淺析核電站循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行及優(yōu)化

摘 要：本文介紹了核電站循環(huán)水系統(tǒng)功能、工作原理和工作流程，以及系統(tǒng)存在問題的分析和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞： 循環(huán)水系統(tǒng)；運(yùn)行；設(shè)計(jì)；分析；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.133

1 系統(tǒng)功能

將過濾后的海水通過循環(huán)水管道向常規(guī)島凝汽器及其輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水，并帶走凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)的熱量。

2 系統(tǒng)工作原理及運(yùn)行

循環(huán)水系統(tǒng)采用海水直流供水系統(tǒng)，采用隧洞取水、一機(jī)一洞取水方案，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置獨(dú)立的循環(huán)水泵房，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置兩條排水溝。循環(huán)水系統(tǒng)通過兩條獨(dú)立的進(jìn)水母管分別向三臺(tái)凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水，各承擔(dān)50%的循環(huán)水流量；輔助冷卻水系統(tǒng)由兩根循環(huán)水支管提供冷卻水，各承擔(dān)100%冷卻水流量。

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座循環(huán)水泵房，設(shè)置三臺(tái)循環(huán)水泵，夏季三臺(tái)循環(huán)水泵同時(shí)運(yùn)行，冬季運(yùn)行兩臺(tái)循環(huán)水泵，另一臺(tái)循環(huán)水泵處于熱備用狀態(tài)。

循環(huán)水泵采用立式、單級(jí)、底部進(jìn)水的混凝土蝸殼式混流泵，水泵與電機(jī)安裝在同一層同一個(gè)房間內(nèi)。水泵的入口、出口布置在不同標(biāo)高的平面上，海水從水泵的下部吸入，側(cè)面排出，進(jìn)水底部標(biāo)高-16.0m，水泵出水管中心標(biāo)高-10.54m，出口管內(nèi)徑為3000mm。

每臺(tái)循環(huán)水泵出口設(shè)置有一臺(tái)液控蝶閥，循環(huán)水泵出口聯(lián)絡(luò)管線上設(shè)置有4臺(tái)電動(dòng)蝶閥。每臺(tái)機(jī)組的汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)設(shè)置有12臺(tái)電動(dòng)蝶閥，分別布置在凝汽器循環(huán)水進(jìn)、出水管上。

循環(huán)水系統(tǒng)采用海水作為冷卻水水源。海水經(jīng)廠外引水明渠、進(jìn)水構(gòu)筑物、廠外引水隧洞送至廠區(qū)出水構(gòu)筑物，海水自出水構(gòu)筑物經(jīng)過廠內(nèi)引水隧洞被送至廠內(nèi)循環(huán)水泵房進(jìn)水間，經(jīng)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)清除水中雜物后進(jìn)入循環(huán)水泵吸水池，并通過循環(huán)水泵升壓后由壓力管送到凝汽器等設(shè)備。凝汽器等設(shè)備的溫排水通過冷卻水排水溝排至虹吸井，再經(jīng)循環(huán)水聯(lián)合排水暗溝至排水口海域。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及優(yōu)化方案

（1）循環(huán)水泵啟、停方式的優(yōu)化。a）存在問題：兩條供水母管三臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，原設(shè)計(jì)啟、停方式復(fù)雜。不便于儀控邏輯的設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)啟、停的自動(dòng)化程度。為了保證凝汽器最佳真空，循環(huán)水泵在不同季節(jié)工況，運(yùn)行泵的數(shù)量不同。如，夏季工況時(shí)三臺(tái)泵運(yùn)行，冬季工況時(shí)兩臺(tái)泵運(yùn)行。1#、2#、3#循環(huán)水泵啟動(dòng)先后順序關(guān)系到每臺(tái)泵不同的啟動(dòng)方式。如，集管上沒有泵運(yùn)行采用開閥啟泵；為了防止循環(huán)水泵在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，集管上有泵運(yùn)行時(shí)需要關(guān)閥啟泵。因此，每臺(tái)循環(huán)水泵都存在很多種啟動(dòng)組合。

停泵方式設(shè)計(jì)階段考慮了四種情況：夏季工況三臺(tái)泵運(yùn)行，某臺(tái)泵需要停運(yùn)時(shí)，關(guān)閉出口液控蝶閥到20%開度，停泵后將出口閥全關(guān)。

