APA泵冷卻水流量不足問題研究

段征強(qiáng)

【摘 要】寧德項(xiàng)目APA（電動主給水泵）調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)主泵機(jī)封冷卻水達(dá)不到廠家要求的設(shè)計(jì)值10.8m3/h。設(shè)計(jì)人員同時開展了Flowmaster模擬計(jì)算和Excel編程計(jì)算進(jìn)行平行分析論證，給出解決方案。

【Abstract】In the period of Ningde project APA （electric main water-feeding pump） adjustment， we find that the main pump sealing cooling water can not meet the manufacturer's design requirements， 10.8m3/h. Designers at the same time carried out the Flowmaster analog computing and Excel programming calculations， then do parallel analysis and proof， given solutions.

【關(guān)鍵詞】電動主給水泵；常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)；模擬計(jì)算

【Keywords】electric main water-feeding pump； regular island closed cooling water system； analog computation

【中圖分類號】TK414.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0157-02

1 引言

寧德項(xiàng)目APA（電動主給水泵）調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)主泵機(jī)封冷卻水達(dá)不到廠家要求的設(shè)計(jì)值10.8m3/h。紅沿河項(xiàng)目部也存在類似問題，現(xiàn)場通過測量手段，測得在10.8m3/h的設(shè)計(jì)流量下，機(jī)封冷卻器前后隔離閥間壓損為0.7bar，遠(yuǎn)超過廠家在接口中提供的0.4bar。為保證調(diào)試進(jìn)度，現(xiàn)場采取臨時措施撤掉該管路廠家提供節(jié)流孔板。拆掉孔板后3臺APA泵的機(jī)封冷卻水流量分別為8m3/h、7m3/h、7.8m3/h，仍達(dá)不到設(shè)計(jì)流量。該問題已成為機(jī)組升功率的潛在威脅之一。項(xiàng)目多次召開主給水泵機(jī)封冷卻水不足問題專項(xiàng)討論會，同時經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試測量證實(shí)了主給水泵廠家機(jī)封冷卻器供貨范圍內(nèi)壓降遠(yuǎn)大于廠家在接口中提交的數(shù)據(jù)，因此要求廠家處理此問題。然而該問題反饋給設(shè)備廠家后，經(jīng)數(shù)月溝通，給水泵廠家、機(jī)械密封廠家均沒能給出有效的解決方案，隨著1號機(jī)組并網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的日益臨近，該問題若不能及時解決，可能在機(jī)組升功率時由于主給水泵機(jī)封冷卻水溫高而造成跳泵，進(jìn)而造成機(jī)組停運(yùn)，嚴(yán)重阻礙調(diào)試進(jìn)度。流體在管道中的流動是一個復(fù)雜多變的過程，設(shè)計(jì)人員同時開展了Flowmaster模擬計(jì)算和Excel編程計(jì)算進(jìn)行平行分析論證，以便迅速、有效地找到最優(yōu)解決方案。通過多方案的對比分析，最終向現(xiàn)場提出了方案一“更換換熱器，增大現(xiàn)有換熱器面積或增加旁路換熱器”和方案二“擴(kuò)大管徑、優(yōu)化管道布置”兩種解決方案。

2 問題研究

常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)（SRI）為汽機(jī)輔助冷卻器、發(fā)電機(jī)輔助冷卻器、給水泵輔助冷卻器提供冷卻水，同時還向循環(huán)水泵和壓縮空氣系統(tǒng)冷卻器提供冷卻水，并為其他泵和電機(jī)軸承和密封提供冷卻水。常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)用戶多，管路覆蓋整個核電廠的常規(guī)島及BOP部分，其管線長且復(fù)雜。

第一，計(jì)算方法。本方案采用Flowmaster流體計(jì)算軟件、excel等工具建立計(jì)算模型，數(shù)值模擬計(jì)算各用戶、管道流量和壓力分配情況，根據(jù)系統(tǒng)中各點(diǎn)的壓力、壓降、流量分配和其他性能參數(shù)，分析復(fù)雜管網(wǎng)中水量分配不足問題的癥結(jié)所在。

第二，計(jì)算輸入條件。

①安裝單位管道施工圖：DN80以下管道ISO圖；②設(shè)計(jì)院DN80以上管道ISO圖；③主給水泵廠家資料：冷卻水需求量，孔板孔徑，設(shè)備壓降等；④現(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)：各用戶冷卻水量實(shí)測值；

第三，建立Flowmaster模型。根據(jù)輸入條件建立APA003PO的SRI冷卻水管道Flowmaster模型：根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，按照設(shè)計(jì)流量進(jìn)行計(jì)算，給水泵電機(jī)冷卻器管段和主泵密封冷卻器管段壓損較大，分別為11.21mH2O和16.27mH2O，阻力值高出其他管段較多，差值達(dá)4～8mH2O。

