張保國(guó)，麻敬偉，李鐵峰

（山東核電有限公司，山東煙臺(tái) 265116）

某核電站循環(huán)水系統(tǒng)壓力注水設(shè)計(jì)改進(jìn)分析

張保國(guó)，麻敬偉，李鐵峰

（山東核電有限公司，山東煙臺(tái) 265116）

介紹了某核電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的基本情況，分析指出該系統(tǒng)未進(jìn)行加壓注水設(shè)計(jì)，可能受潮位影響而延緩機(jī)組啟動(dòng)。在對(duì)循環(huán)水管線及關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行分析及初步熱力估算的基礎(chǔ)上，給出了循環(huán)水管道壓力注水及停機(jī)期間小流量循環(huán)的路徑。

核電站；循環(huán)水系統(tǒng)；加壓注水；熱力估算；小流量循環(huán)

1 循環(huán)水系統(tǒng)概況

循環(huán)水作為熱阱，通過(guò)向凝汽器提供冷卻水，將汽輪機(jī)排出的乏汽冷凝為水。循環(huán)水系統(tǒng)主要功能是向常規(guī)島汽輪機(jī)凝汽器及其輔助設(shè)備提供冷卻水。循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制供水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配3臺(tái)循環(huán)水泵、2條壓力供水管、1座虹吸井、1條雙孔循環(huán)水排水溝。循環(huán)水泵運(yùn)行方式為：夏、春、秋季3泵運(yùn)行，冬季2泵運(yùn)行。從循環(huán)水管道吸取海水冷卻汽輪機(jī)廠房閉式冷卻水系統(tǒng)熱交換器，開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)從凝汽器C進(jìn)水管道取水，通過(guò)電動(dòng)濾水器過(guò)濾和開(kāi)式泵增壓后流經(jīng)閉式水熱交換器，然后將海水通過(guò)凝汽器C冷卻水排放管道排放至虹吸井。在B／C循環(huán)水母管設(shè)置DN 150mm管道，在運(yùn)行期間向加氯系統(tǒng)提供海水介質(zhì)。從前水室入口接出一路海水DN 150mm管線，用以冷卻機(jī)組疏水?dāng)U容器的回水，在疏水?dāng)U容器停機(jī)期間，包括機(jī)組供暖系統(tǒng)的回水［1］。

設(shè)置水室真空泵，在啟動(dòng)和運(yùn)行期間用于去除凝汽器水室中的空氣和不凝結(jié)氣體。在啟動(dòng)循環(huán)水泵之前，循環(huán)水系統(tǒng)中的空氣必須被抽干凈，以防在系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中形成水錘；在運(yùn)行循環(huán)水之前，所有空氣必須通過(guò)充滿(mǎn)水來(lái)去除。當(dāng)確認(rèn)水室頂部充滿(mǎn)水后，2臺(tái)凝汽器水室抽真空系統(tǒng)泵投入運(yùn)行，在循環(huán)水系統(tǒng)中形成真空。位于凝汽器真空抽取罐中的高真空探測(cè)儀表，在探測(cè)到高度真空信號(hào)后，通過(guò)關(guān)閉真空泵來(lái)控制充水過(guò)程，真空泵在充水完成后繼續(xù)運(yùn)行以吸出運(yùn)行中產(chǎn)生的空氣［2］。

因部分流道標(biāo)高處于海平面以上，循環(huán)水管路的自動(dòng)排氣閥會(huì)破壞真空，單一使用水室真空泵充水并建立虹吸時(shí)間較長(zhǎng)。

另外，在一期循環(huán)水泵房設(shè)置4臺(tái)海水淡化取水泵，每機(jī)2臺(tái)，從前池取水后加壓供海水淡化廠房，為海水淡化提供水源。相關(guān)設(shè)備見(jiàn)表1，系統(tǒng)流程如圖1所示。

表1 相關(guān)設(shè)備

2 改進(jìn)方法

若要實(shí)現(xiàn)加壓注水，考慮現(xiàn)有設(shè)備情況，一是利用鼓網(wǎng)沖洗水泵的返水，加注至循環(huán)水管道，二是考慮從就近的海水淡化泵出口經(jīng)循環(huán)水泵出口排氣閥（改造）后接入，可進(jìn)一步加快注水流量。

