某AP1000核電廠循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備選型

張晉堂 李悅

摘 要：AP1000核電廠循環(huán)水系統(tǒng)不同于常規(guī)火電項(xiàng)目，且沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。該核電廠結(jié)合AP1000核電項(xiàng)目特點(diǎn)，通過對循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，首次采用立式混流泵和鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)設(shè)備的組合方式，選擇了經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備選型及配置方案，為后續(xù)的濱海AP1000核電廠及大型火電廠循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備的選型提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng) 設(shè)備 選型 核電廠

中圖分類號：TL353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0098-02

伴隨著AP1000核電技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收，AP1000核電廠在國家電力、能源規(guī)劃中占據(jù)了重要地位。電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在整個(gè)電廠的建設(shè)與運(yùn)行中起著非常重要的作用，而其主要設(shè)備的選型和配置，則是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作，其方案的合理與否，對AP1000核電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。

1 工程概況

某核電廠 ，一期工程建設(shè)2臺(tái)AP1000核電機(jī)組，循環(huán)冷卻水采用直流供水系統(tǒng)，水源為海水。流程為：海生物攔截設(shè)施→取水明渠→泵房前池→粗格柵（帶移動(dòng)式清污機(jī)）→鋼閘門→細(xì)格柵（帶固定式清污機(jī)）→鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→循環(huán)水泵→電動(dòng)蝶閥→循環(huán)水壓力進(jìn)水管→凝汽器及輔機(jī)→循環(huán)水壓力回水管→虹吸井→排水暗溝→排水口→排水明渠→大海。

2 循環(huán)水泵的選擇

2.1 循環(huán)水泵配置方式

結(jié)合相近機(jī)組容量的火電及核電廠的循泵配置實(shí)例，該工程考慮一機(jī)配兩泵、一機(jī)配三泵及一機(jī)配四泵3種配置方式。針對一機(jī)配兩泵又考慮立式混流泵和立式混凝土蝸殼泵兩種泵型。

根據(jù)核電廠的冷端優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果，一機(jī)配四泵方案的年費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他方案的年費(fèi)用，因此首先排除此配置方案。

一機(jī)配兩泵方案中，為增加系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，考慮采用雙速泵或動(dòng)葉可調(diào)泵型。鑒于如此大流量雙速泵的電機(jī)昂貴，價(jià)格遠(yuǎn)高于動(dòng)葉可調(diào)循環(huán)水泵，而土建及運(yùn)行費(fèi)用兩者基本相當(dāng)，因此不推薦造價(jià)高的雙速泵配置方案。

在初步篩選的基礎(chǔ)上，該工程做了以下泵型及配置的方案比較。

2.1.1 兩泵方案

動(dòng)葉可調(diào)立式混流泵、立式混凝土蝸殼泵技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見表1。

通過表1可以看出，從經(jīng)濟(jì)方面，兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)立式混流泵方案明顯優(yōu)于兩臺(tái)立式混凝土蝸殼泵方案，年總費(fèi)用相差約358.53萬元，因此不推薦兩臺(tái)立式混凝土蝸殼泵方案。

2.1.2 立式混流泵三泵方案與兩泵方案比較

排除兩臺(tái)立式混凝土蝸殼泵方案后，進(jìn)行了一機(jī)配兩動(dòng)葉可調(diào)立式混流泵及一機(jī)配三臺(tái)固定葉片立式混流泵方案比較，詳見表2。

由表2可以看出：從經(jīng)濟(jì)方面，兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)泵方案略優(yōu)于3臺(tái)固定葉片泵方案，兩者年總費(fèi)用相差約26.3萬元。但從技術(shù)方面來說，固定葉片的循環(huán)水泵安裝、檢修方便，運(yùn)行安全、可靠性高；動(dòng)葉可調(diào)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、檢修難度大，運(yùn)行可靠性低。一機(jī)配三泵方案，冬季流量調(diào)節(jié)方便靈活，停運(yùn)一臺(tái)泵即可，而且每臺(tái)泵的流量變小，有利于AP1000核電廠循環(huán)水泵的國產(chǎn)化；一機(jī)配兩泵方案，采用動(dòng)葉可調(diào)后，其可靠性難以保證，而核電廠對設(shè)備的安全穩(wěn)定性要求較高，且兩泵經(jīng)濟(jì)性并沒有較大優(yōu)勢，因此在兩種方案年費(fèi)用相差很小的情況下，推薦一機(jī)配三臺(tái)固定葉片立式混流泵方案。

綜上所述，該AP1000核電廠的循環(huán)水泵推薦型式為固定葉片式立式混流泵。配置方式為一機(jī)配三泵：夏季及春秋季運(yùn)行3臺(tái)水泵，水量基數(shù)為1；冬季運(yùn)行兩臺(tái)泵，水量基數(shù)為0.75。

2.2 循環(huán)水泵主要參數(shù)的確定

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，循環(huán)水泵采用一機(jī)三泵方案，型式為二層安裝、轉(zhuǎn)子可抽式、固定葉片立式混流泵，采用層上出水結(jié)構(gòu)。

