廠用水系統(tǒng)改造實踐與問題研究

俞景偉

摘 要：廠用水系統(tǒng)設置兩臺泵，在機組大修進行循環(huán)水泵檢修期間無法滿足技術規(guī)格書要求。廠用水C泵改造工作量大，工期長，改造期間影響廠用水系統(tǒng)可用性。C泵改造項目的完成近期確保機組具備裝料條件，遠期解決了大修時不能維修兩臺循環(huán)水泵的問題。本文介紹了廠用水C泵改造的原因、改造方案、實施過程中的難點和應對措施，并對改造后的問題進行研究，提出了解決思路。

關鍵詞：廠用水;改造;檢修備用泵;可靠性

廠用水系統(tǒng)設置A/B兩列，每列100%容量，每個系列在電廠正常運行功率下具有100%容量的冷卻能力。廠用水系統(tǒng)增設C泵作為A/B泵的檢修備用泵，增加了廠用水系統(tǒng)檢修的靈活性。在機組各運行模式下，均可由C泵替代A泵或B泵，整個機組仍可維持廠用水雙列運行條件，增加了廠用水供水可靠性，提高了機組的可用率和經(jīng)濟性。

1.廠用水系統(tǒng)簡介

廠用水系統(tǒng)是一個以海水作為冷卻介質的開環(huán)冷卻系統(tǒng)，它向設備冷卻水熱交換器提供冷卻水，帶走一回路和部分二回路電站設備的熱量，最終排往循環(huán)水排放管道。廠用水系統(tǒng)由具有相同配置的兩列設備和管道組成;每一列包括一臺100%容量的廠用水泵、一個自動反沖洗濾網(wǎng)、一臺設備冷卻水熱交換器以及相關閥門和管道等設備組成;泵取水管線淹沒在與循環(huán)水引水渠道與取水管道相連的濕井里。

2.廠用水系統(tǒng)非安全相關功能及運行方式

廠用水系統(tǒng)提供冷卻水到設備冷卻水系統(tǒng)熱交換器，支持CCS系統(tǒng)的縱深防御功能。

停堆冷卻：在RCS系統(tǒng)冷卻和冷停堆運行模式時，廠用水和設備水系統(tǒng)提供冷卻水給正常余熱排出系統(tǒng)熱交換器以及泵，去避免或最小可能的非能動余熱排出熱交換器的觸發(fā)。

乏燃料池冷卻：電廠所有運行模式下，廠用水系統(tǒng)和CCS提供冷卻水給乏燃料池冷卻系統(tǒng)熱交換器，阻止由于來自池中乏燃料儲存架的顯熱而引起的乏燃料池中池水加熱和沸騰。

CVS小流量熱交換器冷卻：廠用水系統(tǒng)和CCS系統(tǒng)為CVS系統(tǒng)的小流量熱交換器和泵提供冷卻水。使CVS補水泵在系統(tǒng)需要時投入運行，避免堆芯補水箱低水位信號觸發(fā)安注系統(tǒng)。

降低水裝量冷卻：RCS系統(tǒng)半管運行期間，廠用水系統(tǒng)和CCS系統(tǒng)提供冷卻水到RNS熱交換器和泵。此功能被認為是非安全系統(tǒng)監(jiān)管措施中重要的功能。

廠用水系統(tǒng)在正常運行情況下有四種運行方式和操作：單列運行（功率運行工況）;兩列運行（停堆工況）;切換泵;切換熱交換器。

電廠正常運行時，一臺泵運行另一臺備用，如果運行泵跳泵或者檢測到運行泵出口壓力低，備用泵會接到一個自動啟動信號。在主控室或者遠方停堆站通過電站控制系統(tǒng)控制泵的啟停，廠用水泵手動或者自動啟動的允許條件有兩個：兩臺廠用水泵的出口閥必須關閉;排放管道閥門需要開啟。廠用水泵正常啟動過程為：發(fā)出啟泵信號，泵出口電動蝶閥在最初10秒內(nèi)仍保持關閉用于排出泵出口管線內(nèi)可能存在的空氣，之后閥門開啟至中間位置并保持30秒，然后在90秒內(nèi)達到全開位置。整個啟動過程的設計主要是避免泵電機過載。每臺泵出口位置的膨脹節(jié)用來防止廠用水出口管線負荷過大時泵管嘴過應力，泵運行導致的震動過大時需要隔離下游管線。如果在啟泵信號發(fā)出15秒后泵出口閥門仍未開啟則會自動停泵。

