核電站MSR疏水泵的設(shè)計(jì)計(jì)算

王萍， 陳昭芳

（1.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七O三研究所，哈爾濱 150078）

核電站MSR疏水泵的設(shè)計(jì)計(jì)算

王萍1， 陳昭芳2

（1.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七O三研究所，哈爾濱 150078）

介紹了核電汽輪機(jī)組MSR汽水分離再熱系統(tǒng)，研究了疏水泵的揚(yáng)程計(jì)算、系統(tǒng)布置的注意事項(xiàng)、氣蝕現(xiàn)象等。

核電汽輪機(jī)；汽水分離再熱系統(tǒng)；疏水泵

1 引言

汽水分離再熱系統(tǒng)是核電汽輪機(jī)必不可少的重要組成部分，與常規(guī)火電機(jī)組中鍋爐的作用相同，這也是核電機(jī)組與常規(guī)火電機(jī)組的主要區(qū)別。

汽水分離再熱系統(tǒng)（MSR系統(tǒng)）的作用是去除和回收汽輪機(jī)高壓缸排汽中的水份，除濕分離效果達(dá)到98%以上，再通過MSR兩級(jí)再熱器加熱，將低壓缸進(jìn)汽加熱成過熱蒸汽，通過提高低壓缸進(jìn)汽的過熱度，將低壓缸排汽的濕度控制在10%，降低了濕蒸汽對(duì)低壓缸葉片尤其是末3級(jí)葉片的沖蝕。

2 疏水泵設(shè)計(jì)實(shí)例

以某核電站為例，單臺(tái)汽輪機(jī)組包含兩臺(tái)汽水分離再熱器（MSR），分別位于汽輪機(jī)運(yùn)行平臺(tái)兩側(cè)。每臺(tái)汽水分離再熱器配備一臺(tái)分離器疏水回收箱，一臺(tái)低壓再熱器疏水回收箱和一臺(tái)高壓再熱器疏水回收箱，如圖1所示。

圖1

疏水泵用于將MS分離器疏水回收箱中的凝結(jié)水，排放到低壓給水加熱系統(tǒng)，如除氧器。通常為避免泵無流量運(yùn)轉(zhuǎn)，防止電動(dòng)機(jī)過熱，會(huì)在泵的出口設(shè)置一套最小流量管路，即設(shè)置控制閥與泵出口的測(cè)流量?jī)x表聯(lián)鎖。當(dāng)泵的流量等于或小于最小量時(shí)，控制閥打開，以減少氣蝕的可能性。

疏水泵的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組都是至關(guān)重要的，它能使分離器疏水箱水位穩(wěn)定在正常液位，避免分離器疏水箱中的疏水倒回流至汽輪機(jī)，從而防止汽輪機(jī)組跳閘停機(jī)。因此，為泵廠家提供準(zhǔn)確的關(guān)于泵的工藝流程參數(shù)是疏水泵穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提條件。泵的安裝位置、工藝過程（如啟動(dòng)、停機(jī)、最大工況，接收疏水設(shè)備如除氧器是否定壓運(yùn)行、疏水介質(zhì)的物化性質(zhì)等）都是選泵的重要考慮因素。

3 廠家提供的主要工藝參數(shù)

（1）流量：根據(jù)具體的運(yùn)行要求，各設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，給出正常流量和額定流量，包括典型工況的流量（不同電站有不同的考慮），并需考慮最小流量的要求。

（2）揚(yáng)程：根據(jù)泵進(jìn)口側(cè)介質(zhì)的靜壓、疏水箱與泵的相對(duì)高度差、從疏水箱至泵的進(jìn)口側(cè)的管道及管件的壓力損失，可得到泵的進(jìn)口側(cè)的吸入壓力。

根據(jù)泵的出口側(cè)設(shè)備的靜壓、泵與出口側(cè)設(shè)備的相對(duì)高度差、管線的壓力損失，可得到泵的出口壓力。吸入壓力與出口壓力的差值即為泵所需能量的增值。在計(jì)算泵的進(jìn)口側(cè)設(shè)備的介質(zhì)液位時(shí)，應(yīng)取最低液位，也就是低低液位。

（3）溫度：在核電站中，疏送介質(zhì)為飽和水。

（4）系統(tǒng)的有效汽蝕余量：指泵的入口處單位質(zhì)量疏水超出該疏水氣化壓力的富余能量，等于從基準(zhǔn)面算起的泵入口的總吸入水頭減去液體的氣化壓力。根據(jù)工藝特點(diǎn)及布置要求，向泵廠家提供初步的系統(tǒng)的有效汽蝕余量（NPSHa）數(shù)據(jù)，要求離心泵的NPSHa/NPSHr≥1.8，以減少泵產(chǎn)生氣蝕的可能性。