冬季工況兩臺(tái)泵運(yùn)行，分集管獨(dú)立向兩個(gè)母管供水，某臺(tái)泵需要停運(yùn)時(shí)，先停泵，再分兩個(gè)階段關(guān)閉出口液控蝶閥。外部失電工況（廠用電500kV切換200kV成功），考慮到夏季工況需要切除一臺(tái)循環(huán)水泵，出口液控蝶閥根據(jù)泵停運(yùn)后信號(hào)自動(dòng)關(guān)閉。外部失電工況（廠用電500kV切換200kV失?。?，1#、2#、3#循環(huán)水泵全部切除。

b）分析：循環(huán)水泵啟動(dòng)方式只判斷供水集管是否帶壓。集管不帶壓，直接采用開閥啟泵；集管帶壓，則采用關(guān)閥啟泵方式。分析計(jì)算表明關(guān)閥停泵方式，可以減少對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)流量突減造成的影響，屬于最安全、最保守方式，正常停泵方式優(yōu)化為程序控制關(guān)閥停泵。優(yōu)化過程中同時(shí)考慮，循環(huán)水泵保護(hù)停運(yùn)類似于失電停運(yùn)，泵跳停后聯(lián)鎖關(guān)閉出口液控蝶閥，防止循環(huán)水泵出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，如果單根母管停止供水，還需要打開母管上的虹吸破壞閥。

另外，循環(huán)水系統(tǒng)兩臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)對(duì)聯(lián)絡(luò)閥的狀態(tài)做了明確要求，目的是為了保證凝汽器兩側(cè)獨(dú)立供水，防止出現(xiàn)單臺(tái)循環(huán)水泵給兩個(gè)母管供水，造成循環(huán)水泵過載。

c）優(yōu)化方案如下：若集管無壓，采用開閥啟泵；若集管有壓，采用關(guān)閥啟泵；若1#循環(huán)水泵停運(yùn)，則關(guān)閉3#和4#聯(lián)絡(luò)閥；若3#循環(huán)水泵停運(yùn)，則關(guān)閉1#和2#聯(lián)絡(luò)閥；若2#循環(huán)水泵停運(yùn)，則關(guān)閉1#、2#、3#和4#聯(lián)絡(luò)閥。

（2）冬季工況循環(huán)水泵“熱備用”問題分析及優(yōu)化

a）循環(huán)水泵處于“熱備用”的意義：根據(jù)原設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑油加熱、氣囊排氣等因素，循環(huán)水泵采用冷啟動(dòng)需要2-3小時(shí)。核電廠通過二回路最終熱阱循環(huán)水冷卻一回路，導(dǎo)出一回路的熱量，確保反應(yīng)堆安全；冬季工況循環(huán)水泵故障跳停后，穩(wěn)定入口海水液位后（一般10分鐘），啟動(dòng)備用泵，減少凝汽器帶功率半側(cè)運(yùn)行的時(shí)間，避免凝汽器真空惡化停機(jī)。

b）影響循環(huán)水泵“熱備用”問題的分析：潤(rùn)滑油油溫，低于10℃需要投齒輪箱電加熱器工作，高于18℃允許啟動(dòng)高壓油泵，根據(jù)電加熱器3×1.5KW以及散熱，需要9.5小時(shí)； 氣囊排氣時(shí)間，氣囊密封的作用是在停機(jī)檢修狀態(tài)下，對(duì)氣囊充氣以防止海水灌入，在循環(huán)水泵啟動(dòng)前需對(duì)氣囊排氣。當(dāng)氣囊排氣后管道壓力低于0.01MPa 時(shí)才允許啟動(dòng)循環(huán)水泵。排氣時(shí)間約2分鐘；長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)的電機(jī)啟動(dòng)前先用2500V 兆歐表測(cè)定U、V、W 三相繞組的對(duì)地電阻和相間電阻符合條件后才允許啟泵。

c）關(guān)于“熱備用”問題采取的優(yōu)化措施：齒輪箱電加熱器改為4×2kW，冬季工況電加熱器邏輯改為潤(rùn)滑油溫<18℃自動(dòng)投入運(yùn)行、潤(rùn)滑油溫>25℃自動(dòng)切除。同時(shí)還考慮輔助油泵打循環(huán)加熱潤(rùn)滑油，防止電加熱器周圍發(fā)生局部過熱，引起油質(zhì)劣化；氣囊排氣管線上設(shè)置電磁閥控制循環(huán)水泵氣囊密封充氣和排氣，并且安全設(shè)計(jì)，通過手動(dòng)閥與電磁閥盤冗余配置； 關(guān)于電機(jī)測(cè)絕緣，根據(jù)核電站通用做法，備用電機(jī)40天測(cè)一次絕緣，并得到電機(jī)廠家的認(rèn)可； 增加冬季工況一臺(tái)循環(huán)水泵停運(yùn)后，啟動(dòng)備用循環(huán)水泵對(duì)循環(huán)水液位及系統(tǒng)影響的分析； 循環(huán)水泵廠家制定冬季工況處于備用狀態(tài)時(shí)循環(huán)水泵的保養(yǎng)措施。

優(yōu)化后的“熱備用”循環(huán)水泵可以在10分鐘啟動(dòng)并向凝汽器供冷卻水，帶走熱量，維持凝汽器真空。

4 結(jié)論

循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是核電廠安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)電的基礎(chǔ)之一，同時(shí)循環(huán)水系統(tǒng)作為最終熱阱導(dǎo)出一回路的熱量，確保反應(yīng)堆安全。

作者簡(jiǎn)介：武文奇（1981-），男，江蘇連云港人，本科，工程師，研究方向：電廠運(yùn)行。