AP1000設(shè)備冷卻水系統(tǒng)沖洗方案實踐及優(yōu)化

朱風耀，馬中杰

（國核工程有限公司，上海 200233）

AP1000設(shè)備冷卻水系統(tǒng)沖洗方案實踐及優(yōu)化

朱風耀，馬中杰

（國核工程有限公司，上海 200233）

基于AP1000核電項目的調(diào)試實踐，對設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的沖洗方案進行了介紹分析并加以總結(jié)優(yōu)化，以期為后續(xù)項目和其他工業(yè)項目中相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的沖洗工作提供一定借鑒。

核電項目；設(shè)備冷卻水系統(tǒng)；沖洗

0 引言

AP1000三代核電機組由美國西屋公司設(shè)計，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（component cooling water system，簡稱CCS）是AP1000核電站核島的閉式冷卻水系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于吸收電廠其他用戶的熱量并將其導出至廠用水系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)在預運行試驗前達到清潔度要求，需先對其進行沖洗工作。本文總結(jié)了現(xiàn)有在建的AP1000核電機組的沖洗經(jīng)驗，并對沖洗方案進行了優(yōu)化，以期為后續(xù)AP/CAP機組及CAP1400等其他電站機組的沖洗方案制定提供參考。

1 CCS沖洗方案簡介

CCS沖洗方案采用分區(qū)化簡的思路，按照功能、設(shè)備布置、介質(zhì)流向等對系統(tǒng)進行拆分，將系統(tǒng)劃分為數(shù)個簡化的、相對獨立的、沖洗時互不影響的分區(qū)分別進行沖洗。整個沖洗過程依次按照高壓水槍沖洗、分區(qū)沖洗和完整循環(huán)沖洗三步進行。

1.1 高壓水槍沖洗

高壓水槍沖洗的主要優(yōu)點有高效節(jié)能、高清潔度、冷清洗安全性高、自動化程度高及運行成本低等。AP1000核電機組，在對系統(tǒng)管道充水之前先對系統(tǒng)過濾器到泵入口之間管道以及泵出口到熱交換器入口之間管道進行高壓水槍沖洗。由此，可以有效地清除CCS泵及熱交換器進出口的大量雜質(zhì)，防止碎片及微粒等進入CCS熱交換器，為泵及熱交換器安全運行提供保障，也為后續(xù)分區(qū)沖洗節(jié)省時間及人工成本。

1.2 分區(qū)沖洗

依照分區(qū)化簡思路，對系統(tǒng)進行分區(qū)分用戶的沖洗。先沖洗主回路（管徑最大部分），該部分清潔度達到一定要求（不再堵塞沖洗濾網(wǎng)）后，依次分區(qū)分別完成各用戶流道的沖洗工作。當所有用戶流道清潔度均滿足要求后，聯(lián)合所有用戶設(shè)備進行沖洗，消除各用戶流道之間盲區(qū)的雜質(zhì)，實現(xiàn)最終清潔。

圖1 沖洗路徑簡圖

CCS系統(tǒng)按用戶所在廠房主要分為汽輪機廠房用戶、輔助廠房及附屬廠房用戶和安全殼廠房用戶3大分區(qū)。3大分區(qū)分別包含了不同的機械模塊，不同尺寸規(guī)格的管道、用戶等，依照該分區(qū)方法對系統(tǒng)進行分區(qū)化簡梳理后得出以下沖洗分步。

（1）汽輪機廠房內(nèi)大口徑管道沖洗（包含路徑1及路徑4）；圖1中路徑1為CCS泵的進出口母管及VWS中央冷凍機用戶管道。其中泵進出口母管為24英寸管道，管徑最大且為各路徑?jīng)_洗必經(jīng)之地，VWS相關(guān)管道為20英寸和12英寸管道。由于本沖洗方案采用CCS泵進行強制循環(huán)沖洗，所以，按照由主到次、由簡至繁的順序，必須首先對路徑1管道進行沖洗方能為后續(xù)其他路徑或者用戶沖洗提供保障。泵入口處裝有臨時沖洗濾網(wǎng)，防止CCS泵被損壞。直到泵入口濾網(wǎng)不再堵塞，進行下一階段沖洗。

