濱海電廠取水泵房濾水設(shè)備布置研究

周保衛(wèi)，周金全

(中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

0 引言

濱海核電站、火電廠抽取海水為電廠設(shè)備提供冷卻水。由于取水海域海洋水文水質(zhì)和外界環(huán)境因素，如潮位、波浪、泥沙、樹枝、海洋生物和各種懸浮物等條件的不同，會(huì)給取水泵房濾水設(shè)備和電廠運(yùn)行管理帶來不同程度的影響，也會(huì)影響到取水提升泵、常規(guī)島汽輪機(jī)凝汽器和核島設(shè)備熱交換器的安全運(yùn)行。

1 取水泵房濾水設(shè)備類型

1.1 粗格柵

粗格柵主要用于攔截海域內(nèi)大塊的樹木、雜草和漂浮物。通常濱海電廠取水頭部布置在海床淹沒式進(jìn)水管渠進(jìn)口，有臥式取水頭部和豎向塔式進(jìn)水窗口。由于這種粗格柵淹沒在水下，清理比較困難，一般柵距為150～300 mm，直接在海邊布置的開敞式取水泵房粗格柵的柵距也為150～300 mm。粗格柵一般由金屬矩形柵條和支撐框架焊接而成，可以利用導(dǎo)槽進(jìn)行上、下操作。如果海邊進(jìn)水渠道或港池內(nèi)設(shè)有80mm×80mm的攔污網(wǎng)，可不設(shè)這道粗格柵，比如大亞灣和嶺澳一期、二期核電廠以及黃驊、威海等火電廠取水渠道前段均設(shè)置一兩道80 mm×80 mm攔污網(wǎng)，定期清理截留的雜物和海生物，效果較好。

1.2 細(xì)格柵和格柵除污機(jī)

1.2.1 細(xì)格柵

細(xì)格柵主要用于攔截較小的漂浮物和雜物，柵距為50～100 mm(通常選用50 mm)。格柵清污機(jī)以從底部向上提升的方式清除截留在細(xì)格柵上的水草、雜物等懸浮物，為后續(xù)處理工序的正常運(yùn)行創(chuàng)造條件。

1.2.2 格柵清污機(jī)

格柵清污機(jī)目前常用的有固定式和移動(dòng)式2種，一般根據(jù)取水泵房進(jìn)水間的深度、基建投資和操作管理等條件確定。

1.2.2.1 固定式格柵清污機(jī)

固定式格柵清污機(jī)主要通過軸裝式減速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，垂直90°布置，清污耙由纏繞在升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主軸上的鋼絲繩控制，1臺(tái)固定式格柵清污機(jī)只能清除1個(gè)格柵上攔截的雜物。目前，濱海電廠大型取水泵房大多采用固定式格柵清污機(jī)。

1.2.2.2 移動(dòng)式格柵清污機(jī)

移動(dòng)式格柵清污機(jī)上裝有行走機(jī)構(gòu)，車輪沿地面上的軌道行走，傾角為70°～80°。1臺(tái)移動(dòng)式格柵清污機(jī)可按設(shè)計(jì)要求清除多臺(tái)格柵上攔截的雜物，但在實(shí)際運(yùn)行中有時(shí)需要人工輔助操作。

1.3 鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和板框?yàn)V網(wǎng)

細(xì)濾網(wǎng)主要用于截留前面細(xì)格柵不能攔截的更細(xì)小的懸浮物、水草、海生物等雜物。這種細(xì)濾網(wǎng)主要有鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和板框?yàn)V網(wǎng)2種。

1.3.1 鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)

鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱鼓網(wǎng))是核電站、火電廠大型取水泵房的重要濾水設(shè)備。這種濾網(wǎng)具有過水容量大、密封性能好、運(yùn)行可靠、維護(hù)檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)、出水方式可設(shè)計(jì)為網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外出水和單側(cè)、雙側(cè)布置方式。目前，世界上最大的鼓網(wǎng)直徑24 m，寬8 m，所以常被濱海核電站和火電廠的取水工程作為主要濾水裝置，普遍使用于法國(guó)、英國(guó)、芬蘭、中國(guó)等國(guó)家的取水泵房中。

1.3.2 板框?yàn)V網(wǎng)

