蒸汽發(fā)生器水力清洗設(shè)備回收過(guò)濾系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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引言

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水力清洗設(shè)備利用高壓水來(lái)清洗蒸汽發(fā)生器運(yùn)行過(guò)程中在二次側(cè)管板上表面沉積的泥渣，并要求實(shí)現(xiàn)清洗用水的循環(huán)使用[1]。因此，對(duì)二次側(cè)清洗后產(chǎn)生的泥水混合物(以下簡(jiǎn)稱“泥渣水”)的回收和過(guò)濾是整套蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水力清洗設(shè)備必不可少的部分(稱作“回收過(guò)濾系統(tǒng)”)，是實(shí)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)清洗用水再循環(huán)使用的關(guān)鍵核心部件，它具備回收、過(guò)濾和轉(zhuǎn)移三個(gè)功能。國(guó)內(nèi)外針對(duì)該系統(tǒng)的研究表明，一般采用氣動(dòng)隔膜泵實(shí)現(xiàn)回收功能，采用離心泵實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移功能，采用多級(jí)過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)過(guò)濾功能，多采用分散式布局，在布局方式和設(shè)備選型上有所不同。以國(guó)內(nèi)原回收過(guò)濾系統(tǒng)為例，將泥渣水的回收、轉(zhuǎn)移和過(guò)濾作為三個(gè)獨(dú)立單元來(lái)設(shè)計(jì)。其回收功能由氣動(dòng)隔膜泵實(shí)現(xiàn)；轉(zhuǎn)移功能由離心泵實(shí)現(xiàn)(以下稱作“轉(zhuǎn)移泵”)，轉(zhuǎn)移前泥渣水先在水箱中進(jìn)行沉淀；過(guò)濾功能由兩個(gè)多濾芯式過(guò)濾器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)分級(jí)過(guò)濾。使用時(shí)，三個(gè)獨(dú)立單元之間通過(guò)復(fù)合軟管連接，完成泥渣水的回收、轉(zhuǎn)移和過(guò)濾[2]，其結(jié)構(gòu)和管路連接方式如圖1所示。

圖1　原回收過(guò)濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和管路連接示意圖

1　問(wèn)題分析

現(xiàn)場(chǎng)在核島使用水力清洗設(shè)備時(shí)，先將回收單元、轉(zhuǎn)移單元和過(guò)濾單元用復(fù)合軟管將連接成水回路。多年的使用經(jīng)驗(yàn)反饋表明，該形式連接的回收過(guò)濾系統(tǒng)在使用過(guò)程中存在以下不足。

1) 移動(dòng)和排水不便

回收單元、轉(zhuǎn)移單元和過(guò)濾單元設(shè)計(jì)為3個(gè)獨(dú)立單元，進(jìn)出核島不便；占地面積大；3個(gè)單元收集的滴漏水需單獨(dú)排凈，如若水存在微放射性，操作起來(lái)將非常不便且存在沾污風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2) 泥渣水回收效果未達(dá)到最佳

一般工作情況下，水力清洗設(shè)備放在核電廠核島0 m大廳。實(shí)踐證明，回收、轉(zhuǎn)移和過(guò)濾三個(gè)單元組合在一起時(shí)，越近回收效果越明顯。

3) 濾芯更換困難

過(guò)濾器采用大直徑、多芯式過(guò)濾器，同時(shí)過(guò)濾器頂蓋較重，設(shè)計(jì)有專用的手動(dòng)滑輪來(lái)提升頂蓋，因此，現(xiàn)場(chǎng)更換濾芯時(shí)占用較長(zhǎng)的時(shí)間。

4) 過(guò)濾方案單一

兩個(gè)過(guò)濾器采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，泥渣水只能先經(jīng)一級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾，再經(jīng)二級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾，具有唯一性，即不論泥渣水中的泥渣顆粒大小和分布狀態(tài)，只能按照上述方式進(jìn)行過(guò)濾，降低了過(guò)濾效率[4，5]。

5) 故障風(fēng)險(xiǎn)大

系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的部件主要是氣動(dòng)隔膜泵和轉(zhuǎn)移泵，其中氣動(dòng)隔膜泵維修簡(jiǎn)易且含有備件，而轉(zhuǎn)移泵維修麻煩，由于已連接入管路，不具備備件，但其發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致整套水力清洗設(shè)備無(wú)法進(jìn)行清洗工作，需盡力搶修轉(zhuǎn)移泵，直至故障解除。由于蒸汽發(fā)生器水力清洗處于檢修的關(guān)鍵路徑，轉(zhuǎn)移泵若發(fā)生故障會(huì)占用一定的時(shí)間成本，甚至給核電廠帶來(lái)一定的間接經(jīng)濟(jì)損失。

2　優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1　設(shè)計(jì)目標(biāo)

為克服原回收過(guò)濾系統(tǒng)使用過(guò)程中的弊端，通過(guò)關(guān)鍵零部件選型優(yōu)化、結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化、結(jié)構(gòu)集成優(yōu)化、管路重新設(shè)計(jì)，使其更緊湊、空間利用更合理。具體實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：