（2）輔助廠房及附屬廠房內(nèi)管道沖洗（路徑2）；圖1中路徑2為RNS泵、RNS熱交換器、SFS熱交換器、CVS小流量熱交換器和PSS熱交換器等用戶管道。該部分用戶管道管徑較為復雜，母管為16英寸管道且連接一個涵蓋各用戶進出口閥門的機械模塊，各用戶管徑為6英寸、3英寸、2英寸、1英寸不等。在對該部分用戶管道的沖洗開始階段，采用在熱交換器入口安裝臨時濾網(wǎng)的方式防止熱交換器內(nèi)進入過多雜質(zhì)，同時依照沖洗效果適時更換臨時濾網(wǎng)（40目錐形濾網(wǎng)），直到泵入口濾網(wǎng)不再堵塞，進行下一階段沖洗。

（3）安全殼廠房內(nèi)管道沖洗（路徑3）；圖中路徑3為主泵、RCDT熱交換器、CVS下泄熱交換器等用戶的管道。該部分同樣包含一個涵蓋各用戶進出口閥門的機械模塊，母管管徑為10英寸，各用戶為4英寸、3英寸管道。由于主泵安裝在系統(tǒng)沖洗之后，所以在沖洗主泵用戶管道時采用跨接的方式實現(xiàn)循環(huán)沖洗，其他用戶沖洗方法同沖洗路徑2。此外，對沖洗路徑2與沖洗路徑3沒有邏輯順序要求，可依照現(xiàn)場安裝實際情況優(yōu)先沖洗相應部分。直到泵入口濾網(wǎng)不再堵塞，進行下一階段沖洗。

1.3 CCS完整循環(huán)沖洗

上述所有路徑?jīng)_洗完成后，恢復所有沖洗臨措（包括泵入口臨時濾網(wǎng)）對系統(tǒng)進行完整循環(huán)沖洗，消除各用戶流道之間盲區(qū)的雜質(zhì)，實現(xiàn)最終清潔。系統(tǒng)應在拆除泵入口濾網(wǎng)的情況下以4315 m3/hr±68.14m3/hr的流量間斷運轉(zhuǎn)至少2小時，并對水質(zhì)進行取樣，化學指標應滿足粒子尺寸（最大）0.8mm×1.6mm的水質(zhì)要求。

2 沖洗實踐中遇到的問題及優(yōu)化

2.1 重力沖洗與強制循環(huán)沖洗相結(jié)合

無論是分區(qū)沖洗還是完整循環(huán)沖洗，在其沖洗過程中均采用了重力沖洗與強制循環(huán)沖洗相結(jié)合的方式以期提高沖洗效率。在機組首次進行啟泵沖洗時，泵入口沖洗臨時濾網(wǎng)在僅僅運行10s左右后就發(fā)生堵塞并導致系統(tǒng)停泵，清理濾網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中存在大量體積較大的雜質(zhì)。因此考慮先進行重力沖洗，當系統(tǒng)水質(zhì)得到改善后再啟泵進行強制循環(huán)沖洗。重力沖洗，即借助工藝管道布置的高度差產(chǎn)生的介質(zhì)的勢能對系統(tǒng)進行一階段簡易沖洗。在安裝完成排水臨措后，借助CCS頭箱的靜壓開啟低點疏水閥進行重力沖洗，直至疏水閥排出的水達到一定清潔度（疏水閥出水較為清澈同時不含有明顯顆粒）后停止重力沖洗工作。經(jīng)采用伯努利方程等公式（見公式(1)、(2)、(3)、(4)）計算發(fā)現(xiàn)，使用重力沖洗時系統(tǒng)所能達到的流量較小，無法達到高效的沖洗效果。然而，重力沖洗能夠?qū)⑾到y(tǒng)介質(zhì)中較大的雜質(zhì)帶出，可以提高后續(xù)強制循環(huán)沖洗的效率。