從蝶閥間海水淡化管線切開(kāi)，利用法蘭對(duì)接，形成正式管線接至DN 300mm母管，再以分支的方式接至A／B／C泵出口自動(dòng)排氣閥前。

2.1 連接路徑

利用循環(huán)水泵房2臺(tái)海水淡化提升泵出口，接至循環(huán)泵出口液控蝶閥后的排氣孔處自動(dòng)排氣閥前。

（1）在蝶閥間（附近）形成1路DN 300mm母管，母管兩端各設(shè)1個(gè)隔離閥（襯膠）。

（2）在母管高點(diǎn)開(kāi)口接排氣閥，低點(diǎn)接放水閥。

（3）在母管開(kāi)口接3個(gè)支管經(jīng)截止閥接至循環(huán)水泵出口蝶閥后自動(dòng)排氣閥前。

2.2 安裝要求

（1）管線承壓參考原海水淡化出口管線設(shè)計(jì)等級(jí)，與之匹配。

圖1 改造前系統(tǒng)流程

（2）管線需采用防腐材料，閥門(mén)應(yīng)安裝在便于操作的位置。

（3）管線應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置按規(guī)范3～4m增加一支架，可靠牢固。

（4）將自動(dòng)排氣閥接短管位置提升1m左右，自動(dòng)排氣閥功能不變。

（5）將海水淡化管線通過(guò)閥門(mén)接入排氣孔上游，與排氣孔并列。后續(xù)可以交叉打開(kāi)對(duì)管路排氣，并利用閥門(mén)開(kāi)度控制循環(huán)水母管壓力。

（6）管線連接及布置盡可能考慮永臨結(jié)合。＃2機(jī)組亦考慮上述方案。

2.3 改進(jìn)后的注水過(guò)程

關(guān)閉循環(huán)水泵出口閥和凝汽器出口閥，開(kāi)始?jí)毫ψ⑺瑔?dòng)水室真空泵，待所有高點(diǎn)排氣閥見(jiàn)水，循環(huán)水回水管道經(jīng)潮位回注虹吸井至滿(mǎn)水。啟動(dòng)循環(huán)泵，打開(kāi)循環(huán)水泵出口閥，打開(kāi)凝汽器出口閥，建立循環(huán)。改進(jìn)后系統(tǒng)流程如圖2所示。

3 熱量計(jì)算

3.1 熱量估算

在停機(jī)或者冷試期間，根據(jù)設(shè)計(jì)熱力輸入估算最大可產(chǎn)生熱量，具體見(jiàn)表2。

3.2 各種方式組合下可帶走熱量（含水力損失）

循環(huán)水泵房管系和開(kāi)式水管系建立水力模型，DN 2400mm以上循環(huán)水管道水阻忽略不計(jì)。

圖2 改進(jìn)后系統(tǒng)流程

表2 停機(jī)／冷試期間主要負(fù)荷

計(jì)算表明，供水管道中的DN 150 mm管道和DN 200mm管道進(jìn)出口、閥門(mén)、管道是最大阻力件，水，并聯(lián)運(yùn)行效果不好，但可通過(guò)控制總閥防止鼓網(wǎng)沖洗水泵過(guò)負(fù)荷。估算5臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行總流量為1500m3／h，冷卻水溫升9℃，帶走熱量15MW。

（2）鼓網(wǎng)沖洗水泵和海水淡化泵供開(kāi)式泵試運(yùn)。開(kāi)式水泵投運(yùn)時(shí)，由于開(kāi)式泵流量遠(yuǎn)大于鼓網(wǎng)沖洗水泵和海水淡化取水提升泵，開(kāi)式泵、鼓網(wǎng)沖洗水泵、海水淡化取水提升泵同時(shí)運(yùn)行，開(kāi)式泵從循環(huán)水管廊取水，會(huì)造成鼓網(wǎng)沖洗水泵、海水淡化取水提升泵出口背壓降低而超出泵的設(shè)計(jì)流量。占總流阻的70%～90%。

前文所述3種計(jì)算工況下，泵流量都微超設(shè)計(jì)流量，流過(guò)板換的水量不及正常流量（1950m3／h）的一半，冷卻水側(cè)換熱效果降低更多，會(huì)造成閉式冷卻水系統(tǒng)（TCS）進(jìn)口和出口水溫高于夏季預(yù)想溫度44℃和35℃。