3.廠用水系統(tǒng)改造原因

廠用水系統(tǒng)屬于縱深防御系統(tǒng)，在STAC中要求在特定模式下保證兩列廠用水系列運行，并且在進入特定模式前保證每臺廠用水泵的流量。我廠廠用水初始設計為兩臺泵，A、B兩臺泵分別從循環(huán)水B、C流道取水，存在兩點運行和檢修方面設計缺陷：

正常運行，僅要求廠用水一列運行;在電廠運行模式5（冷停堆）和模式6（換料）衰變熱導出期間，廠用水的運行對乏燃料池的冷卻很重要，必須投入廠用水兩系列運行。如果在模式5和模式6期間因設備故障、檢修導致一臺廠用水泵不可用，一回路水裝量必須在12小時內(nèi)提升至堆芯以上，72小時內(nèi)退出上述運行模式。

廠用水泵與循環(huán)水泵共用流道，大修時不能維修兩臺循環(huán)水泵。換料期間的CWS流道清淤或檢修工作將會導致對應的廠用水泵不可用，嚴重影響系統(tǒng)執(zhí)行縱深防御功能;循環(huán)水泵檢修時，對應進水流道須排干，對應流道上布置的廠用水泵不能運行，無法支持廠用水泵雙列運行，機組狀態(tài)將不能滿足裝料時核島廠用冷卻水系統(tǒng)必須雙列投運的要求。

廠用水系統(tǒng)原設計沒有考慮上述設備故障和檢修窗口問題，對機組運行經(jīng)濟性、可靠性產(chǎn)生較大影響。

4.廠用水系統(tǒng)改造方案和影響

在原有2臺廠用水泵基礎上增加一臺檢修備用泵，僅用于停堆換料期間有一列相應的循環(huán)水泵取水明渠設備需要檢修時投運，為設備冷卻水系統(tǒng)提供兩列冷卻。原取水方式：廠用水泵從循環(huán)水泵進水流道上開孔取水：A廠用水泵從B循環(huán)水泵進水流道上取水，B廠用水泵從C循環(huán)水泵進水流道上取水。增加第三臺廠用水泵后取水方式：新增加的C泵從A循環(huán)水泵流道取水，通過連通管及電動閥V003A/B與原廠用水泵A/B出水管相連。

工藝系統(tǒng)部分增加一臺泵。增加第三臺廠用水泵的影響：提高了正常功率運行期間和停堆期間的備用手段，系統(tǒng)可靠性增加;可以在停堆期間進行循環(huán)水和廠用水泵停運進行檢修，窗口時間大大增加，經(jīng)濟性增加;新增泵與原泵參數(shù)一致，通用性強，維修和備件采購方便。

電氣改造部分相對復雜，因廠用水系統(tǒng)執(zhí)行縱深防御功能，廠用水系統(tǒng)C泵只能取電中壓1/2段，中壓1/2段本身負荷已滿，且距離循環(huán)水泵房相對距離較遠，為減少對現(xiàn)有系統(tǒng)影響，設置中壓切換柜進行電源切換，從檢修的廠用水系統(tǒng)A/B泵取電。

廠用水系統(tǒng)V003A/B電動閥通過電源切換柜取電自現(xiàn)有閥門V002A/B，切換示例如下：

儀控方便涉及C泵出口壓力表PT003C，就地設置3個儀表切換箱及切換開關進行PT003A/PT003B/PT003C壓力表切換。

電儀設計方面為避免影響西屋設計范圍內(nèi)容，存在以下特殊之處：一是C泵必須通過替代A泵或者B泵進行運行，執(zhí)行替代時相關的供電由被替代泵切換至C泵，相關的儀控信號也進行切換，C被接入同時被替代的泵退出電氣和儀控連接;二是主控室畫面沒有任何變化，替代后C泵的相關參數(shù)在主控室顯示為被替代泵的參數(shù)。