板框?yàn)V網(wǎng)是火電廠、核電站、冶金化工行業(yè)和城市供水等系統(tǒng)中采用的濾水設(shè)備。1臺(tái)板框?yàn)V網(wǎng)由30～108塊網(wǎng)板組成。它由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)攔污網(wǎng)板沿一定軌道旋轉(zhuǎn)，從而把水中直徑大于網(wǎng)孔的污物撈出水面。網(wǎng)孔尺寸為4 mm×4 mm到10 mm×10 mm，有正面、網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)外3種進(jìn)水方式。板框?yàn)V網(wǎng)占地面積小，質(zhì)量較小，運(yùn)行基本可靠，可手動(dòng)和自動(dòng)控制;其深度一般為30 m，個(gè)別可達(dá)40 m;寬度一般為1.5，2.0，3.0，4.0m，甚至5.0 ～6.0m。但由于其運(yùn)動(dòng)部件較多，容易磨損，維修工作量較大。這種濾網(wǎng)較多應(yīng)用于美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家，國(guó)內(nèi)火電廠基本上都采用此種濾網(wǎng)，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)核電站的主要項(xiàng)目有秦山一期、三期(美國(guó)供貨)和田灣#1，#2機(jī)組(原蘇聯(lián)供貨，現(xiàn)已國(guó)產(chǎn)化重建)。需要注意的是，寬度為5.0 m的國(guó)產(chǎn)板框?yàn)V網(wǎng)在使用中會(huì)產(chǎn)生變形卡塞，應(yīng)增加其框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

2 鼓網(wǎng)的布置形式和設(shè)計(jì)要求

2.1 鼓網(wǎng)的構(gòu)造

鼓網(wǎng)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、主軸、鼓形骨架、密封系統(tǒng)、潤(rùn)滑和沖洗裝置以及自動(dòng)控制等部分組成。鼓網(wǎng)結(jié)構(gòu)透視圖如圖1所示。驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)連接至減速器，減速器的輸出軸則通過安全聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸連接，傳動(dòng)軸的另一端安裝主動(dòng)小齒輪并與鼓形骨架上齒圈嚙合。當(dāng)濾網(wǎng)上的污物轉(zhuǎn)動(dòng)到上部某一點(diǎn)后開始對(duì)其進(jìn)行沖洗;噴洗管上有2排噴嘴，污物和水通過排污槽排出;鼓網(wǎng)的網(wǎng)板固定在圓周框架上，網(wǎng)板之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不需要留有間隙。一般情況下，網(wǎng)板不會(huì)因水位差過大而損壞。

圖1 鼓形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)透視圖

2.2 鼓網(wǎng)的特點(diǎn)

鼓網(wǎng)相比板框?yàn)V網(wǎng)主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)鼓網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)速度隨著污物積累程度而變化。目前，國(guó)內(nèi)、外鼓網(wǎng)旋轉(zhuǎn)速度有2種規(guī)格:2.5，10.0 和20.0 m/min;5.0 和 15.0 m/min。根據(jù)國(guó)內(nèi)核電廠鼓網(wǎng)運(yùn)行情況，一般采用5.0 m/min和15.0 m/min 2檔轉(zhuǎn)速運(yùn)行效果較好，與3檔轉(zhuǎn)速時(shí)相比可減少雙速電動(dòng)機(jī)的數(shù)量。鼓網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)速度控制一般由濾網(wǎng)前、后水位差決定。當(dāng)網(wǎng)板上的污物積聚過多致水位差大于0.3 m時(shí)，向中央控制室輸出報(bào)警信號(hào)。

(2)鼓網(wǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)與靜止部分的密封為膠皮密封，一般采用氯丁橡膠軟片與不銹鋼預(yù)埋件，接觸縫隙較小，密封性能較好。

(3)鼓形骨架和主軸采用加犧牲陽極或外加電流保護(hù)裝置(一般以犧牲陽極做法居多)的方式來延長(zhǎng)其使用壽命。

(4)鼓網(wǎng)整體性好，強(qiáng)度高，安全可靠。但需要注意的是，安全廠用水系統(tǒng)的鼓網(wǎng)需經(jīng)過抗震計(jì)算并滿足核三級(jí)要求。

(5)鼓網(wǎng)正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速低，運(yùn)行平穩(wěn)，維修工作量少，維護(hù)費(fèi)用低。

鼓網(wǎng)的缺點(diǎn)是占地面積較大，一次投資也較大，可在使用中通過減少維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用來彌補(bǔ)該缺點(diǎn)。