(1) 實(shí)現(xiàn)并強(qiáng)化原有功能；

(2) 集成后的單元尺寸長(zhǎng)度L≤2500 mm，寬度W≤1800 mm，高度H≤1800 mm；

(3) 濾芯更換方便且過(guò)濾方案多元化；

(4) 解決轉(zhuǎn)移泵的備用問(wèn)題；

(5) 采用壓縮空氣排空過(guò)濾器和管路殘余水；

(6) 引入氣動(dòng)電控閥方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化操作。

2.2　設(shè)計(jì)方案

經(jīng)研究和設(shè)計(jì)后，采用的設(shè)計(jì)方案將回收單元、轉(zhuǎn)移單元和過(guò)濾單元三者集成于一個(gè)移動(dòng)單元。氣動(dòng)隔膜泵安裝在可移動(dòng)推車，通過(guò)簡(jiǎn)易操作的鎖定裝置將可移動(dòng)推車固定于移動(dòng)單元；設(shè)計(jì)一個(gè)電控箱，用于處理信號(hào)和控制管路中電氣元件的狀態(tài)；在滿足流量和過(guò)濾精度的前提下，改變過(guò)濾器的數(shù)量和減小過(guò)濾器的體積，改變過(guò)濾器的布局和優(yōu)化過(guò)濾方案；設(shè)計(jì)有折疊腳梯板，方便過(guò)濾器濾芯的拆卸和更換工作；轉(zhuǎn)移泵出口處增設(shè)備用分支管路，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移泵故障時(shí)，氣動(dòng)隔膜泵代替轉(zhuǎn)移泵繼續(xù)工作的功能。另外，設(shè)計(jì)有工作結(jié)束后能把壓縮空氣排空管路殘余水利用起來(lái)的功能。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案具體如下所述。

(1) 集成化程度高回收單元、轉(zhuǎn)移單元和過(guò)濾單元三者集成于一個(gè)移動(dòng)單元，結(jié)構(gòu)更緊湊、集成度更高，既方便快速進(jìn)出核島，又方便工作結(jié)束時(shí)快速排出移動(dòng)單元?dú)埩舻牡温┧?/p>

(2) 過(guò)濾器選型更換選用體積更小、重量更輕的過(guò)濾器，去除專門的提升裝置，設(shè)計(jì)了折疊的腳梯，方便換取濾芯。過(guò)濾系統(tǒng)分為1個(gè)預(yù)過(guò)濾器和2個(gè)過(guò)濾器，預(yù)過(guò)濾器安裝12根分布式濾芯，過(guò)濾器采用大流量布袋式濾芯，每個(gè)過(guò)濾器只需安裝1根濾芯，方便更換；在每個(gè)過(guò)濾器的進(jìn)口或出口處安裝一個(gè)壓力傳感器，用于監(jiān)控濾芯的堵塞狀態(tài)，同時(shí)，未安裝傳感器的進(jìn)口或出口處安裝備用傳感器接管，方便維修和更換。

(3) 過(guò)濾方案多元化預(yù)過(guò)濾器和過(guò)濾器間串聯(lián)布置，兩個(gè)過(guò)濾器間并聯(lián)分布。連接管路經(jīng)重新設(shè)計(jì)，并在管路中引入氣動(dòng)電控閥和單向閥，能夠根據(jù)泥渣的狀態(tài)選擇不同的過(guò)濾方案。其中，氣動(dòng)電控閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由電控箱輸出信號(hào)控制。管路連接圖如圖2所示。

圖2　優(yōu)化后的過(guò)濾系統(tǒng)管路連接圖

在預(yù)過(guò)濾器的進(jìn)口管路上增設(shè)一并列分支管路，該分支管路和預(yù)過(guò)濾器進(jìn)口管路安裝氣動(dòng)電控閥1和2，預(yù)過(guò)濾器出口管路安裝氣動(dòng)電控閥3和單向閥，出口管路和分支管路匯合后連接到兩個(gè)并聯(lián)過(guò)濾器進(jìn)口管路。當(dāng)泥渣數(shù)量多、顆粒大時(shí)，打開(kāi)預(yù)過(guò)濾器進(jìn)出口管路上的氣動(dòng)電控閥2和3，關(guān)閉分支管路上的氣動(dòng)電控閥1，則泥渣水先流經(jīng)預(yù)過(guò)濾器，再流經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾；當(dāng)泥渣數(shù)量少顆粒小時(shí)，關(guān)閉預(yù)過(guò)濾器進(jìn)出口管路上的氣動(dòng)電控閥2和3，打開(kāi)分支管路上的氣動(dòng)電控閥1，則泥渣水在單向閥的作用下，只流經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)口管路上安裝的氣動(dòng)電控閥4和5的開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇使用一個(gè)或兩個(gè)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，從而過(guò)濾方案多元化，過(guò)濾效率更高。

