秦山二廠安全廠用水系統(tǒng)運行缺陷及原因分析

李建業(yè) 馬國棟 馬澤龍 閆明

摘 要：安全廠用水系統(tǒng)（SEC）是用來將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）收集的熱負荷輸送到最終熱阱—海水，同時作為冷卻系統(tǒng)的一部分，它又具有安全功能，在正常運行和事故工況下能把從安全有關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件來的熱量輸送到最終熱阱。SEC系統(tǒng)的正常、可靠運行是整個機組正常運行的前提。該文在通過分析杭州灣水質(zhì)特殊情況，結(jié)合安全廠用水系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題，分析原因，探討解決辦法和改進措施。

關(guān)鍵詞：安全廠用水 泥沙磨損 汽蝕

中圖分類號：TL36 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0063-01

秦山二廠安全廠用水系統(tǒng)（SEC）作為核電站的一個重要輔助系統(tǒng)，其功能是將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）的熱負荷傳遞給最終熱阱—海水。它由兩組與安全有關(guān)的冗余系列組成。無論在正常運行工況下或在事故工況下，都應(yīng)將與安全有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備和部件（如EAS、DVH、RRA、PTR等）中的熱量轉(zhuǎn)移給最終熱阱。

1 SEC系統(tǒng)運行中的問題

SEC系統(tǒng)作為核島設(shè)冷水熱負荷的最終熱阱，只有在本系統(tǒng)能正常連續(xù)運行的條件下，才能保證核島其余系統(tǒng)的正常運行和熱量的正常導出。秦山二期SEC系統(tǒng)投運以來，相關(guān)的檢修記錄表明其設(shè)備的故障率較高，而故障原因大部分為設(shè)備因磨損損壞。根據(jù)工作票統(tǒng)計，2013年秦山二期核電廠1SEC反沖洗水泵解體、軸封漏水消缺類檢修工作共18次。由于SEC泵和反沖洗水泵為核安全相關(guān)設(shè)備，每次檢修都涉及I0工作，頻繁檢修隔離導致安全廠用水系統(tǒng)的可靠性嚴重降級。

2 原因分析

2.1 泥沙磨損

當泵停運時，泥沙淤積在泵入口管道和泵殼內(nèi)。當泵重新啟動后的一段時間內(nèi)，葉輪帶動泥沙拌著水流高速攪動，開始時就象沙紙打磨一樣，對泵的水力部件產(chǎn)生嚴重的泥沙磨蝕，當泵平穩(wěn)運行后，水中的泥沙在離心力的作用下，大部分集中在葉輪流道的外側(cè)和高壓區(qū)，并繼續(xù)對泵體內(nèi)各部件進行磨損。

杭州灣為東西走向的喇叭型強潮河口灣.杭州灣河床起伏不大，但是平面收縮強烈，沿程潮差急劇增大，在長江口南下水、錢塘江徑流和東海潮波共同影響下，具有潮強流急、含沙量高的特點，構(gòu)成杭州灣北岸灘地和水下斜坡的沉積物主要為細沙、粉砂、砂質(zhì)粉砂和粘土質(zhì)粉砂。

海水所含沙型以石英和正長石為主， 為直徑小于0.1 mm（95.1%）的細顆粒粉沙，它的硬度很高，形狀多為棱片狀，海水中CL離子含量5677.87 mg/L，DO（溶解氧）含量8.9 mg/L，杭州灣海水為含有大量細沙和腐蝕性介質(zhì)的固液兩相流，所以對秦山二期的安全廠用水系統(tǒng)運行影響較大（表1）。

2.2 汽蝕

當泵運轉(zhuǎn)時，在葉輪中心處會形成低壓，當葉片入口附近的壓強等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時，液體就在該處發(fā)生汽化并產(chǎn)生氣泡，在離心力的作用下，氣泡隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，氣泡在高壓作用下，迅速凝結(jié)，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，瞬間內(nèi)周圍的液體即以極高的速度沖向氣泡中心，眾多的液體質(zhì)點象細小的高頻水錘撞擊著葉片，造成沖擊和振動，泵在這種狀態(tài)下長期運轉(zhuǎn)，將導致水力部件金屬表面的剝蝕，并在其表面形成大小不一、蜂窩狀的孔洞。這種現(xiàn)象就是汽蝕。