2.3 鼓網(wǎng)選型比較

鼓網(wǎng)分網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)外進(jìn)水2種形式，這2種鼓網(wǎng)各有其特點(diǎn)，其平面、剖面布置如圖2、圖3所示。鼓網(wǎng)選型比較見表1。目前國(guó)內(nèi)核電站、火電廠中鼓網(wǎng)一般選用雙側(cè)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水，單側(cè)網(wǎng)外出水的形式。

2.4 鼓網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水和網(wǎng)外進(jìn)水2種鼓網(wǎng)的比較

鼓網(wǎng)寬度計(jì)算公式為式中:bw為鼓網(wǎng)有效寬度，m;qV為設(shè)計(jì)流量，m3/s;L1為濾網(wǎng)淹沒弧長(zhǎng)，m;ηs為濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)效率，0.850～0.930(一般取0.918);ηm為網(wǎng)孔效率，0.380 ～0.510(一般取0.496);v為過網(wǎng)流速，0.4 ～0.6m/s。

鼓網(wǎng)實(shí)際寬度:bs=bw+邊寬+齒寬(邊寬+齒寬一般取0.7 ～1.2 m)。

雙側(cè)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水單側(cè)網(wǎng)外出水形式的鼓網(wǎng)設(shè)計(jì)流量見表2。

3 鼓網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例分析

在國(guó)內(nèi)外濱海核電廠和火電廠工程中，因循環(huán)冷卻水量大，運(yùn)行維護(hù)要求高，越來越多地在取水泵房進(jìn)水間選用鼓網(wǎng)。國(guó)內(nèi)已用鼓網(wǎng)的工程主要有:廣東大亞灣，嶺澳一期、二期核電工程，秦山核電二期和二期擴(kuò)建工程，香港青山火電A，B廠和廣東珠?；痣姀S等。以上這些工程投產(chǎn)至今最長(zhǎng)的已經(jīng)運(yùn)行25年，運(yùn)行正常，效果良好。

目前，國(guó)內(nèi)在建的核電站，如浙江省秦山地區(qū)的方家山，遼寧省的紅沿河，福建省的福清、寧德，廣東省的陽江、臺(tái)山，山東省的海陽，海南省的昌江，廣西的防城港等10余個(gè)濱海核電站都采用大型鼓網(wǎng)。隨著我國(guó)濱海核電廠的大量興建，該濾水設(shè)備會(huì)有更好的發(fā)展前景。

3.1 鼓網(wǎng)的布置形式

鼓網(wǎng)有2種布置形式:一種是以英國(guó)為代表的雙側(cè)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水，單側(cè)網(wǎng)外出水，目前國(guó)內(nèi)濱海核電站和火電廠基本采用此種形式，如秦山二期和嶺澳一期、二期工程等;另一種是以法國(guó)為代表的單側(cè)網(wǎng)外進(jìn)水，雙側(cè)網(wǎng)內(nèi)出水，如廣東大亞灣核電廠取水泵房濾網(wǎng)的布置。

3.2 國(guó)內(nèi)核電站鼓網(wǎng)主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

鼓網(wǎng)主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。

3.3 鼓網(wǎng)工程實(shí)例分析

(1)鼓網(wǎng)安全等級(jí)。濱海核電廠冷卻水分為常規(guī)島循環(huán)冷卻水和核島安全廠用水2個(gè)系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)鼓網(wǎng)為無核級(jí)，按火電廠常規(guī)設(shè)備考慮。安全廠用水系統(tǒng)鼓網(wǎng)為抗震一類，按核三級(jí)考慮。當(dāng)循環(huán)冷卻水和安全廠用水分開布置時(shí)，鼓網(wǎng)設(shè)備按上述2種級(jí)別考慮;如果循環(huán)冷卻水和安全廠用水為混合取水系統(tǒng)，鼓網(wǎng)設(shè)備則按核三級(jí)考慮。鼓網(wǎng)設(shè)備安全等級(jí)見表4。

(2)海水含沙量高時(shí)鼓網(wǎng)的設(shè)置。秦山核電廠所處杭州灣海域含沙量高達(dá)6～8 kg/m3，秦山核電二期工程循環(huán)水量與安全廠用水量相差15倍。當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)后，安全廠用水系統(tǒng)鼓網(wǎng)會(huì)發(fā)生泥沙嚴(yán)重淤積，采取的主要措施是:

表2 雙側(cè)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水單側(cè)網(wǎng)外出水單位寬度的鼓網(wǎng)流量

表3 國(guó)內(nèi)濱海核電廠鼓網(wǎng)主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

表4 鼓網(wǎng)設(shè)備安全等級(jí)

1)將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和安全廠用水系統(tǒng)鼓網(wǎng)分別設(shè)置，布置2套系統(tǒng)。

2)安全廠用水系統(tǒng)鼓網(wǎng)采取單面布置，只考慮一面進(jìn)水，另一面與墻面密封。這種布置形式已在秦山核電二期工程實(shí)際應(yīng)用，使用效果良好，其現(xiàn)場(chǎng)鼓網(wǎng)照片如圖4所示。

圖4 秦山核電二期工程鼓網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)照片

(3)在南方地區(qū)，為節(jié)省取水泵房進(jìn)水間濾水設(shè)備上部的土建造價(jià)，可將進(jìn)水間濾水設(shè)備頂部采用露天布置，起吊設(shè)備采用門式起重機(jī)。為保證安全廠用水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，鼓網(wǎng)土建工程按抗震1A級(jí)要求，局部采用鋼筋混凝土加蓋措施，如廣東省嶺澳一期、二期工程都采用這種布置形式。

(4)鼓網(wǎng)尺寸計(jì)算按2種情況考慮:

1)當(dāng)常規(guī)島循環(huán)冷卻水和核島安全廠用水系統(tǒng)分別設(shè)置時(shí)，鼓網(wǎng)的直徑和寬度按低潮位和低低潮位2種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

2)當(dāng)常規(guī)島循環(huán)冷卻水和核島安全廠用水系統(tǒng)為混合取水時(shí)，先按循環(huán)冷卻水低潮位標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算鼓網(wǎng)直徑和寬度，再按安全廠用水低低潮位進(jìn)行復(fù)核。鼓網(wǎng)豎向布置一般高出操作平臺(tái)1.5～2.0 m，用于觀察鼓網(wǎng)的運(yùn)行情況，同時(shí)便于網(wǎng)板檢修和防腐處理。

(5)鼓網(wǎng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選擇主要根據(jù)國(guó)內(nèi)、外鼓網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)確定。鼓網(wǎng)直徑一般為15～22 m，寬度為5～7 m(安全廠用水系統(tǒng)鼓網(wǎng)除外)，過網(wǎng)流速一般采用0.4 ～ 0.6 m/s。鼓網(wǎng)轉(zhuǎn)速 2 檔為 5.0，15.0 m/min，3 檔轉(zhuǎn)速為2.5，10.0，20.0 m/min;網(wǎng)孔尺寸(均為沖孔):常規(guī)島循環(huán)水為? 4.0 mm，核島安全廠用水為? 3.0mm ，混合取水為? 3.0mm。鼓網(wǎng)弧形底部與池底距離一般為1.5～2.0 m，流速控制在0.5 ～1.0 m/s，防止流槽泥沙淤積。

(6)為加強(qiáng)鼓網(wǎng)整體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)剛度，當(dāng)鼓網(wǎng)直徑≥15 m、寬度≥5 m時(shí)，鼓網(wǎng)骨架應(yīng)將單菱形輻條改為雙菱形輻條。秦山核電二期和二期擴(kuò)建工程、方家山工程都采用這種形式。根據(jù)國(guó)內(nèi)、外鼓網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，鼓網(wǎng)骨架和主軸應(yīng)采用加犧牲陽極或外加電流保護(hù)裝置(通常采用犧牲陽極)，以達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。

4 結(jié)束語

目前，通過國(guó)內(nèi)、外的技術(shù)合作，濱海核電站和火電廠取水泵房的濾水設(shè)備中粗/細(xì)格柵、格柵除污機(jī)、板框和鼓形濾網(wǎng)可以完全實(shí)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)、制造;同時(shí)，通過不斷總結(jié)實(shí)際工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提高了工程設(shè)計(jì)水平和設(shè)備制造質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)濱海電廠濾水設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，為我國(guó)核電站、火電廠的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)。

［1］周金全，陳玉峰.濱海核電站海洋水文水工試驗(yàn)與設(shè)計(jì)［M］.北京:原子能出版社，1995.

［2］周金全.地表水取水工程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［3］DL/T 5339—2006，火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.