方家山核電機(jī)組主給水泵暖泵管線改造及其實(shí)踐

冷超

【摘 要】核電機(jī)組的備用主給水泵在緊急情況下的快速成功啟動(dòng)對(duì)于核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。方家山核電機(jī)組主給水泵由于原設(shè)計(jì)中無(wú)暖泵管線，在備用期間存在暖泵溫度不足問(wèn)題。在備用狀態(tài)下泵體溫度和管道中的水溫緩慢下降，導(dǎo)致泵體底部溫度低，引起泵體上下溫差較大。備用泵主給水泵的進(jìn)口、跨接管、出口管道的水溫也會(huì)降低，應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)除氧器的溫度較高水開(kāi)始進(jìn)入主給水泵泵組時(shí)，由于巨大的溫差可能導(dǎo)致給水泵卡澀，泵軸抱死，有設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)機(jī)組處于高功率情況下，備用主給水泵應(yīng)急啟動(dòng)不成功會(huì)導(dǎo)致機(jī)組大幅度甩負(fù)荷。備用泵的進(jìn)口管道、出口管道、以及前置泵和壓力級(jí)泵的跨接管管道中囤積了較多的低溫水，在高功率的情況下，如果備用泵應(yīng)急啟動(dòng)會(huì)使囤積較多的低溫水進(jìn)入下游給水管線，可能導(dǎo)致高壓加熱器隔離和蒸汽發(fā)生器水位大幅波動(dòng)從而導(dǎo)致停機(jī)停堆等運(yùn)行瞬態(tài)。所以增加暖泵管線，讓備用主給水泵具有良好的暖泵效果，改善備用主給水泵的上下部溫差較大的情況，提高備用泵的進(jìn)口和出口管道上囤積的水的溫度，對(duì)于備用泵應(yīng)急啟動(dòng)成功的可靠性，以及減少備用的主給水泵應(yīng)急啟動(dòng)后可能導(dǎo)致的運(yùn)行瞬態(tài)，保證核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意思。

【關(guān)鍵詞】暖泵；暖泵管線改造；主給水泵；核電機(jī)組

1 方家山核電機(jī)組主給水泵的配置以及備用主給水泵存在的問(wèn)題

1.1 方家山核電機(jī)組主給水泵的配置

方家山核電機(jī)組電動(dòng)主給水泵系統(tǒng)由三臺(tái)并聯(lián)布置、容量為50%的電動(dòng)泵組構(gòu)成，為蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)提供所需的給水。正常時(shí)兩臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，三臺(tái)泵可以任意切換。當(dāng)兩臺(tái)運(yùn)行的電動(dòng)給水泵組一臺(tái)脫扣時(shí)，處于備用狀態(tài)下的電動(dòng)給水泵組快速啟動(dòng)。當(dāng)運(yùn)行中的給水泵故障跳閘時(shí)，備用泵自啟動(dòng)，在10秒內(nèi)能達(dá)到給水泵的額定流量、揚(yáng)程。

如果高于50%負(fù)荷，當(dāng)兩臺(tái)運(yùn)行的電動(dòng)給水泵組一臺(tái)脫扣時(shí)，處于備用狀態(tài)下的電動(dòng)給水泵如果無(wú)法啟動(dòng)或者啟動(dòng)失敗，將導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)大幅度甩負(fù)荷瞬態(tài)。所以正常功率運(yùn)行時(shí)處于備用的這一臺(tái)主給水泵的可靠性非常重要。

1.2 備用的主給水泵存在的問(wèn)題

由于方家山核電機(jī)組主給水泵的原設(shè)計(jì)中沒(méi)有暖泵管線，所以導(dǎo)致處于備用狀態(tài)的主給水泵存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)暖泵的問(wèn)題，在備用狀態(tài)下泵體溫度和與泵體相連接管道中的水溫度會(huì)緩慢下降，且會(huì)導(dǎo)致泵體底部溫度低，引起泵體上下溫差較大。主給水泵上下溫差大，應(yīng)急啟動(dòng)可能導(dǎo)致給水泵卡澀，有設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。如果在滿功率時(shí)，一臺(tái)主給水泵跳閘，應(yīng)急備用泵啟動(dòng)失敗，將導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)大幅度甩負(fù)荷瞬態(tài)。

同時(shí)作為備用泵應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)，備用泵的進(jìn)口和出口管道上囤積的較多的低溫水進(jìn)入下游給水管線，會(huì)導(dǎo)致高壓加熱器隔離和蒸汽發(fā)生器水位大幅波動(dòng)等運(yùn)行瞬態(tài)。

所以在備用情況下，對(duì)主給水泵進(jìn)行預(yù)熱，減小泵內(nèi)動(dòng)靜部件與介質(zhì)的溫差，可以有效避免泵的損壞。同時(shí)在主給水泵緊急情況下啟動(dòng)時(shí)，避免主給水泵進(jìn)出口管道內(nèi)溫度較低的水進(jìn)入高加，引起高加水位波動(dòng)，造成高加隔離的瞬態(tài)。避免溫度較低的水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器后引起蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)，蒸汽發(fā)生器水位低自動(dòng)停堆的后果。

