鼓型濾網(wǎng)在核電項目中的應用

黃海濱

(中廣核工程有限公司 設備采購與成套中心，廣東 深圳 518124)

0 引言

自從世界上第1臺鼓型濾網(wǎng)在英國電廠投入運行以來，鼓型濾網(wǎng)在核電站和常規(guī)電廠已得到廣泛使用，作為沿海壓水堆核電站泵房設計的典型配置，機組使用的全部海水由海水過濾系統(tǒng)(CFI)提供，海水過濾系統(tǒng)主要設備包括粗格柵、閘門、加氯裝置、格柵清污機、鼓型濾網(wǎng)等水處理設備，作為該系統(tǒng)組成部分的鼓型濾網(wǎng)能夠有效清除水中漂浮的草木、魚蝦、垃圾等，對電廠長期、安全、可靠運行提供了重要保障。

鼓型濾網(wǎng)是隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展而從國外引進的先進水處理設備，第1臺鼓型濾網(wǎng)在大亞灣核電站首次使用，采用法國技術;秦山核電二期首次實現(xiàn)了鼓型濾網(wǎng)國內制造供貨，在紅沿河核電項目中，鼓型濾網(wǎng)無論在結構設計和功能設計等方面都得到完善和發(fā)展。

在常規(guī)火電廠中廣泛使用的旋轉濾網(wǎng)由于其外過水量小、密封性能差、維修量大等缺陷，不能適應核電站過水容量大、濾水凈化程度高的要求，鼓型濾網(wǎng)良好的結構特點和使用特性完全彌補了旋轉濾網(wǎng)的不足而成為核電站不可替代的濾水設備。

1 鼓型濾網(wǎng)設備

世界上鼓型濾網(wǎng)的生產廠家主要有英國的EIMCO公司和法國的BEAUDREY公司，這2個廠家的設備在設計理念上存在根本區(qū)別:英國的鼓型濾網(wǎng)一般采用內進外出的進水方式，法國的鼓型濾網(wǎng)一般采用外進內出的進水方式。其中，英國EIMCO公司的設備設計更趨于合理，因而在我國核電廠中應用廣泛。

1.1 鼓型濾網(wǎng)分類

(1)按進水方式分類:內側進水外側出水方式鼓型濾網(wǎng)(英國);外側進水內側出水方式鼓型濾網(wǎng)(法國)。

(2)按結構形式分類:雙A形輪輻鼓型濾網(wǎng);單A形輪輻鼓型濾網(wǎng);單幅條鼓型濾網(wǎng)。其結構形式如圖1所示。

(3)英、法2國2種鼓型濾網(wǎng)結構特點見表1。

1.2 核電站鼓型濾網(wǎng)設備分級

核電站鼓型濾網(wǎng)設備分級情況見表2。

2 鼓型濾網(wǎng)和旋轉濾網(wǎng)的比較

2.1 旋轉濾網(wǎng)設備介紹

旋轉鏈網(wǎng)由驅動輪、鏈條、板框、垃圾提升板、側密封、驅動機構、沖洗水等系統(tǒng)組成，鏈條帶動板框式網(wǎng)板沿導軌旋轉，將水中垃圾不斷提出水面。這種濾網(wǎng)采用井坑式布置方式，一般適用于較深的過水流道。

圖1 鼓型濾網(wǎng)結構形式

表2 核電站鼓型濾網(wǎng)設備分級

鏈式旋轉濾網(wǎng)具有占地面積小、使用深度大的特點，可以適應大潮位變化，最深可達30 m。鏈式旋轉濾網(wǎng)缺點如下:過水量小，單臺設備濾水能力有限;上下游最大允許水位差較小，差壓大時容易發(fā)生故障造成鏈網(wǎng)損壞;旋轉部件多，故障率高，維修工作量大;備件消耗多，維修成本高。

2.2 鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)選型比較

鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)選型比較情況見表3(過水流量按32 m3/s考慮)。

表3 鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)選型比較

側面進水板框式旋轉濾網(wǎng)最大設計過水量一般不超過15 m3/s，過水流量為32 m3/s時，需要2臺雙側進水板網(wǎng)且過水量達16 m3/s，已經超過15 m3/s，板網(wǎng)的有效寬度已達5 m。細長且窄的網(wǎng)框，其剛度很差，要承受2.0 m設計水位差，板框材料的截面要增大，從而增加設備質量，較為可行的辦法是增加雙側進水板框濾網(wǎng)設備數(shù)量，這樣勢必會增加廠房橫向布置寬度，加大土建的投資成本。

2.3 鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)過濾精度比較

鼓型濾網(wǎng)一般采用3 mm×3 mm的編織網(wǎng)或?3 mm的不銹鋼沖孔板，網(wǎng)孔尺寸較小，可更好地適應凝汽器正常運行的要求;鏈式濾網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸一般為5 mm×5 mm以上，難以適應核電站凝汽器安全運行的要求。

