李建業(yè) 馬國棟 馬澤龍 閆明

摘 要：安全廠用水系統(tǒng)（SEC）是用來將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）收集的熱負(fù)荷輸送到最終熱阱—海水，同時(shí)作為冷卻系統(tǒng)的一部分，它又具有安全功能，在正常運(yùn)行和事故工況下能把從安全有關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件來的熱量輸送到最終熱阱。SEC系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行是整個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行的前提。該文在通過分析杭州灣水質(zhì)特殊情況，結(jié)合安全廠用水系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，分析原因，探討解決辦法和改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：安全廠用水 泥沙磨損 汽蝕

中圖分類號(hào)：TL36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（c）-0063-01

秦山二廠安全廠用水系統(tǒng)（SEC）作為核電站的一個(gè)重要輔助系統(tǒng)，其功能是將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）的熱負(fù)荷傳遞給最終熱阱—海水。它由兩組與安全有關(guān)的冗余系列組成。無論在正常運(yùn)行工況下或在事故工況下，都應(yīng)將與安全有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備和部件（如EAS、DVH、RRA、PTR等）中的熱量轉(zhuǎn)移給最終熱阱。

1 SEC系統(tǒng)運(yùn)行中的問題

SEC系統(tǒng)作為核島設(shè)冷水熱負(fù)荷的最終熱阱，只有在本系統(tǒng)能正常連續(xù)運(yùn)行的條件下，才能保證核島其余系統(tǒng)的正常運(yùn)行和熱量的正常導(dǎo)出。秦山二期SEC系統(tǒng)投運(yùn)以來，相關(guān)的檢修記錄表明其設(shè)備的故障率較高，而故障原因大部分為設(shè)備因磨損損壞。根據(jù)工作票統(tǒng)計(jì)，2013年秦山二期核電廠1SEC反沖洗水泵解體、軸封漏水消缺類檢修工作共18次。由于SEC泵和反沖洗水泵為核安全相關(guān)設(shè)備，每次檢修都涉及I0工作，頻繁檢修隔離導(dǎo)致安全廠用水系統(tǒng)的可靠性嚴(yán)重降級(jí)。

2 原因分析

2.1 泥沙磨損

當(dāng)泵停運(yùn)時(shí)，泥沙淤積在泵入口管道和泵殼內(nèi)。當(dāng)泵重新啟動(dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)，葉輪帶動(dòng)泥沙拌著水流高速攪動(dòng)，開始時(shí)就象沙紙打磨一樣，對(duì)泵的水力部件產(chǎn)生嚴(yán)重的泥沙磨蝕，當(dāng)泵平穩(wěn)運(yùn)行后，水中的泥沙在離心力的作用下，大部分集中在葉輪流道的外側(cè)和高壓區(qū)，并繼續(xù)對(duì)泵體內(nèi)各部件進(jìn)行磨損。

杭州灣為東西走向的喇叭型強(qiáng)潮河口灣.杭州灣河床起伏不大，但是平面收縮強(qiáng)烈，沿程潮差急劇增大，在長江口南下水、錢塘江徑流和東海潮波共同影響下，具有潮強(qiáng)流急、含沙量高的特點(diǎn)，構(gòu)成杭州灣北岸灘地和水下斜坡的沉積物主要為細(xì)沙、粉砂、砂質(zhì)粉砂和粘土質(zhì)粉砂。

海水所含沙型以石英和正長石為主， 為直徑小于0.1 mm（95.1%）的細(xì)顆粒粉沙，它的硬度很高，形狀多為棱片狀，海水中CL離子含量5677.87 mg/L，DO（溶解氧）含量8.9 mg/L，杭州灣海水為含有大量細(xì)沙和腐蝕性介質(zhì)的固液兩相流，所以對(duì)秦山二期的安全廠用水系統(tǒng)運(yùn)行影響較大（表1）。

2.2 汽蝕

當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在葉輪中心處會(huì)形成低壓，當(dāng)葉片入口附近的壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體就在該處發(fā)生汽化并產(chǎn)生氣泡，在離心力的作用下，氣泡隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，氣泡在高壓作用下，迅速凝結(jié)，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，瞬間內(nèi)周圍的液體即以極高的速度沖向氣泡中心，眾多的液體質(zhì)點(diǎn)象細(xì)小的高頻水錘撞擊著葉片，造成沖擊和振動(dòng)，泵在這種狀態(tài)下長期運(yùn)轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致水力部件金屬表面的剝蝕，并在其表面形成大小不一、蜂窩狀的孔洞。這種現(xiàn)象就是汽蝕。

