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        秦山二廠安全廠用水系統(tǒng)運(yùn)行缺陷及原因分析

        2015-06-02 05:20:50李建業(yè)馬國棟馬澤龍閆明
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2015年6期
        關(guān)鍵詞:汽蝕

        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:TL36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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,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。

        2 原因分析

        2.1 泥沙磨損

        當(dāng)泵停運(yùn)時,泥沙淤積在泵入口管道和泵殼內(nèi)。當(dāng)泵重新啟動后的一段時間內(nèi),葉輪帶動泥沙拌著水流高速攪動,開始時就象沙紙打磨一樣,對泵的水力部件產(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,在葉輪中心處會形成低壓,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,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,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)行狀況下是不會發(fā)生汽蝕。那么為什么SEC泵會存在汽蝕現(xiàn)象呢?

        在原設(shè)計中,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,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泵在啟動時泵吸入的不是水,而是大量的泥沙。這些泥沙會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,泵內(nèi)就會發(fā)生汽蝕,而當(dāng)泵處于頻繁地間斷性停啟狀態(tài)時,泵內(nèi)就會多次發(fā)生汽蝕,久而久之就會造成泵內(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)計要求,A.B列4臺100%SEC泵只要求運(yùn)行一臺即可。由于備用列SEC泵入口泥沙淤積嚴(yán)重,故A.B列正常運(yùn)行時均保持一臺泵運(yùn)行。在機(jī)組運(yùn)行之初,根據(jù)定期試驗管理要求,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:自動控制狀態(tài))位置,讓優(yōu)先啟動的泵定期改變,以應(yīng)對長期不運(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,并無此項操作。

        3.2 改變泵的水力設(shè)計

        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分別為實型泵的必需汽蝕余量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑。

        對于同一臺泵,不同轉(zhuǎn)速的相似工況下:因Dp=D,故△hrp/△hr=nP2/n2。這說明一臺泵當(dāng)轉(zhuǎn)速n升高時,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,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、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。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 賈存真.秦山二期SEC反沖洗水泵改進(jìn)分析[J].中國核電,2013(6):209-214.

        [2] 劉蒼字,虞志英.杭州灣北岸的侵蝕/淤積波及其形成機(jī)制[M].上海:華東師范大學(xué)河口海岸研究所,2000.

        [3] 王震亞,謝圣華,湯國祥.以可靠性為中心的核電廠廠用水系統(tǒng)維修分析[J].核動力工程,2011(5):113-116,120.

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