球形自動反沖洗管道過濾器在核電站海水冷卻系統(tǒng)中的應用

韓 偉，支鳳春，唐 明

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

1 海水冷卻系統(tǒng)及存在的問題

沿海電站尤其是核電站通常利用海水作為系統(tǒng)和設(shè)備的最終冷源，其冷卻對象一般包括汽輪機凝汽器、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器、通風系統(tǒng)冷卻水熱交換器等；主要用于冷卻凝汽器使其產(chǎn)生背壓推動汽輪機做功, 同時將各種設(shè)備和構(gòu)筑物產(chǎn)生的熱量最終帶入大海。但是由于海洋生物、海洋垃圾的存在，容易造成這些物質(zhì)隨海水進入海水管道系統(tǒng)中，導致海水相關(guān)系統(tǒng)的換熱器堵塞,嚴重時導致機組降低功率，影響系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行；所以有必要采取措施避免這一現(xiàn)象，為機組的安全穩(wěn)定運行保駕護航。

田灣核電站位于黃海之濱，由于溫度適宜，海洋生物繁多，周圍有數(shù)條河流匯入大海，導致海水中不可避免地帶有一定的雜質(zhì)。從現(xiàn)場海水入口處旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)網(wǎng)面上的附著物來看，海生物主要有紫菜、蝦、蟹、貝殼類等，海洋垃圾主要有塑料袋、塑料片和塑料纖維等，麥收季節(jié)還會有麥子秸稈。經(jīng)過海水取水口后，其中一些雜質(zhì)會順流而下，到達電站現(xiàn)場。雖然旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)可以起到阻礙作用，可是旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)無論正面進水方式還是側(cè)面進水方式，兩側(cè)和底部由于存在相對運動，難以完全密封，運行時間一長，常常會有較大尺寸的垃圾從網(wǎng)板間隙進入到清潔水室，并最終通過海水泵進入管道系統(tǒng)中。

從機組的實際運行看，雜質(zhì)進入管道系統(tǒng)導致?lián)Q熱器不得不停運清洗的現(xiàn)象時有發(fā)生。尤其夏季，雜質(zhì)更多，田灣核電站于2005年和2006年相繼發(fā)生常規(guī)島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)換熱器PGB11/12/13AC001、真空泵設(shè)備冷卻水系統(tǒng)換熱器MAJ33/34/35AC001等被海水夾帶雜物堵塞的事件。為避免換熱器被堵塞，每隔幾天就需要對換熱器等設(shè)備進行人工清理和清洗，特別是夏季清理和清洗頻率更高，如果處理不及時，會造成設(shè)備冷卻水溫度升高，影響受冷設(shè)備正常運行；堵塞還引起海水局部流速迅速提高，加重了冷卻水系統(tǒng)熱交換器的沖蝕，嚴重時導致?lián)Q熱器產(chǎn)生泄漏，迫使換熱器隔離檢修，更換備件，甚至停運相應的泵組。

過濾有效防止了海生物、海洋垃圾等污染物進入海水管道系統(tǒng)，為解決海水管道系統(tǒng)進入雜質(zhì)導致?lián)Q熱器堵塞問題，以田灣核電站真空泵海水冷卻系統(tǒng)自動反沖洗管道過濾器改造方案為例，介紹了自動反沖洗過濾器的設(shè)備選型、方案設(shè)計、應用情況和取得的良好效果。

2 自動反沖洗管道過濾器技術(shù)選型及方案特點

田灣核電站凝汽器采用美國NASH供貨的水環(huán)式真空泵抽真空，真空泵承擔著建立和保持汽輪機凝汽器的真空的重任，在建立真空、開始向凝汽器排蒸汽及汽輪機運行時真空泵一直不停地工作，有時需要同時投入3臺真空泵。每臺真空泵組都是兩級水環(huán)式真空泵，并設(shè)有板式換熱器、冷卻水供應泵、氣水分離器、管道和閥門等。真空泵的板式換熱器靠海水進行冷卻，海水夾帶雜物進入真空泵海水冷卻系統(tǒng)堵塞板式換熱器的情況在機組運行期間時有發(fā)生，解決板式熱交換器堵塞問題，避免海水夾帶雜物影響真空泵的安全穩(wěn)定運行成為本次改造的主要目的。

為此，田灣核電站制定了真空泵海水輔助冷卻系統(tǒng)增加自動反沖洗管道過濾器的方案，情況如下：

經(jīng)過分析調(diào)研、方案論證，結(jié)合系統(tǒng)空間相對狹小的管路特點，本次改造選擇了TAPROGGE球形管道過濾器，管路流程見圖1，現(xiàn)場安裝見圖2；其緊湊、球形的過濾器設(shè)計，使其安裝具有最大的靈活性，特別適用于有限空間條件下的改造。它能在不中斷液體流動的情況下分離液體中大量雜質(zhì)和其他物質(zhì)顆粒。

圖2 田灣核電站PGE30過濾器改造現(xiàn)場圖Fig. 2 On-site modification of PGE30 filter in TNPS

技術(shù)方案主要特點如下：

1) 過濾器采用球形殼體，直徑小，兩端接管尺寸按原系統(tǒng)管路特點確定，可以保證現(xiàn)場安裝尺寸；設(shè)置一定尺寸的檢查孔，入口端設(shè)置排污口；底部設(shè)置排水管道。