計(jì)算式如圖2所示：

圖2

式中，H-總揚(yáng)程，m；P2-加于出口水面的壓力，Pa；P1-加于進(jìn)口水面的壓力，Pa；ρ-水的密度，kg/m3；h1/h2-相對(duì)于泵基準(zhǔn)線的凈揚(yáng)程（出口水面和進(jìn)口水面的高度）；h1/h2-進(jìn)口/出口水頭損失，m；ν2/ν1-出水/進(jìn)水管端的出口流速，m/s。

以某核電站的疏水泵選型計(jì)算為例，該系統(tǒng)處于倒灌設(shè)置（見表1）。

由以上可知，泵的揚(yáng)程是指把單位重量的疏水從吸入液面輸送至排出液面所需的能量，由泵的幾何高度（勢(shì)能）、進(jìn)出口設(shè)備介質(zhì)的靜壓差（壓能）及系統(tǒng)管路阻力損失3部分組成。

4 布置泵及相關(guān)系統(tǒng)管道時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）所有泵的吸入管道，在靠近端部處均應(yīng)安裝臨時(shí)濾網(wǎng)；（2）根據(jù)實(shí)際工況參數(shù)，向泵廠家提交泵的吸入、排出管道的載荷及力矩，由泵廠家去核算疏水泵能否承受管道的力及力矩；（3）泵的吸入管道應(yīng)盡可能縮短，少拐彎，如必須拐彎時(shí)，也應(yīng)采用長(zhǎng)曲率半徑的彎頭，避免突然縮小管徑，避免壓損過大；（4）泵的吸入管道管徑不應(yīng)小于泵的吸入口，如在水平管段變徑時(shí)，應(yīng)設(shè)置偏心異徑管，且管徑取平，而不應(yīng)設(shè)置同心異徑管，以避免形成“氣袋”。如在垂直管段變徑，可設(shè)置同心異徑管；（5）泵的吸入管段應(yīng)盡可能避免形成集聚氣體的“氣袋”，當(dāng)無法避免時(shí)，則應(yīng)在“氣袋”頂部安裝DN15～20mm的放氣閥；（6）單吸泵的吸入管道最好設(shè)置長(zhǎng)約吸入口直徑3倍的直管；雙吸泵的吸入管路則應(yīng)設(shè)置長(zhǎng)約吸入口直徑7～10倍的直管；（7）泵的吸入管道應(yīng)有0.02的坡度，當(dāng)泵比水源低時(shí)坡度朝向泵，當(dāng)泵比水源高時(shí)則反之；（8）泵的排出管道，一般應(yīng)安裝止回閥；（9）高速旋轉(zhuǎn)的葉輪與給水的摩擦對(duì)疏水有加熱作用。機(jī)組在啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)，疏水流量小，水被加熱后易氣化，繼而會(huì)引起水泵的氣蝕。在小流量下工作泵還會(huì)發(fā)生振動(dòng)和噪聲。為保證疏水泵在低負(fù)荷下正常工作，在疏水泵出口處都設(shè)置有最小流量管路。一般選擇再循環(huán)流量為疏水流量的25%～30%。

表1

5 泵啟動(dòng)前的注意事項(xiàng)

（1）避免泵發(fā)生氣蝕，保證疏水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，疏水箱保證正常液位；（2）除氧器保證在正常液位；（3）泵的最小流量控制閥處于開啟狀態(tài)；（4）注意泵本身的控制連鎖保護(hù)（軸承溫度、振動(dòng)、電壓等）等；（5）應(yīng)關(guān)閥啟泵，以防止電動(dòng)機(jī)過熱。

總之，MS疏水泵作為MSR系統(tǒng)的組成部件，優(yōu)質(zhì)的性能的是汽輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要保障。在計(jì)算選型時(shí)，應(yīng)充分考慮各種工況下的工藝參數(shù)、實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行要求，以降低疏水泵發(fā)生氣蝕概率，保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

［1］郭立君，何川.泵與風(fēng)機(jī).北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［2］張德姜，等.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2009.

［3］動(dòng)力工程師編輯委員會(huì).動(dòng)力工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

（編輯 立 明）

Design&Calculation for MSR Drain Pump in Nuclear Power Plant

WANG Ping1,CHEN Zhao-fang2
（1.Harbin Turbine Company Limited,Harbin 150046,China;2.No.703 Research Institute,CSIC,Harbin 150078,China）

This paper introduces MSR separator reheater system in nuclear power turbine plant，lift calculation of MS drain pump，system arrangement notes&cavitations.

nuclear power plant;moisture separator reheater system;MS drain pump

TK264.12

B

1002-2333（2013）09-0217-02

王萍（1980-），女，工程師，主要從事核電汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)工作。

2013-06-02