5.廠用水系統(tǒng)改造實施困難和解決措施

廠用水C泵項目包括新增C泵的泵本體、管道、電儀安裝調(diào)試和原A/B列的電氣儀控改造。在A/B列電氣儀控改造期間，A/B列將停電、停運，一回路將失去廠用冷卻水，機組狀態(tài)將不能滿足裝料時核島廠用冷卻水系統(tǒng)必須雙列投運的要求。這使得廠用水新增C泵改造項目成為制約機組裝料的關鍵因素之一，成為機組階段性的重點工作。

為消除該裝料制約因素，成立了廠用水系統(tǒng)新增C泵專項工作小組，全面梳理設計、采購、施工和調(diào)試工作內(nèi)容，研究A/B列雙列同時停運、單列先后停運兩種方案，編制專項計劃，分析確定關鍵路徑，優(yōu)化施工順序、調(diào)試邏輯，重點協(xié)調(diào)推動關鍵路徑相關工作，經(jīng)過多次研究確定了B/A列先后停運安裝調(diào)試方案，詳見下圖。

項目實施過程中，工程人員集中力量完成B/A列電儀改造施工和C列管道與B/A列管道接口施工;調(diào)試人員連續(xù)加班完成中壓切換柜調(diào)試和B/A泵電儀改造后調(diào)試工作;設計采購人員積極協(xié)調(diào)中間繼電器閉鎖變更、電機加熱器雙路電源并列問題。在專項組及各方人員精誠合作下，優(yōu)先使廠用水系統(tǒng)A/B列全部恢復運行，使一回路廠用冷卻水系統(tǒng)滿足了裝料要求。

A/B列恢復運行后，泵本體安裝和管道支架施工上升為關鍵路徑。為確保C泵盡早可用，維修人員連續(xù)加工，確保了調(diào)整墊片提前完成;工程人員24小時進行焊接施工，使管道組對焊接順利完成，系統(tǒng)實現(xiàn)封閉，確保了C泵調(diào)試前提條件滿足;調(diào)試人員提前準備試驗文件，積極協(xié)調(diào)人力，在調(diào)試先決條件滿足后立即連夜開展調(diào)試工作;計劃人員全程跟蹤施工調(diào)試中出現(xiàn)的新問題，有力協(xié)調(diào)各方資源，積極創(chuàng)造前提條件，動態(tài)調(diào)整計劃邏輯，確保各項工作按照計劃目標時間推進。

隨著廠用水C泵A列流道性能試驗結束，廠用水新增C泵調(diào)試工作全部完成，C泵具備投用條件，這標志著廠用水C泵改造項目關鍵路徑工作結束。廠用水C泵改造項目的順利完工，近期內(nèi)確保機組具備裝料條件，遠期解決了大修時不能維修兩臺循環(huán)水泵的問題。

6.廠用水系統(tǒng)改造后出現(xiàn)的新問題

6.1廠用水泵的運維方式

廠用水泵移交生產(chǎn)后，生產(chǎn)部門相關人員考慮到廠用水泵C的設計定位和泵本身的運維特點，制定廠用水泵的運維方式如下：

預防性維修：廠用水泵和其電機的預防性維修分別為每1.5年進行檢查維護和每4.5年進行解體檢查。

定期試驗：每2個月進行一次定期試驗。

然而定期試驗執(zhí)行存在的風險：由于廠用水泵C運行需要進行A泵或B泵向其進行電源和相關儀控信號的切換，切換操作中的電氣切換耗時最長，需將廠用水泵電源開關轉試驗，然后在下游處進行大量復雜的開關切換操作，期間廠用水系統(tǒng)喪失備用列（單次切換時間保守估計為2～3h），切換期間只有單列運行，無備用列。因此每次C泵定期試驗都會導致廠用水系統(tǒng)失去備用列4h左右，給模式1的安全穩(wěn)定運行帶來了一定的挑戰(zhàn)，增加了機組發(fā)生瞬態(tài)或事故的概率。

6.2檢修備用泵的主要失效風險

定期試驗期間造成僅單列可用的風險確實存在，但C泵作為檢修備用泵長期停運對泵的可靠性和可用性也存在一定的風險。結合調(diào)試期解體檢查經(jīng)驗反饋，分析廠用水泵檢修備用泵存在的主要失效風險：一是海生物滋生（葉輪、蝸殼流道、葉輪口環(huán)間隙，以及海水浸沒處的導軸承間隙等滋生海生物）;二是腐蝕。