2) 過濾器殼體采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，內(nèi)壁襯硬質(zhì)橡膠，內(nèi)部過流部件和濾網(wǎng)采用雙相不銹鋼，保證耐海水腐蝕；濾網(wǎng)分為多個可單獨拆卸或更換的單元，采用螺栓固定；在局部破損的情況下，可以逐片更換；網(wǎng)芯可以承受超過200 kPa的壓差，不會產(chǎn)生變形和損壞。

3) 每臺過濾器的控制由就地控制柜完成，根據(jù)濾網(wǎng)壓差值或設(shè)定的時間定值自動啟動反沖洗，可以手動控制濾網(wǎng)沖洗和排污閥門的開啟、關(guān)閉；控制柜有專用接口與DCS連接，濾網(wǎng)壓差信號、壓差高報警信號、過濾器運行狀態(tài)等信號被送至主控室；主控室也可以遠程控制過濾器的運行，控制性能良好。

4) 過濾器設(shè)置旁路管線，在旁路管線和過濾器的進出口共設(shè)置3臺電動蝶閥，可以使過濾器在故障情況下，開啟旁路管線，保證對下游換熱器的可靠冷卻。

5) 過濾器進出口電動蝶閥和過濾器旁路管線電動蝶閥由DCS進行控制，當過濾器產(chǎn)生壓差過高報警時，旁路管道上的閥門可以自動開啟；3臺電動閥門設(shè)置連鎖功能，當旁路閥門關(guān)閉時，不能關(guān)閉過濾器進出口閥門，或當過濾器進出口閥門關(guān)閉時，不能關(guān)閉旁路閥門。

3 與當前國內(nèi)外同類過濾器的技術(shù)比較

其他型式過濾器在核電站也有應用，但過濾器往往體積較大、重量較重，如果在真空泵海水輔助冷卻系統(tǒng)改造中采用其他型式過濾器，體積、重量都會有明顯增加，并且使用維護不便，現(xiàn)場安裝空間不足。與立式過濾器相比，球形自動反沖洗管道過濾器特別適用于緊湊的空間布局，其球形設(shè)計，能以較小的尺寸獲得足夠的通流面積。

田灣核電站1、2號機組真空泵海水冷卻系統(tǒng)改造采用球形管道過濾器，該型過濾器在國內(nèi)核電站屬于率先正式投入使用，該過濾器性能可靠，尺寸較小、重量較輕，整體自動化程度高，適合狹小空間，減少了過濾器失效帶來的風險；在改造實施和后續(xù)調(diào)試、運行的過程中，也充分證明了該型管道過濾器的優(yōu)越性。

4 實施后的效果和應用前景

田灣核電站在2009年1、2號機組的第2次換料大修實施了真空泵海水冷卻系統(tǒng)加裝自動反沖洗過濾器的改造；投運近兩年來，球形管道過濾器展現(xiàn)了它應有的優(yōu)點，過濾器根據(jù)濾網(wǎng)前后壓差值自動啟動反沖洗，沖洗水排入外海，無需人工操作；過濾器的運行狀態(tài)和有關(guān)報警參數(shù)送入主控室，運行人員可以很便利地進行過濾器狀態(tài)監(jiān)視；過濾器反沖洗水流量每次不超過總流量的5%，按照每小時運行一次（30 s）計算，反沖洗帶走的水量不超過系統(tǒng)總水量的0.05%，對真空泵海水冷卻系統(tǒng)的換熱量基本沒有影響；同時設(shè)置了過濾器旁路管道和閥門，在過濾器故障時，自動打開旁路閥門，保證真空泵海水冷卻系統(tǒng)的冷卻水供應。

2009年至2011年3月，采用球形自動反沖洗管道過濾器后，核電站沒有再發(fā)生真空泵海水冷卻系統(tǒng)換熱器堵塞的事件；也沒有因換熱器堵塞導致非正常的解體清理和檢修。減輕了維修的工作量，換熱器年拆洗次數(shù)由原來的每年幾十次降低到幾次，也減少了維護費用和備品備件的更換費用。在1、2號機組大修期間時，對真空泵海水冷卻系統(tǒng)海水換熱器進行了解體檢查，內(nèi)部清潔，基本沒有雜質(zhì)；同時真空泵海水換熱器鈦板也沒有發(fā)現(xiàn)沖蝕損壞的現(xiàn)象。

真空泵海水冷卻系統(tǒng)加裝球形自動反沖洗管道過濾器改造的實施，提高了核電站海水冷卻系統(tǒng)的安全運行水平，保證了真空泵的性能和機組的正常運行，在夏季用電高峰時，保證了電力供應，對華東電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和社會經(jīng)濟發(fā)展做出了一定貢獻。

在其他核電站或火電廠，冷卻水源水質(zhì)較差的地方，為保護下游設(shè)備安全，避免雜質(zhì)進入管道系統(tǒng)，均可以在相應的管道安裝此種管道自動反沖洗過濾器。