3臺(tái)鼓網(wǎng)沖洗水泵單臺(tái)泵流量為260m3／h，總流量為780m3／h，對(duì)應(yīng)揚(yáng)程為45m，DN 150mm段阻力占總管阻的92%。冷卻水溫升9℃，帶走熱量8.1MW。

只運(yùn)轉(zhuǎn)2臺(tái)海水淡化取水提升泵，單臺(tái)泵流量為590m3／h，總流量為1180m3／h，對(duì)應(yīng)揚(yáng)程為23.4 m，DN 200mm段阻力占總管阻的70.9%。冷卻水溫升9℃，帶走熱量12MW。

3.3 鼓網(wǎng)沖洗水泵和海水淡化泵支持開(kāi)式泵運(yùn)行

（1）3臺(tái)鼓網(wǎng)沖洗水泵和2臺(tái)海水淡化取水提升泵同時(shí)向開(kāi)式泵供水，由于鼓網(wǎng)沖洗水泵揚(yáng)程高于海水淡化取水提升泵近2倍，鼓網(wǎng)沖洗水泵供到循環(huán)水管廊里的水會(huì)妨礙海水淡化取水提升泵供

4 綜合比選

機(jī)組啟動(dòng)之前，依次啟動(dòng)海水淡化泵或（和）鼓網(wǎng)沖洗水泵向循環(huán)水壓力管道注水，待循環(huán)水進(jìn)排水管道和凝汽器注滿(mǎn)水，即可進(jìn)行第1臺(tái)循環(huán)水泵啟動(dòng)操作。在停機(jī)檢修期間，當(dāng)循環(huán)水泵不具備啟動(dòng)條件時(shí)，可以用海水淡化泵或（和）鼓網(wǎng)沖洗水泵向循環(huán)水注水循環(huán)，帶走停機(jī)熱源的熱量，并產(chǎn)生低流量循環(huán)防止微生物滋生。

按照以下方式注水和開(kāi)式循環(huán)：（1）鼓網(wǎng)沖洗水泵經(jīng)B／C循環(huán)水蝶閥出口進(jìn)入循環(huán)水流道，再為開(kāi)式泵流道供冷卻水。開(kāi)式水泵停電，被介質(zhì)沖轉(zhuǎn)。（2）在上述基礎(chǔ)上，接入海水淡化泵。開(kāi)式水泵間斷投運(yùn)，或采用開(kāi)式水泵出口閥節(jié)流控制。

綜合比較見(jiàn)表3。由表3所知，單純利用鼓網(wǎng)沖洗水泵亦可滿(mǎn)足換熱需要，但流動(dòng)阻力較大，對(duì)設(shè)備運(yùn)行不利，可根據(jù)熱負(fù)荷進(jìn)一步控制流量，降低流速。如果實(shí)施海水淡化泵接入，將進(jìn)一步增大流量，降低單純利用鼓網(wǎng)沖洗水泵的壓力，又加快了注水速度，也可用于大修后注水，或者整組啟動(dòng)前或停機(jī)

表3 綜合比較

后的冷卻，且設(shè)備運(yùn)行更加靈活，建議固化為正式設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是施工難度較大，采購(gòu)和安裝工期長(zhǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際并考慮后續(xù)運(yùn)行和保養(yǎng)，3種循環(huán)水壓力管道注水方式，多樣化的系統(tǒng)組合，有利于系統(tǒng)運(yùn)行；加快了循環(huán)水注水速度，優(yōu)化了系統(tǒng)啟動(dòng)；為冷試及啟動(dòng)停機(jī)期間提供冷卻水源，節(jié)約了廠用電；海水流動(dòng)擾動(dòng)，利于阻止海生物生成。

［1］賁岳，高學(xué)貞，韓磊，等.電廠循環(huán)水供水系統(tǒng)事故水錘過(guò)程的仿真研究［J］.供水技術(shù)，2009（5）：26-29.

［2］劉濤.熱力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)空管啟動(dòng)分析［J］.華電技術(shù)，2009，31（8）：33-35.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TK 79

：B

：1674-1951（2015）05-0009-03

張保國(guó)（1979—），男，山東萊蕪人，工程師，從事核電廠調(diào)試方面的工作（E-mail：zhangbaoguo＠sdnpc.com）。

2014-11-27；

2015-03-22