梁世拓

三門核電有限公司 浙江三門 317112

三門核電一期工程引進(jìn)了美國西屋公司開發(fā)的AP1000第三代先進(jìn)壓水堆技術(shù)。在電廠的設(shè)計(jì)中，汽輪發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)（簡稱常規(guī)島）的最終熱阱是大海，循環(huán)冷卻水取自三門灣。開式冷卻水系統(tǒng)（簡稱OWS）是循環(huán)水系統(tǒng)的一個(gè)分支，其與常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)（簡稱TCS）配合，在功率運(yùn)行期間帶走常規(guī)島重要設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量。

1 系統(tǒng)概述

OWS是一個(gè)以海水作為冷卻介質(zhì)的開環(huán)冷卻系統(tǒng)，其從循環(huán)水泵下游取水，通過兩根循環(huán)水供水管道，經(jīng)過3臺開式冷卻水泵，2臺自動(dòng)清洗過濾器，進(jìn)入3臺板式水-水熱交換器，然后排放進(jìn)循環(huán)水排水管道[1]。板式水-水熱交換器的另一側(cè)通過TCS的閉式冷卻水。閉式冷卻水帶走功率運(yùn)行期間常規(guī)島重要設(shè)備（除凝汽器外）產(chǎn)生的熱量，再經(jīng)過板式熱交換器將熱量傳遞給OWS，最終將熱量排向大海。

圖1 開式循環(huán)水系統(tǒng)流程簡圖

2 正常工況

正常滿功率運(yùn)行時(shí)，3臺開式冷卻水泵中的2臺運(yùn)行，1臺備用；兩臺自動(dòng)清洗濾水器中的1臺運(yùn)行，1臺備用；3臺板式熱交換器中的2臺運(yùn)行，1臺備用。當(dāng)運(yùn)行中的1臺開式冷卻水泵失效，備用泵自動(dòng)啟動(dòng)[2]。

系統(tǒng)的額定流量為3600m3/h，其中包括自清洗過濾器的沖洗水400m3/h。自清洗過濾器由控制裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗功能，清洗周期的持續(xù)時(shí)間可調(diào)。3臺板式熱交換器根據(jù)運(yùn)行情況，進(jìn)行切換操作。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

3 其他運(yùn)行工況分析

3.1 啟動(dòng)工況

OWS水泵入口管道連接至循環(huán)水泵出口。循環(huán)水系統(tǒng)（CWS）啟動(dòng)后，循環(huán)水泵為OWS水泵提供凈正吸入壓頭。因此，只有循環(huán)水系統(tǒng)啟動(dòng)后，OWS系統(tǒng)才具備啟動(dòng)條件。為此，OWS水泵和循環(huán)水系統(tǒng)之間也設(shè)置了一定的聯(lián)鎖條件。循環(huán)水泵的電機(jī)空冷器由TCS冷卻，需要在TCS投運(yùn)后才有冷卻水，而TCS需要OWS的海水提供冷卻。因此，結(jié)合上述情況，目前采用啟動(dòng)的順序依次為TCS、CWS、OWS。在OWS投運(yùn)前，TCS系統(tǒng)依靠自身熱容冷卻循環(huán)水泵電機(jī)，當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)整體充水結(jié)束后，再立即啟動(dòng)OWS系統(tǒng)。

在這種啟動(dòng)工況下，需要運(yùn)行人員盡量減少系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間，避免TCS溫度超過設(shè)計(jì)要求。

3.2 節(jié)能運(yùn)行工況

在冬季，由于海水溫度降低，循環(huán)水帶走系統(tǒng)熱量的能力增加。為了節(jié)省廠用電的損耗，三門核電開發(fā)了節(jié)能運(yùn)行方案，其中包括將OWS由正常的雙泵運(yùn)行模式切換為單泵運(yùn)行。以單臺OWS水泵160kW的額定功率計(jì)算，每天節(jié)省的廠用電約為3840度。

由于偏離了系統(tǒng)的正常配置，在單泵運(yùn)行期間有些問題需要運(yùn)行時(shí)保持關(guān)注。

在首次切換至單泵運(yùn)行模式時(shí)，OWS水泵的電機(jī)運(yùn)行電流出現(xiàn)了下降的情況。根據(jù)相同離心泵并聯(lián)運(yùn)行特性可知，當(dāng)管路流阻不變時(shí)，單泵運(yùn)行時(shí)的流量大于并聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺泵的單泵流量[3]。在流量上升的情況下，泵的電機(jī)功率反而出現(xiàn)了一定程度的下降。查閱泵的性能曲線可知，此時(shí)泵已經(jīng)運(yùn)行在過流區(qū)。長期過流運(yùn)行不僅影響泵的運(yùn)行效率，且對泵本身也會產(chǎn)生一定的危害。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)未配置流量表，系統(tǒng)流量主要通過泵的進(jìn)出口壓力表的示數(shù)之差來間接指示，該壓力表示數(shù)未遠(yuǎn)傳至控制室。控制室遠(yuǎn)行人員可通過泵的電機(jī)電流變化來確定泵的運(yùn)行區(qū)。