泵型確定后，結(jié)合電廠的系統(tǒng)布置，根據(jù)廠址各季節(jié)工況的平均低潮位、99%低潮位進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)水力計(jì)算，確定循環(huán)水泵主要參數(shù)：Q=（21.67～24.92）m3/s，H=（12.5～9.2）m，效率不低于87%?？紤]海水的腐蝕性及核電廠較高的安全、可靠性要求，水泵接觸海水部分采用雙相不銹鋼，防護(hù)等級為IP55。

3 主要配套設(shè)施的選擇

經(jīng)調(diào)研，在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的選擇上，國內(nèi)外大型火電、核電機(jī)組主要采用鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)兩種形式，針對這兩種設(shè)備，進(jìn)行了技術(shù)比較。

3.1 鼓形濾網(wǎng)與板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的配置

該核電廠一期循環(huán)水流量130 m3/s，廠用水流量4 m3/s， 總?cè)∷髁繛?34 m3/s，選用鼓形濾網(wǎng)與板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)說明：鼓形濾網(wǎng)：數(shù)量6臺(tái)，直徑φ19 m，有效寬度4 m，清潔狀態(tài)水頭損失34 mm，50%堵塞水頭損失86 mm；板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)：數(shù)量12臺(tái)，出水口寬度：2 m；有效寬度：4 m，清潔狀態(tài)水頭損失135 mm，50%堵塞水頭損失213 mm。

3.2 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行方式的比較

（1）鼓形濾網(wǎng)：每臺(tái)鼓形濾網(wǎng)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的筒形骨架組成，在骨架圓周方向上安裝有過濾網(wǎng)片。水流由鼓形濾網(wǎng)兩側(cè)流入內(nèi)側(cè)，經(jīng)網(wǎng)片過濾后沿徑向流出，即：網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水，網(wǎng)外出水。當(dāng)鼓網(wǎng)工作時(shí)，由網(wǎng)片及撈污斗收集到的污物被提升到地面操作平臺(tái)上，并被沖洗水沖到排水槽中，最終排到泵房外。

（2）板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)：旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星擺線針輪減速機(jī)，并通過傳動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)主軸裝配系統(tǒng)中的從動(dòng)大鏈輪，帶動(dòng)掛在主軸工作鏈輪上的鏈條及網(wǎng)板上下往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，將水室中的懸浮污物撈起并提升至地面操作平臺(tái)，經(jīng)沖洗后將污物排放到排水溝中，進(jìn)而排放到泵房外。

3.3 最大允許設(shè)計(jì)水位差比較

（1）鼓形濾網(wǎng)：鼓形濾網(wǎng)受其獨(dú)特結(jié)構(gòu)的影響，可承受較高的設(shè)計(jì)水位差，通?？蛇_(dá)到4～5 m；有些鼓形濾網(wǎng)甚至可設(shè)計(jì)成在一側(cè)承受最高水位所造成的壓差，而在另一側(cè)無水位；其驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率并不隨著運(yùn)行水位差的增大而迅速增大。

（2）板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)：其污物的清除方式與鼓形濾網(wǎng)相似，但實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)通常限制其最大運(yùn)行水位差在1～2 m之間；其驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率隨著運(yùn)行水位差的增大而急劇增大，特別是對于尺寸又寬又長的板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

3.4 土建比較

（1）鼓形濾網(wǎng)：鼓形濾網(wǎng)的土建基礎(chǔ)相對要復(fù)雜些，但這些可通過所減少的維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用來補(bǔ)償。

（2）板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)：旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的土建基礎(chǔ)比較簡單，僅需一直通的流道，并在出水口側(cè)基礎(chǔ)墻上開設(shè)一出水口即可；在設(shè)計(jì)中，濾網(wǎng)采用全框架結(jié)構(gòu)，整機(jī)可連成一體，直接放在出水口側(cè)基礎(chǔ)墻前即可。

3.5 維護(hù)比較

（1）鼓形濾網(wǎng)：鼓形濾網(wǎng)所需維護(hù)極少，在20～30年運(yùn)行期間內(nèi)僅需偶爾更換小齒輪和密封橡膠。

（2）板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)：旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由于鏈條上相對運(yùn)動(dòng)部件較多，在運(yùn)行期間必須定期進(jìn)行維護(hù)。滾輪、鏈板、軸套等磨損部件的使用壽命一般在5年左右，相對于濾網(wǎng)30年的常規(guī)使用壽命要求，至少需要6套備件，費(fèi)用與購買一臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)相當(dāng)。

經(jīng)過以上的技術(shù)比較可以總結(jié)，鼓形濾網(wǎng)的設(shè)備龐大、土建施工復(fù)雜，但其過水量大、運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，維護(hù)工作量小，這些特點(diǎn)更適合于核電廠的應(yīng)用，因此推薦使用該核電廠采用鼓形濾網(wǎng)方案。

4 結(jié)語

經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析和選型及配置比選，該AP1000核電廠循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備的選型和配置方案為：循環(huán)水泵采用一機(jī)三泵方案，型式為二層安裝、轉(zhuǎn)子可抽式、固定葉片立式混流泵；旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)采用鼓形濾網(wǎng)方案。該方案經(jīng)濟(jì)合理，并首次采用立式混流泵與鼓形濾網(wǎng)的組合方式，可以保證核電廠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，同時(shí)，為后續(xù)的AP1000核電廠循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開拓了思路。

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