核二院2003年6月根據(jù)SEC泵自2002年4月—2003年4月間運行的歷史數(shù)據(jù)，找出泵入口的最低壓力，并計算出此期間泵的NPSHa為12.16 m，大于泵所要求的NPSHr（10.3 m），故SEC泵在正常運行狀況下是不會發(fā)生汽蝕。那么為什么SEC泵會存在汽蝕現(xiàn)象呢？

在原設(shè)計中，為防止泥沙在暗渠中沉積，設(shè)置了攪沖裝置，但攪沖裝置的設(shè)計流量過小，未能起到預期的作用。在泵切換運行或停運檢修時，SEC泵在暗渠的入口部位以及入口管道和泵體內(nèi)余留海水中的泥沙開始淤積，泥沙將堵塞管道或泵吸入口，使有效過流面積減小。

SEC泵在啟動時泵吸入的不是水，而是大量的泥沙。這些泥沙會使泵入口的通流截面積減小，水的吸入量減小，流速升高，而壓強相應(yīng)降低，當該處的壓強等于或小于輸送溫度下水的飽和蒸汽壓時，泵內(nèi)就會發(fā)生汽蝕，而當泵處于頻繁地間斷性停啟狀態(tài)時，泵內(nèi)就會多次發(fā)生汽蝕，久而久之就會造成泵內(nèi)各部件的損壞。

3 改進措施

3.1 通過改變運行方式來改善泥沙淤積現(xiàn)象

在機組運行之初，根據(jù)設(shè)計要求，A.B列4臺100%SEC泵只要求運行一臺即可。由于備用列SEC泵入口泥沙淤積嚴重，故A.B列正常運行時均保持一臺泵運行。在機組運行之初，根據(jù)定期試驗管理要求，SEC反沖洗泵是4周切換一次，隨著機組運行時間越來越長，SEC反沖洗泵入口泥沙淤積嚴重，現(xiàn)在將SEC反沖洗泵的切換周期縮短為2周一次。用于電廠排污的SEO系統(tǒng)，在SEC泵和CRF泵運行的房間，需要定期切換A1.A2（A：自動控制狀態(tài)）位置，讓優(yōu)先啟動的泵定期改變，以應(yīng)對長期不運行的泵出口常被泥沙堵死的現(xiàn)象，而在機組運行之初，并無此項操作。

3.2 改變泵的水力設(shè)計

根據(jù)泵的汽蝕相似定律：

△hrp/△hr=nP2DP2/n2D2

式中△hr、n、D分別為模型泵的必需汽蝕余量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑，△hr P、nP、DP分別為實型泵的必需汽蝕余量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑。

對于同一臺泵，不同轉(zhuǎn)速的相似工況下：因Dp=D，故△hrp/△hr=nP2/n2。這說明一臺泵當轉(zhuǎn)速n升高時，必需汽蝕余量將隨轉(zhuǎn)速的平方增加，泵的抗汽蝕性能大大降低。因此，高轉(zhuǎn)速泵的必需汽蝕余量較大，抗汽蝕性能較差。所以在滿足流量和揚程的情況下，應(yīng)考慮選擇較低的轉(zhuǎn)速，來改善泵的汽蝕性能。同時，鑒于秦山地區(qū)的海水中泥沙含量大的這種性質(zhì)，若降低轉(zhuǎn)速，還可降低泥沙磨損，提高葉輪及泵的使用壽命。

4 結(jié)語

SEC系統(tǒng)屬于安全相關(guān)系統(tǒng)，無論核電站在正常運行或事故工況下，必須能夠把安全有關(guān)的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件來的熱量輸送到最終熱阱。通過表面處理的方式增加葉輪耐磨性、更換反沖洗泵型號、改變系統(tǒng)運行方式等方法極大的改善了運行工況，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

參考文獻

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