2.4 鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)沖洗水量及沖洗水泵功率比較

鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)沖洗水量及沖洗水泵功率比較見表4。

表1數(shù)據(jù)說明，1臺鼓型濾網(wǎng)的沖洗水量遠低于2臺板框旋轉濾網(wǎng)的沖洗水量;同時，有關標準規(guī)定，板框濾網(wǎng)過網(wǎng)流速取值一般為0.8 m/s，鼓型濾網(wǎng)過網(wǎng)流速取值一般為0.5 m/s，板框濾網(wǎng)較大的流速致使污物堵塞網(wǎng)孔較為堅實，也需要較大的反沖洗水壓，從而加大了反沖洗水泵的功率。

2.5 過水量比較

(1)鼓型濾網(wǎng):鼓型濾網(wǎng)的過水量通?？蛇_到35 m3/s。

表4 鼓型濾網(wǎng)與板框式旋轉濾網(wǎng)沖洗水量及沖洗水泵功率比較

(2)板框式旋轉濾網(wǎng):其最大過水量通常限制在15 m3/s，也可以制造出過水量達20 m3/s的旋轉濾網(wǎng)，但其所需的結構尺寸要增大許多，并加重板框濾網(wǎng)轉動零部件正常的損耗率，顯著增大運行和維護費用。

2.6 最大允許設計水位差比較

(1)鼓型濾網(wǎng):鼓型濾網(wǎng)受其獨特結構的影響，可承受較高的設計水位差，通?？蛇_到4～5 m;有些鼓型濾網(wǎng)甚至可設計成在一側承受最高水位所造成的壓差，而另一側無水位;其驅動電機功率并不隨著運行水位差的增大而迅速增大。

(2)板框式旋轉濾網(wǎng):其污物的清除方式與鼓型濾網(wǎng)相似，但實際設計應用時通常限制其最大運行水位差在1～2 m;其驅動電機功率隨著運行水位差的增大而急劇增大，對于深度和寬度尺寸較大的板框式旋轉濾網(wǎng)更是如此。

2.7 土建費用比較

(1)鼓型濾網(wǎng):鼓型濾網(wǎng)的土建基礎相對復雜些，但可通過所減少的維護和運行費用來補償。

(2)板框式旋轉濾網(wǎng):旋轉濾網(wǎng)的土建基礎簡單，僅需1個直通的流道并在出水口側基礎墻上開設出水口。

2.8 維護費用比較

(1)鼓型濾網(wǎng):轉動部件少，不易損壞，使用壽命長。鼓型濾網(wǎng)所需維護極少，在20～30年運行期內僅需偶爾更換小齒輪和密封橡膠等。

(2)板框式旋轉濾網(wǎng):旋轉濾網(wǎng)由于鏈條上相對運動部件較多，在運行期間必須定期進行維護，滾輪、鏈板和軸套等磨損部件的使用壽命一般在5年左右，甚至更短。

3 濾網(wǎng)選型計算(以嶺澳二期核電站為例)

3.1 濾網(wǎng)孔徑確定原則

為防止RRI/SEC熱交換器堵塞，可按以下原則確定濾網(wǎng)孔徑:若采用管式熱交換器，則濾網(wǎng)孔徑≤1/6熱交換器管直徑;若采用板式熱交換器，則濾網(wǎng)孔徑≤熱交換器板間距。

結論:濾網(wǎng)孔徑為?3 mm。

3.2 計算

3.2.1 濾網(wǎng)尺寸計算

式中:bw為濾網(wǎng)有效寬度，m;qV為設計流量，m3/s;LM1為濾網(wǎng)淹沒弧長，m;CS為濾網(wǎng)結構效率，0.9;CM為網(wǎng)孔效率，0.5;v為過網(wǎng)流速，0.48 m/s。

輸入數(shù)據(jù):1臺機組2臺濾網(wǎng)，每臺濾網(wǎng)對應1臺CRF泵和2臺SEC泵;SEC設計高水位，+6.35m PRD(高高水位);CRF設計高水位，+2.89 m PRD(百年一遇高水位);CRF設計低水位，－2.18m PRD(百年一遇低水位);SEC設計低水位，－3.50 m PRD(低低水位);總設計流量，33.41 m3/s;濾網(wǎng)操作平臺標高，+7.20 m PRD;濾網(wǎng)形式，雙側網(wǎng)內進水，單向出水(PRD為嶺澳核電站二期工程所采用的珠江高程系統(tǒng))。

先假設濾網(wǎng)寬度bw為5.5 m。

3.2.2 濾網(wǎng)頂標高的確定

一般將濾網(wǎng)頂標高設置在比操作平臺高出約2 m的位置，以便布置濾網(wǎng)驅動電機和沖洗水及排水管路。

根據(jù)以上原則，濾網(wǎng)頂標高為+9.20 m PRD，具體參數(shù)如圖2所示。

圖2 具體參數(shù)