(4) 故障的轉(zhuǎn)移泵用氣動(dòng)隔膜泵代替為充分利用備用氣動(dòng)隔膜泵的使用潛能和提高回收過(guò)濾系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，通過(guò)增設(shè)一個(gè)分支管路和利用水箱的排水口， 實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)隔膜泵代替轉(zhuǎn)移泵工作的功能。管路連接示意圖如圖3所示， 在轉(zhuǎn)移泵出口處增設(shè)一分支管路備用。正常工作時(shí)， 水箱中的泥渣水沿管路2經(jīng)轉(zhuǎn)移泵作用流向預(yù)過(guò)濾器；當(dāng)轉(zhuǎn)移泵發(fā)生故障時(shí)，停止轉(zhuǎn)移泵，利用水力清洗設(shè)備的備用氣動(dòng)隔膜泵，將水箱的排水口作為氣動(dòng)隔膜泵的進(jìn)水口，氣動(dòng)隔膜泵的出水口通過(guò)復(fù)合軟管連接至轉(zhuǎn)移泵出口的備用分支管路，氣動(dòng)隔膜泵將代替轉(zhuǎn)移泵進(jìn)行工作，在不需維修轉(zhuǎn)移泵的情況下泥渣水沿管路1即可重新恢復(fù)清洗工作，節(jié)省時(shí)間成本。

圖3　轉(zhuǎn)移泵與備用氣動(dòng)隔膜泵管路切換圖

(5) 壓縮空氣排空管路中的殘留水在預(yù)過(guò)濾器的頂部、過(guò)濾器進(jìn)口處安裝壓縮空氣接頭，通過(guò)打開(kāi)氣動(dòng)電控閥3、4、5，關(guān)閉氣動(dòng)電控閥2，利用壓縮空氣將殘留水從預(yù)過(guò)濾器排向過(guò)濾器；再關(guān)閉氣動(dòng)電控閥4、5、6、7，利用壓縮空氣將殘留水從過(guò)濾器排回水箱，最終由水箱出口排出。既方便操作，又排空效果好。如圖4所示，圖中曲線代表壓縮空氣通道，粗線代表預(yù)過(guò)濾器至過(guò)濾器殘留水排空通道，虛線代表過(guò)濾器至水箱殘留水排空通道。

2.3　成果展示

優(yōu)化后的回收過(guò)濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，它實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能，且整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)度L=2000 mm，寬度W=1200 mm，高度H=1480 mm。

圖4　殘余水排空管路圖

1.氣動(dòng)隔膜泵　2.氣動(dòng)電控閥　3.水箱　4.預(yù)過(guò)濾器　5.過(guò)濾器 6.折疊腳梯　7.單向閥　8.轉(zhuǎn)移泵　9.單元框架

3　結(jié)論

針對(duì)原水力清洗設(shè)備回收過(guò)濾系統(tǒng)在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，在保持和增強(qiáng)原有功能的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)集成與優(yōu)化、管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、過(guò)濾器重新選型、以及氣動(dòng)電控閥和單向閥的引入，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的回收過(guò)濾系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)更復(fù)雜，空間更緊湊，對(duì)制造工藝、管路安裝技術(shù)的要求更高。

隨著對(duì)水力清洗設(shè)備操作簡(jiǎn)便化、智能化的要求越來(lái)越高， 觸屏技術(shù)開(kāi)始引入到水力清洗設(shè)備。氣動(dòng)電控閥代替手動(dòng)球閥，便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的觸屏操作，符合水力清洗設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。

因此，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的回收過(guò)濾系統(tǒng)不僅克服了優(yōu)化前的不足、增加了新的功能，使其更高效、更安全，而且符合水力清洗設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用前景非常樂(lè)觀。優(yōu)化后的水力清洗設(shè)備回收過(guò)濾系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于若干個(gè)核電廠蒸汽發(fā)生器泥渣清洗工作，并取得了良好的應(yīng)用反饋。

參考文獻(xiàn)：

[1]Berge Ph，F(xiàn)iguet J M.The Need for Clean Steam Generators[J]. Nucl.Energy，1993，32(2):115-116.

[2]戴兵，廖昌斌，桂春，等.高壓水射流清洗技術(shù)在核蒸汽發(fā)生器清洗中的應(yīng)用[J].清洗世界，2005，21(11)：15-18.

[3]廖昌斌，戴兵.蒸汽發(fā)生器二次側(cè)泥渣清洗技術(shù)的研究[J] .硅谷，2013，(14)：58-60.

[4]丁訓(xùn)慎.核電站蒸汽發(fā)生器的清洗技術(shù)[J] .清洗世界，2004，20(4) ：32-36.

[5]丁訓(xùn)慎.核電站蒸汽發(fā)生器的泥渣槍水力清洗[J] .清洗世界，2005，21(5) ：21-25.

[6]胡臻,聶松林,劉衛(wèi),等.基于大中取小遺憾判據(jù)的液壓系統(tǒng)過(guò)濾器優(yōu)化配置的研究[J].液壓與氣動(dòng),2011,(2):100-104.