2 增加暖泵管線的兩次改造

2.1 第一次增加暖泵管線的改造

原設(shè)計(jì)方案中，方家山核電機(jī)組主給水泵沒(méi)有設(shè)計(jì)暖泵管線，但是根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，對(duì)方家山主給水泵增加了暖泵管線。

改造前，主給水泵系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

經(jīng)過(guò)了初始改造，即在主給水泵壓力級(jí)泵的出口逆止閥上并聯(lián)一個(gè)單級(jí)孔板（見(jiàn)圖2中畫波浪線的地方），在單級(jí)孔板上串聯(lián)一個(gè)手動(dòng)閥，通過(guò)這個(gè)手動(dòng)閥來(lái)控制孔板的投入和退出來(lái)實(shí)現(xiàn)暖泵管線的投入和退出。

第一次改造的初始目的是想將主給水泵壓力級(jí)泵出口逆止閥后母管上的水引到逆止閥前，反向經(jīng)過(guò)壓力級(jí)泵、前置泵、至除氧器。從而實(shí)現(xiàn)暖泵的目的。

初次改造后，經(jīng)過(guò)實(shí)際的溫度測(cè)量，跨接管的溫度依然比較低。通過(guò)把跨接管道的保溫拆開(kāi)，如上圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量跨接管表面溫度在55℃至66℃之間。與主給水泵的壓力級(jí)泵的外表面溫度大約160℃相比，溫差有大約100℃。這么大的溫差下，如果在緊急情況備用泵緊急啟動(dòng)，那么溫差大約有100℃的水會(huì)進(jìn)入主給水泵的壓力級(jí)泵，還是可能會(huì)造成泵軸抱死。造成備用主給水泵啟動(dòng)失敗或者出力不足。同時(shí)溫度較低的水進(jìn)入高加，引起高加水位波動(dòng)，溫度較低的水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器后，也引起蒸汽發(fā)生器水位波動(dòng)，造成高加和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)發(fā)生瞬態(tài)，嚴(yán)重情況下會(huì)引起高加自動(dòng)解列和蒸汽發(fā)生器水位低自動(dòng)停堆的后果。所以第一次改造的暖泵管線有一定效果，但加熱效果不理想。

2.2 第一次改造后存在的主要問(wèn)題

第一次增加的暖泵管線，安裝的孔板是自行加工的單級(jí)孔板，壓差很大，容易造成孔板后沖刷嚴(yán)重，管壁減薄。

在主給水泵壓力級(jí)泵的出口逆止閥上并聯(lián)個(gè)單級(jí)孔板后，在正常備用的情況下，從主給水母管來(lái)的高溫水經(jīng)過(guò)并聯(lián)個(gè)單級(jí)孔板這條暖泵管線后，本來(lái)設(shè)想的是讓暖泵的水流流壓力級(jí)泵、前置泵、再至除氧器，從實(shí)際的情況來(lái)看，大多本應(yīng)用來(lái)進(jìn)行暖泵的水是卻經(jīng)過(guò)備用主給水泵的再循環(huán)管線直接回到除氧器去了。圖2中顯示出的將保溫拆開(kāi)后，跨接管線外表面的實(shí)測(cè)溫度即是印證。沒(méi)有達(dá)到比較理想的暖泵目的。

所以在此情況下，需要對(duì)主給水泵暖泵管線進(jìn)行再次改造以達(dá)到更好的效果。

2.3 對(duì)暖泵管線的第二次改造

根據(jù)第一次改造后存在的主要問(wèn)題。第二次改造的方法是取消了第一次改造的暖泵管線，并且改為在主給水泵壓力級(jí)泵出口逆止閥后開(kāi)孔，引出三路暖泵水，分別注入前置泵和壓力級(jí)泵的疏水管以及跨接管處（下圖中波浪線所包括的區(qū)域?yàn)榈诙胃脑煸黾拥墓芫€）。每路暖管上設(shè)置一個(gè)五級(jí)節(jié)流孔板及隔離閥。

經(jīng)過(guò)第二次改造后，備用狀態(tài)下的主給水泵的暖泵方式可以通過(guò)開(kāi)啟（根據(jù)實(shí)際暖泵情況也可節(jié)流控制暖泵水流量）連通管線上手動(dòng)截止閥，將逆止閥后的給水目管中的高壓水引至逆止閥前管道內(nèi)，經(jīng)孔板降壓后的水源流經(jīng)壓力級(jí)泵、中壓給水管道、前置泵返回除氧器水箱，使備用狀態(tài)下的主給水泵達(dá)到連續(xù)暖泵效果。改造后效果圖如圖3所示。