根據(jù)以上條件和假設，可算出濾網(wǎng)淹沒弧長

取濾網(wǎng)直徑為? 19 m，濾網(wǎng)有效寬度bw=5.94 m，濾網(wǎng)頂標高為 +9.20 m PRD，濾網(wǎng)中心標高為－0.30 m PRD，則百年一遇低水位下濾網(wǎng)淹沒弧長為26.06 m。

3.2.3 校核根據(jù)式(1)可知，過網(wǎng)流速

要求過網(wǎng)流速v=0.48 m/s，完全滿足要求。

根據(jù)式(1)可知，鼓型濾網(wǎng)在百年一遇低水位下的流量

qV=LM1CMCSbwv=5.94 ×26.06 ×0.9 ×0.5 ×0.48=33.44(m3/s)，滿足要求。

鼓型濾網(wǎng)在低低水位下的流量qVSEC=LM1CMCSbwv=5.94 ×23.32 ×0.9 ×0.5 ×0.48=29.92(m3/s)，濾網(wǎng)在低低水位下的流量即SEC流量要求為1.25 m3/s，完全滿足要求。

3.2.4 進水洞的布置

要求進水區(qū)流速 v1≤ 0.40 m/s，因為 v1=qV/S(S為進水洞的面積)，所以S=qV/v1≥33.41/0.40=83.52(m2)。

由于采用雙側進水，所以每側的進水洞面積必須≥S/2=41.76(m2)。

計算結果:嶺澳二期鼓型濾網(wǎng)的直徑為19 m，有效寬度為5.94 m，濾網(wǎng)孔徑為3 mm×3 mm，濾網(wǎng)中心標高為－0.30 m PRD，進水洞現(xiàn)在形狀及尺寸如圖3所示，與濾網(wǎng)軸垂直對稱布置。

圖3 進水洞現(xiàn)在形狀及尺寸

4 鼓型濾網(wǎng)在國內核電站的使用

基于鼓型濾網(wǎng)安全可靠、過水量大、密封性好、維修量小、使用壽命長等諸多旋轉濾網(wǎng)無法比擬的特性，鼓型濾網(wǎng)在世界上許多國家如英國、法國、荷蘭等得到了廣泛應用。目前，鼓型濾網(wǎng)正成為國內核電站進水流道的首選設備。

(1)大亞灣鼓型濾網(wǎng)是Beaudrey公司生產的，鼓型濾網(wǎng)為雙A形輻條結構形式，海水從網(wǎng)外流進網(wǎng)內，宜采用橫向布置方式。鼓型濾網(wǎng)大軸為固定的中空軸，大軸固定不動，鼓型濾網(wǎng)輪轂沿大軸轉動。沖洗水管布置在鼓型濾網(wǎng)內部，沖洗水管從軸中央穿出，沖洗水從下往上噴射，沖洗水槽布置在網(wǎng)外，驅動方式采用內齒輪、齒條傳動。

優(yōu)點:剛度好，可設計成較寬的鼓型濾網(wǎng)，從而減小其直徑和網(wǎng)坑深度。

缺點:大軸固定不動，容易發(fā)生變形彎曲;沖洗水壓力較高;鼓型濾網(wǎng)結構較為笨重，耗材多，價格昂貴。

(2)嶺澳一期、嶺澳二期鼓型濾網(wǎng)是英國Brackett公司生產的，鼓型濾網(wǎng)為單A形輻條結構形式，海水從網(wǎng)內流向網(wǎng)外，宜采用縱向布置方式。鼓型濾網(wǎng)大軸為轉動的實心軸，鼓型濾網(wǎng)與大軸同時轉動。沖洗水管布置在鼓型濾網(wǎng)外部，沖洗水從上往下噴射，沖洗水槽則布置在網(wǎng)內，采用小齒輪、齒條傳動。

優(yōu)點:大軸連同鼓型濾網(wǎng)一起轉動，不易發(fā)生變形彎曲;軸受力最合理，結構簡單，質量較小。

缺點:寬度較為受限，因而直徑較大，網(wǎng)坑深度較深。

(3)秦山二期鼓型濾網(wǎng)由沈陽電力機械總廠設計制造，鼓型濾網(wǎng)為單輻條結構形式，為加強剛度，兩邊設計有圓鋼加強肋結構。鼓型濾網(wǎng)大軸為階梯軸，中間較粗。

優(yōu)點:結構簡單，質量較小。

缺點:剛度較差;大軸受力不合理;寬度受限，因而直徑較大，網(wǎng)坑深度較深。

5 結束語

隨著中國核電事業(yè)的發(fā)展，百萬千瓦級核電機組技術的成熟和廣泛應用，適合于大流量、系統(tǒng)簡單、安全可靠的鼓型濾網(wǎng)正逐漸成為核電站必不可少的重要大型機械設備。為了降低核電的建設成本，滿足核電廠安全、可靠的運行要求，需要與國內相關生產廠家聯(lián)合推動鼓型濾網(wǎng)設備技術的成熟和完善，使其在工程應用中發(fā)揮更大的作用。

［1］周金全.濱海核電站海洋水文水工試驗與設計［M］.北京:原子能出版社，1995.

［2］上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊(第3冊)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.