需要新建新的电站来补充用电缺口,综合成本十分高昂。而通过严格评估保证安全的前提下,延长核电站的使用寿命,具有超高的经济效益。因此秦山核电用户及早规划,借鉴国外经验,开展了运行许可证延续项目的准备工作。针对常规岛汽轮机设备,由于其也接近了原始设计寿命,业主提出希望通过技术升级改造,一方面延长该机组的使用年限,另一方面进行增容,提高电厂经济性。上汽团队继承前辈“一丝不苟,精益求精”的企业文化,应用最新的汽轮机设计技术,对该机型进行了全面升级。改造机组于2018年投运之后,各项指标均优于设计值,机组出力从改造前的320MW提升至357MW,且再可以运行40年。按照年运行小时数7500小时计算,改造后机组每年可额外多发电2.8亿度,增加1.1亿元人民币的收入,减排温室气体31.5万吨。而相比较于机组直接退役模式,延寿后秦山核电站不仅节约了约40亿元人民币的电站退役费用,而且接下来的20年中,每年可继续发电26.8亿度,实现10.7亿元产值,温室气体减排300万吨。于国家而言,也节省了可观的新电站的建设费用。

   秦山核电站的运行许可证延续工作,不仅为我国陆续达到设计寿命的核电站开展延寿工作积累了经验,而且证明应用最新的汽轮机设计技术,对老机组进行改造,还可以增加可观的收益。本次汽轮机改造的目标包括:1)通过优化热力通流能力,来提高机组效率;2)通过适量释放核岛裕量,增加出汽,来提升机组出力;3)对原设备运行长久后所发现问题的优化;4)新设备的设计寿命为40年,满足常规岛延寿的需求。改造原则为保持汽轮机基础不变,保持汽轮机高、低压外缸不变,与辅助设备的接口不变,与辅助设备的接口参数相当。改造范围包括汽轮机高、低压通流整体升级,与通流配套的转子和内缸结构优化,控制系统一体化改造,以及润滑油系统改造等。改造过程充分应用了当代最新的汽轮机设计技术,使得老机组焕发新生,具备与当代新建电站汽轮机相似的经济性、可靠性和易维护性。本次改造的技术先进性主要体现在以下几个方面:

   采用高效通流设计技术,应用先进的AIBT技术,全面替代原直叶片,改造后通流效率可提升约1.6%。

   采用整体化高压内缸、新型低压斜置径向隔板内缸,不仅减少了汽缸内漏风险,而且大幅简化了部件结构,降低了应力水平和蒸汽流动压损,简化了设备维护程序。

   通过可靠的辅助系统设计,包括低压轴承重新设计和冷油器重新选型,消除机组安全隐患,使机组更安全、可靠。

   通过DEH&RTC&ETS一体化改造、可靠的超速保护系统设计、测量信号模拟化、主汽门控制辅助系统优化、主汽门油动机优化等方式,优化汽轮机的控制,提高运行可靠性,使电厂更现代化更易于监测,也为电厂的智能化提供了基础。

   通过上汽“移动工厂”项目,直接在现场对非改造部件进行照配加工,可以避免非改造设备的拆除返厂,极大地节约了的工期和成本。

   本项目实现了中国核电汽轮发电机组运行寿命延长及增容改造的零突破,探索了最新的汽轮机设计技术在较老核电机组上应用方式,以及机组改造后与各未改造辅助系统的无缝融合,为我国后续核电项目汽轮发电机组改造积累了丰富的经验。机组出力由改造前的320MW提升到357MW,机组的热耗由改造前的10122.8kJ/(kW•h)降至10038.6kJ/(kW•h),与国外同类项目——恰希玛C3/C4机组对10368.8kJ/(kW•h)的热耗,具有相当优势。通过改造,对改造前长期运行时产生的安全隐患进行消除,满足电厂安全、可靠、高效运行的要求。秦山一期改造技术和经验可以直接应用于与之相似的巴基斯坦恰希玛C1-C4机组,而且也可以推广到采用类似技术风格的600MW等级核电机组,具有广阔的推广前景。

Copyright © 2011 上海市核电办公室 沪ICP备2022026005号-1