核二院2003年6月根據(jù)SEC泵自2002年4月—2003年4月間運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，找出泵入口的最低壓力，并計(jì)算出此期間泵的NPSHa為12.16 m，大于泵所要求的NPSHr（10.3 m），故SEC泵在正常運(yùn)行狀況下是不會(huì)發(fā)生汽蝕。那么為什么SEC泵會(huì)存在汽蝕現(xiàn)象呢？

在原設(shè)計(jì)中，為防止泥沙在暗渠中沉積，設(shè)置了攪沖裝置，但攪沖裝置的設(shè)計(jì)流量過小，未能起到預(yù)期的作用。在泵切換運(yùn)行或停運(yùn)檢修時(shí)，SEC泵在暗渠的入口部位以及入口管道和泵體內(nèi)余留海水中的泥沙開始淤積，泥沙將堵塞管道或泵吸入口，使有效過流面積減小。

SEC泵在啟動(dòng)時(shí)泵吸入的不是水，而是大量的泥沙。這些泥沙會(huì)使泵入口的通流截面積減小，水的吸入量減小，流速升高，而壓強(qiáng)相應(yīng)降低，當(dāng)該處的壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下水的飽和蒸汽壓時(shí)，泵內(nèi)就會(huì)發(fā)生汽蝕，而當(dāng)泵處于頻繁地間斷性停啟狀態(tài)時(shí)，泵內(nèi)就會(huì)多次發(fā)生汽蝕，久而久之就會(huì)造成泵內(nèi)各部件的損壞。

3 改進(jìn)措施

3.1 通過改變運(yùn)行方式來改善泥沙淤積現(xiàn)象

在機(jī)組運(yùn)行之初，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，A.B列4臺(tái)100%SEC泵只要求運(yùn)行一臺(tái)即可。由于備用列SEC泵入口泥沙淤積嚴(yán)重，故A.B列正常運(yùn)行時(shí)均保持一臺(tái)泵運(yùn)行。在機(jī)組運(yùn)行之初，根據(jù)定期試驗(yàn)管理要求，SEC反沖洗泵是4周切換一次，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間越來越長，SEC反沖洗泵入口泥沙淤積嚴(yán)重，現(xiàn)在將SEC反沖洗泵的切換周期縮短為2周一次。用于電廠排污的SEO系統(tǒng)，在SEC泵和CRF泵運(yùn)行的房間，需要定期切換A1.A2（A：自動(dòng)控制狀態(tài)）位置，讓優(yōu)先啟動(dòng)的泵定期改變，以應(yīng)對(duì)長期不運(yùn)行的泵出口常被泥沙堵死的現(xiàn)象，而在機(jī)組運(yùn)行之初，并無此項(xiàng)操作。

3.2 改變泵的水力設(shè)計(jì)

根據(jù)泵的汽蝕相似定律：

△hrp/△hr=nP2DP2/n2D2

式中△hr、n、D分別為模型泵的必需汽蝕余量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑，△hr P、nP、DP分別為實(shí)型泵的必需汽蝕余量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑。

對(duì)于同一臺(tái)泵，不同轉(zhuǎn)速的相似工況下：因Dp=D，故△hrp/△hr=nP2/n2。這說明一臺(tái)泵當(dāng)轉(zhuǎn)速n升高時(shí)，必需汽蝕余量將隨轉(zhuǎn)速的平方增加，泵的抗汽蝕性能大大降低。因此，高轉(zhuǎn)速泵的必需汽蝕余量較大，抗汽蝕性能較差。所以在滿足流量和揚(yáng)程的情況下，應(yīng)考慮選擇較低的轉(zhuǎn)速，來改善泵的汽蝕性能。同時(shí)，鑒于秦山地區(qū)的海水中泥沙含量大的這種性質(zhì)，若降低轉(zhuǎn)速，還可降低泥沙磨損，提高葉輪及泵的使用壽命。

4 結(jié)語

SEC系統(tǒng)屬于安全相關(guān)系統(tǒng)，無論核電站在正常運(yùn)行或事故工況下，必須能夠把安全有關(guān)的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件來的熱量輸送到最終熱阱。通過表面處理的方式增加葉輪耐磨性、更換反沖洗泵型號(hào)、改變系統(tǒng)運(yùn)行方式等方法極大的改善了運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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