伯努利方程：

總能量損失：

沿程損失：

局部損失：

公式中，P為壓強，Pa；ρ為密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；α為動能修正系數(shù)；v為速度，m/sh；W為總能量損失，ml為管道程度，m；d為管道直徑，m；λ為無量綱沿程損失系數(shù)；ξ為無量綱局部損失系數(shù)。

2.2 臨時濾網(wǎng)上游閥門布置不合理

在實際沖洗工作中，各路徑均出現(xiàn)了連續(xù)幾次啟泵沖洗均在不足2分鐘即發(fā)生濾網(wǎng)堵塞的現(xiàn)象，不得不進行濾網(wǎng)清洗工作（實踐中共計清理16次）。由于濾網(wǎng)上游閥門結(jié)構(gòu)不合理（螺栓原因），拆除裝有濾網(wǎng)的短節(jié)A時需要同時拆除短節(jié)A上游相連的蝶閥，無法形成有效隔離（如圖2），需要將短節(jié)A上游所有水全部排空（從0米平臺泵入口至24米平臺CCS頭箱出口閥門之間的管線，約6.22噸水），該排水工作耗時約8小時，濾網(wǎng)的拆卸、清洗及回裝工作耗時約8小時。由此，一次濾網(wǎng)清洗工作即耗時16小時之久。如果能采用常規(guī)火電的Y型過濾器（如圖3），則清洗濾網(wǎng)時無需拆卸任何設(shè)備，只需轉(zhuǎn)動手柄，即能從濾網(wǎng)上刷除微粗雜質(zhì)并通過污口排出，可有效節(jié)約大量時間。

圖2 現(xiàn)場沖洗濾網(wǎng)及相關(guān)管道布置圖

圖3 Y型過濾器簡圖

2.3 機械模塊技術(shù)的應用（1）模塊化設(shè)計的優(yōu)點。AP1000設(shè)計采用了大量模塊化設(shè)計，通過運用模塊化技術(shù)，土建施工和模塊制造可以同時進行，將傳統(tǒng)建造模式中大量的現(xiàn)場施工轉(zhuǎn)化為工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場只需按照進度需求將預制模塊直接吊裝于廠房內(nèi)進行模塊間的拼裝即可。這樣可以有效地加快建安進度，減少現(xiàn)場勞動力投入，簡化現(xiàn)場物資供應，減輕現(xiàn)場擁擠程度，極大地提高工程管理的效率。

模塊化設(shè)計包括結(jié)構(gòu)模塊（結(jié)構(gòu)模塊定義）、機械模塊等。機械模塊主要為工藝系統(tǒng)的機械設(shè)備、工藝管道和閥門等，這些工藝設(shè)備共同安置于一個鋼結(jié)構(gòu)公共基架上，機械模塊的安裝相比傳統(tǒng)設(shè)備能夠更好地保證系統(tǒng)設(shè)備的清潔度。在設(shè)備模塊出廠前，廠家已對相關(guān)模塊完成沖洗工作，進入現(xiàn)場后也對模塊設(shè)備做好了充分的防異物工作，防止已清潔模塊被二次污染，有效節(jié)約了該部分設(shè)備沖洗所需的時間、人力和物力成本，提高了系統(tǒng)的沖洗效率。

（2）存在的問題。將機械模塊設(shè)計部分中設(shè)備的進出口閥門等加入到模塊結(jié)構(gòu)中，會使這些進出口閥門遠離其設(shè)備用戶，從而導致閥門下游管道直到用戶都沒有隔離門控制。當需要對用戶進行檢修或者管道發(fā)生泄漏時，無法對其進行隔離，不得不將整個管道內(nèi)的介質(zhì)（CCS系統(tǒng)某機械模塊相關(guān)管道需排出約5噸水）全部排出，耗費工時較長。

3 結(jié)語

本文通過對AP1000設(shè)備冷卻水系統(tǒng)沖洗實踐進行分析說明，為沖洗工作的順序邏輯的優(yōu)化、人力物力的合理分配提供了重要的理論依據(jù)，同時為后續(xù)項目及其他電廠中相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的沖洗工作提供了一定借鑒。

[1]孫漢虹.第三代核電技術(shù)AP1000[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

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1671-0711（2016）11（下）-0036-03