檢修備用泵長時間處于停運狀態(tài)，失效模式主要是隱性失效。從廠用水系統(tǒng)可用性和可靠性角度綜合考慮，優(yōu)先縮短電源不可用時間，主要措施如下：進一步研究電源切換優(yōu)化方案，明確制約因素，找出與三門差異，縮短啟泵電源切換時間;適當延長檢修備用泵定期試驗周期，減少電源切換次數(shù);

6.3檢修備用泵的維護策略

廠用水泵檢修備用泵失效模式分析，檢修備用泵主要失效模式為隱性失效，建議檢修備用泵采取預測性維修為主、定期檢修為輔的維護策略：

運行巡檢：重點關注外供機械密封沖洗水和機械密封泄漏情況進行檢查，周期參照運行值巡檢要求執(zhí)行;

定期試驗（6-9M）：檢修備用泵采取的定期試驗周期建議與泵檢查維護周期保持一致，或與A、B泵檢查維護切換周期保持一致（合理切換周期為檢查維護周期的1/2-即9M），為保證可用性建議在檢查維護前一個月進行C泵試驗;建議每次連續(xù)運行時間至少6小時以上，以便同步采集性能趨勢分析數(shù)據(jù);建議當前按照6—9M周期執(zhí)行，后期根據(jù)具體執(zhí)行效果和實際需要進行調(diào)整。

性能趨勢分析（周期與定期試驗周期同步）：建議每次連續(xù)運行時間至少6小時以上，以便采集性能趨勢分析數(shù)據(jù);

定期盤車（3M）：《核島設備保養(yǎng)管理》程序明確停運時間超過3個月，且不具備試轉條件的，每3個月要執(zhí)行手動盤車保養(yǎng);

解體檢查（9Y）：重點清理葉輪、泵蝸殼、葉輪口環(huán)、導軸承等部件，檢查各部件腐蝕情況等。

當盤車或試驗發(fā)現(xiàn)廠用水系統(tǒng)C泵性能下降時，系統(tǒng)設備處組織機械、電氣、運行各專業(yè)討論，如果通過缺陷排查確認是由于延長試驗周期帶來的問題時，對周期進行重新調(diào)整，縮短試驗周期。

7.廠用水系統(tǒng)改造設計問題

廠用水系統(tǒng)原設計上的A/B泵互為備用，運行泵跳泵或者檢測到運行泵出口壓力低，備用泵會接到一個自動啟動信號聯(lián)鎖啟動。此次改造增加的廠用水C泵為檢修備用泵存在如下問題：

C泵的中壓電源、工藝流道、控制回路、出口壓力表和主控畫面顯示均與原A/B泵共用，若需要切換至C泵運行或備用，需要運行人員手動切換電源、出口壓力表和閥門控制回路，C泵不是真正意義上的備用泵;

在泵切換期間，只有一臺泵可用，其余兩臺泵均不可用，時間長達3小時，此時若運行泵出現(xiàn)故障，機組將失去冷卻水被迫后撤;

廠用水C泵設計為檢修備用泵，長期處于停運狀態(tài)，需要進行定期啟動試驗和檢查維護，在定期切換廠用水泵期間無備用泵，給機組造成一定風險;

廠用水C泵主控畫面顯示借用原A/B泵，無法在主控獨立監(jiān)視運行狀態(tài)和參數(shù)，需要就地檢查確認。

鑒于廠用水C泵的上述問題，需要進一步研究和設計，增加廠用水C泵獨立的中壓電源、控制回路、出口壓力表和主控室控制顯示畫面，以徹底解決目前C泵存在的上述備用、切換風險和監(jiān)視控制問題。

參考文獻：

[1]潘翔，劉德軍，秦博杰，王琳琳，時宏磊.安全廠用水泵聯(lián)軸器斷裂原因分析及改進措施[J].機械工程師，2020（09）：120-122+128.

[2]羅吉江.核電廠AP1000主給水泵調(diào)試過程的主要問題分析及處理[J].水泵技術，2019（04）：41-44+49.

[3]馬逸萍，李武全，程道倉.核電廠重要廠用水系統(tǒng)的物項分級及其影響分析[J].南方能源建設，2020，7（01）：84-89.

[4]楊若冰，毛雨佳，白瑋，牛華寺，李京.重要廠用水泵房和循環(huán)水泵房分建、合建探討[J].給水排水，2020，56（S1）：111-114+118.

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