暖泵所使用的水流量相比主給水泵的正常出口流量非常小，備用泵暖泵時(shí)使用的水量不會(huì)對(duì)連續(xù)運(yùn)行中的主給水泵以及高加系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器給水系統(tǒng)造成影響。

在第二次改造后，通過(guò)把跨接管道和前置泵以及壓力級(jí)泵的保溫拆開(kāi)，如圖3所示，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量跨接管外表面溫度在110℃至122℃之間（管道內(nèi)部實(shí)際的水溫要更高一些）。與主給水泵的壓力級(jí)泵的外表面溫度大約140℃相比，溫差大大縮小。這樣在備用情況下，對(duì)泵進(jìn)行預(yù)熱效果變好，減小了泵內(nèi)動(dòng)靜部件與介質(zhì)的溫差，有效避免泵緊急啟動(dòng)時(shí)泵軸抱死以及啟動(dòng)失敗；同時(shí)在主給水泵緊急情況下啟動(dòng)時(shí)，造成高加發(fā)生隔離和蒸汽發(fā)生器的水位劇烈波動(dòng)的可能性大大變小，不容易導(dǎo)致其它的瞬態(tài)。

2.4 經(jīng)過(guò)第二次改造后的實(shí)際應(yīng)用及效果

改造后我們最關(guān)心的就是主給水備用泵在緊急啟動(dòng)時(shí)的情況。

2016年02月20日，方家山核電1號(hào)機(jī)組處于滿功率運(yùn)行，1號(hào)和2號(hào)主給水泵運(yùn)行中，3號(hào)主給水泵備用。02月20日凌晨03點(diǎn)13分，主控室發(fā)“2號(hào)給水泵速度控制故障”、“2號(hào)給水泵開(kāi)關(guān)柜故障”、“2號(hào)給水泵總故障”等報(bào)警，檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)主給水泵跳閘，3號(hào)主給水泵緊急啟動(dòng)。隨后的現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于2號(hào)主給水泵開(kāi)關(guān)柜 A相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致的跳泵。

主控人員立即確認(rèn)3號(hào)主給水泵啟動(dòng)后3臺(tái)SG中主給水流量最高的達(dá)2250t/h，3臺(tái)SG水位開(kāi)始逐漸上升，確認(rèn)3臺(tái)SG主給水調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小至約35%（正常開(kāi)度約45%，2#泵跳閘后瞬時(shí)最高達(dá)70%開(kāi)度），確認(rèn)主給水調(diào)節(jié)閥響應(yīng)正常，密切關(guān)注3臺(tái)SG水位，在SG水位升至0.17m之后3臺(tái)SG水位開(kāi)始回落，之后趨于穩(wěn)定，最終主閥開(kāi)度分別穩(wěn)定在初始的46%、51%、53%左右開(kāi)度。在整個(gè)瞬態(tài)過(guò)程過(guò)程中，相對(duì)滿功率基準(zhǔn)水位，3臺(tái)蒸汽發(fā)生器中水位變化時(shí)最高的上漲0.174m，最低的下降0.157m。蒸汽發(fā)生器水位的波動(dòng)非常小，處于完全可控的范圍之內(nèi)。

隨后主控檢查高壓加熱器，低壓加熱器等系統(tǒng)運(yùn)行均正常，并未出現(xiàn)任何擾動(dòng)和不正常的情況。

同時(shí)主控令現(xiàn)場(chǎng)人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查應(yīng)急啟動(dòng)的3號(hào)主泵給水泵的運(yùn)行情況?，F(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)3號(hào)主給水泵運(yùn)行正常，3號(hào)主給水泵前置泵、壓力級(jí)泵和泵組相連接的管道并無(wú)泄漏。

在這次滿功率條件一下，一臺(tái)運(yùn)行的主給水泵跳閘，備用的主給水泵緊急啟動(dòng)瞬態(tài)中，沒(méi)有發(fā)生備用的主給水泵啟動(dòng)失敗，也沒(méi)有發(fā)生由于備用的主給水泵緊急啟動(dòng)造成高壓加熱系統(tǒng)隔離或者蒸汽發(fā)生器水位大幅波動(dòng)導(dǎo)致的停機(jī)停堆瞬態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

由此充分證明，經(jīng)過(guò)了第二次暖泵管線的改造，方家山核電機(jī)組主給水泵的暖泵改造取得了非常好的實(shí)際效果，并且經(jīng)過(guò)了實(shí)踐證明，在最極端的瞬態(tài)條件下，暖泵的效果也能滿足要求！

【參考文獻(xiàn)】

[1]方家山核電機(jī)組電動(dòng)主給水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].

[2]方家山核電機(jī)組電動(dòng)主給水泵系統(tǒng)流程圖[Z].

[3]方家山核電機(jī)組主給水泵跳閘甩負(fù)荷試驗(yàn)調(diào)試報(bào)告[R].

[責(zé)任編輯：許麗]