3.3 事故工況

功率運(yùn)行時(shí)，在完全喪失OWS的事故工況下，TCS失去海水冷卻，其水溫將快速上升。三門核電廠有專門的異常運(yùn)行規(guī)程用于指導(dǎo)。

在喪失OWS后，根據(jù)運(yùn)行規(guī)程，首先通過降低發(fā)電機(jī)功率來降低熱負(fù)荷。在滿功率運(yùn)行時(shí)，常規(guī)島設(shè)備產(chǎn)生大量熱量，此時(shí)僅依靠TCS系統(tǒng)熱容，水溫將迅速上升。此時(shí)需要依據(jù)規(guī)程停運(yùn)汽輪發(fā)電機(jī)。停機(jī)后，發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)的熱負(fù)荷基本被切除。汽輪機(jī)相關(guān)負(fù)荷則不同，由于需要維持汽輪機(jī)較長時(shí)間的惰轉(zhuǎn)，潤滑油系統(tǒng)的熱量將不會迅速消失。除此之外，汽輪機(jī)跳閘后，主給水泵組、凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵繼續(xù)維持原狀態(tài)運(yùn)行，產(chǎn)生相當(dāng)可觀的熱量。因此，即使停機(jī)以后，TCS仍能保持較高的溫升速率。溫度的繼續(xù)上升將威脅TCS設(shè)備運(yùn)行，并且使上述電機(jī)冷卻不足。為保證設(shè)備安全，操縱員需要手動(dòng)停運(yùn)主給水泵組、凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵。這將導(dǎo)致凝汽器真空喪失和蒸汽發(fā)生器喪失正常水源供應(yīng)，最終導(dǎo)致反應(yīng)堆無法維持運(yùn)行。

由此可見，OWS的可用性對電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。為提高系統(tǒng)的可靠性，可以從以下幾方面進(jìn)行考慮。

通過管理措施進(jìn)行控制：OWS的檢修和定期維護(hù)工作，尤其是可能對系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響的，盡可能地安排在過渡季或者冬季執(zhí)行，這樣可以增加系統(tǒng)的裕量。泵或過濾器檢修而導(dǎo)致系統(tǒng)喪失備用設(shè)備時(shí)，要對運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行合理管控。目前電廠通過開發(fā)臨時(shí)關(guān)鍵敏感設(shè)備緩解策略的方式進(jìn)行管控，在系統(tǒng)喪失備用時(shí)，通過對運(yùn)行設(shè)備懸掛標(biāo)識牌、建立物理隔離邊界、增加巡檢頻度等方式，確保運(yùn)行設(shè)備的可靠性。另外，可以在電廠電子流程中，增加提示和限制，避免同時(shí)在一個(gè)以上的重要設(shè)備或序列上開展工作。

提高設(shè)備可靠性：OWS水泵軸封的密封水來自生產(chǎn)水系統(tǒng)。在調(diào)試和運(yùn)行期間，多次發(fā)生軸封摩擦冒煙事件。上述情況產(chǎn)生的原因主要是海水中泥沙堵塞改變了軸封間隙以及生產(chǎn)水壓力不穩(wěn)定，這大大降低了OWS水泵的設(shè)備可靠性。在泵停運(yùn)狀態(tài)下，可以保持生產(chǎn)水持續(xù)供應(yīng)，這樣能有效減少停運(yùn)工況下的雜質(zhì)沉積。密封水的壓力是通過手動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的，生產(chǎn)水系統(tǒng)工況變化對壓力有較大影響。因此，可以在密封水供應(yīng)管線上，增加自動(dòng)調(diào)壓閥，這樣便能保證在生產(chǎn)水系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大時(shí)，OWS水泵密封水壓力相對穩(wěn)定[3]。

4 結(jié)語

開式循環(huán)水系統(tǒng)是核電廠功率運(yùn)行期間重要的支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間存在相互支持的關(guān)系，因此需要按照一定的順序進(jìn)行投運(yùn)。節(jié)能運(yùn)行模式下由于單泵運(yùn)行偏離了正常系統(tǒng)配置，導(dǎo)致了泵的運(yùn)行特性點(diǎn)發(fā)生改變。這些需要在后續(xù)運(yùn)行時(shí)保持關(guān)注。另外，根據(jù)事故工況的分析，提高系統(tǒng)的可靠性對保證核電廠反應(yīng)堆穩(wěn)定運(yùn)行也十分重要。電廠人員可以通過提高設(shè)備可靠性和實(shí)施必要的管理措施，最大程度上減少系統(tǒng)運(yùn)行降級或失效的風(fēng)險(xiǎn)。