其中主泵密封冷卻器管段壓損較大的主要原因如下：

①主給水泵廠家供貨范圍的阻力過大：根據(jù)主泵廠家提資，主泵密封冷卻器壓降0.4bar，然而目前現(xiàn)場實(shí)測的情況，即使取消該支路上廠家供貨的節(jié)流孔板，當(dāng)流量達(dá)到設(shè)計(jì)值時，廠家范圍內(nèi)的阻力仍高達(dá)7m，即為0.7bar，超過原設(shè)計(jì)值0.4bar較多。②Φ48的管道布置得過于復(fù)雜（目前長達(dá)27.5m， 15個彎頭），造成沿程阻力達(dá)到7m（而紅沿河項(xiàng)目管道長度只有7m，8個彎頭）。

根據(jù)上述情況，可初步判斷在實(shí)際系統(tǒng)中，由于這兩個支路壓降過大，造成被并聯(lián)支路搶水的現(xiàn)象，導(dǎo)致流量不能滿足設(shè)計(jì)值?，F(xiàn)場調(diào)試的實(shí)際情況也印證了該推論。

調(diào)試反饋的各支路冷卻水量的數(shù)據(jù)見下表1：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：由于給水泵電機(jī)冷卻器管段和主泵密封冷卻器管段壓損較大，系統(tǒng)將根據(jù)其阻力特性進(jìn)行實(shí)際流量分配，建立新的平衡，使得每條支路的壓降相同。根據(jù)計(jì)算，每條支路壓降在0.9bar左右，此時進(jìn)入APA003PO的冷卻水總流量滿足總量要求，說明APA泵冷卻水管系總壓降控制在0.9bar左右時，能夠滿足總冷卻水量的要求。因此若要進(jìn)行流量重新分配，在調(diào)整各支路阻力特性時，需控制管系總壓降不高于0.9bar，則基本能保證APA泵的總冷卻水流量充足，不會造成整個SRI系統(tǒng)水量產(chǎn)生大的變動。

第四，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，建議采取以下措施，提高至主泵密封冷卻器的水量：

方案一（減小換熱器壓降，同時優(yōu)化管道布置）：①要求給水泵廠家降低換熱器壓降，簡化廠家范圍內(nèi)的管道壓降（拆除多余的節(jié)流孔板，優(yōu)化管道布置等），將主泵密封冷卻器支路廠家范圍內(nèi)的壓降控制在0.4bar以內(nèi)；②參考紅沿河項(xiàng)目，優(yōu)化主泵密封冷卻器Φ48管道布置，減小管道長度和彎頭數(shù)量，若長度控制在7m，彎頭數(shù)量控制在8個以內(nèi)，則可減少壓力損失約4.5mH2O。③經(jīng)上述調(diào)整后，設(shè)計(jì)流量下主泵密封冷卻器支路的管道壓降將保持在0.9bar左右，再通過微調(diào)AGM冷卻器、電機(jī)冷卻器、升壓泵密封油冷卻器等支路的管道阻力（如關(guān)小閥門等），使每個支路阻力均接近0.9bar，則能夠滿足流量分配，且不會影響APA泵冷卻水總流量。

調(diào)整后的管道阻力見表2。計(jì)算條件是在設(shè)計(jì)流量下，拆除廠家范圍節(jié)流孔板，換熱器壓降按0.4bar，廠家范圍內(nèi)的壓降降至4 mH2O以內(nèi)，Φ48管道布置優(yōu)化為長度不超過7m，彎頭不超過8個。

方案二（減小換熱器壓降，同時擴(kuò)大管徑）

①要求給水泵廠家降低換熱器壓降，簡化廠家范圍內(nèi)的管道壓降（拆除多余的節(jié)流孔板，優(yōu)化管道布置等），將主泵密封冷卻器支路廠家范圍內(nèi)的壓降控制在0.4bar以內(nèi)；

②在現(xiàn)場管路布置受限的情況下，可將主泵密封冷卻器管徑由Φ48改為Φ60，同時盡量優(yōu)化布置；

③調(diào)整給水泵電機(jī)冷卻器支路的節(jié)流孔板阻力。

本方案調(diào)整后的管道阻力見表3。

3 結(jié)語

綜上計(jì)算分析，得到以下結(jié)論：①主給水泵密封冷卻器流量不足的主要原因是：廠家換熱器壓降過大、廠家范圍管道阻力過大；Φ48的管道布置過于復(fù)雜，管道過長，彎頭過多，造成阻力過大。②解決措施：限制主給水泵廠家設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的阻力（包括換熱器壓降及管道壓降）在0.4bar以下，可采取更換換熱器，增大現(xiàn)有換熱器面積的方式或增加旁路換熱器的方式；建議在小修的時間窗口，盡量優(yōu)化Φ48的管道布置，在管道布置受限的條件下，可將主泵密封冷卻器管徑由Φ48改為Φ60，此時管道流速將低于推薦流速的下限，但可降低管道阻力，改善供水條件。endprint