核電站MSR疏水泵的設計計算

王萍， 陳昭芳

（1.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046；2.中國船舶重工集團公司第七O三研究所，哈爾濱 150078）

核電站MSR疏水泵的設計計算

王萍1， 陳昭芳2

（1.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046；2.中國船舶重工集團公司第七O三研究所，哈爾濱 150078）

介紹了核電汽輪機組MSR汽水分離再熱系統，研究了疏水泵的揚程計算、系統布置的注意事項、氣蝕現象等。

核電汽輪機；汽水分離再熱系統；疏水泵

1 引言

汽水分離再熱系統是核電汽輪機必不可少的重要組成部分，與常規火電機組中鍋爐的作用相同，這也是核電機組與常規火電機組的主要區別。

汽水分離再熱系統（MSR系統）的作用是去除和回收汽輪機高壓缸排汽中的水份，除濕分離效果達到98%以上，再通過MSR兩級再熱器加熱，將低壓缸進汽加熱成過熱蒸汽，通過提高低壓缸進汽的過熱度，將低壓缸排汽的濕度控制在10%，降低了濕蒸汽對低壓缸葉片尤其是末3級葉片的沖蝕。

2 疏水泵設計實例

以某核電站為例，單臺汽輪機組包含兩臺汽水分離再熱器（MSR），分別位于汽輪機運行平臺兩側。每臺汽水分離再熱器配備一臺分離器疏水回收箱，一臺低壓再熱器疏水回收箱和一臺高壓再熱器疏水回收箱，如圖1所示。

圖1

疏水泵用于將MS分離器疏水回收箱中的凝結水，排放到低壓給水加熱系統，如除氧器。通常為避免泵無流量運轉，防止電動機過熱，會在泵的出口設置一套最小流量管路，即設置控制閥與泵出口的測流量儀表聯鎖。當泵的流量等于或小于最小量時，控制閥打開，以減少氣蝕的可能性。

疏水泵的穩定運行對整個汽輪機發電機組都是至關重要的，它能使分離器疏水箱水位穩定在正常液位，避免分離器疏水箱中的疏水倒回流至汽輪機，從而防止汽輪機組跳閘停機。因此，為泵廠家提供準確的關于泵的工藝流程參數是疏水泵穩定運行的重要前提條件。泵的安裝位置、工藝過程（如啟動、停機、最大工況，接收疏水設備如除氧器是否定壓運行、疏水介質的物化性質等）都是選泵的重要考慮因素。

3 廠家提供的主要工藝參數

（1）流量：根據具體的運行要求，各設備的運行特點，給出正常流量和額定流量，包括典型工況的流量（不同電站有不同的考慮），并需考慮最小流量的要求。

（2）揚程：根據泵進口側介質的靜壓、疏水箱與泵的相對高度差、從疏水箱至泵的進口側的管道及管件的壓力損失，可得到泵的進口側的吸入壓力。

根據泵的出口側設備的靜壓、泵與出口側設備的相對高度差、管線的壓力損失，可得到泵的出口壓力。吸入壓力與出口壓力的差值即為泵所需能量的增值。在計算泵的進口側設備的介質液位時，應取最低液位，也就是低低液位。

（3）溫度：在核電站中，疏送介質為飽和水。

（4）系統的有效汽蝕余量：指泵的入口處單位質量疏水超出該疏水氣化壓力的富余能量，等于從基準面算起的泵入口的總吸入水頭減去液體的氣化壓力。根據工藝特點及布置要求，向泵廠家提供初步的系統的有效汽蝕余量（NPSHa）數據，要求離心泵的NPSHa/NPSHr≥1.8，以減少泵產生氣蝕的可能性。

計算式如圖2所示：

圖2

式中，H-總揚程，m；P2-加于出口水面的壓力，Pa；P1-加于進口水面的壓力，Pa；ρ-水的密度，kg/m3；h1/h2-相對于泵基準線的凈揚程（出口水面和進口水面的高度）；h1/h2-進口/出口水頭損失，m；ν2/ν1-出水/進水管端的出口流速，m/s。

以某核電站的疏水泵選型計算為例，該系統處于倒灌設置（見表1）。

由以上可知，泵的揚程是指把單位重量的疏水從吸入液面輸送至排出液面所需的能量，由泵的幾何高度（勢能）、進出口設備介質的靜壓差（壓能）及系統管路阻力損失3部分組成。

4 布置泵及相關系統管道時的注意事項

（1）所有泵的吸入管道，在靠近端部處均應安裝臨時濾網；（2）根據實際工況參數，向泵廠家提交泵的吸入、排出管道的載荷及力矩，由泵廠家去核算疏水泵能否承受管道的力及力矩；（3）泵的吸入管道應盡可能縮短，少拐彎，如必須拐彎時，也應采用長曲率半徑的彎頭，避免突然縮小管徑，避免壓損過大；（4）泵的吸入管道管徑不應小于泵的吸入口，如在水平管段變徑時，應設置偏心異徑管，且管徑取平，而不應設置同心異徑管，以避免形成“氣袋”。如在垂直管段變徑，可設置同心異徑管；（5）泵的吸入管段應盡可能避免形成集聚氣體的“氣袋”，當無法避免時，則應在“氣袋”頂部安裝DN15～20mm的放氣閥；（6）單吸泵的吸入管道最好設置長約吸入口直徑3倍的直管；雙吸泵的吸入管路則應設置長約吸入口直徑7～10倍的直管；（7）泵的吸入管道應有0.02的坡度，當泵比水源低時坡度朝向泵，當泵比水源高時則反之；（8）泵的排出管道，一般應安裝止回閥；（9）高速旋轉的葉輪與給水的摩擦對疏水有加熱作用。機組在啟動及低負荷時，疏水流量小，水被加熱后易氣化，繼而會引起水泵的氣蝕。在小流量下工作泵還會發生振動和噪聲。為保證疏水泵在低負荷下正常工作，在疏水泵出口處都設置有最小流量管路。一般選擇再循環流量為疏水流量的25%～30%。

表1

5 泵啟動前的注意事項

（1）避免泵發生氣蝕，保證疏水系統穩定運行，疏水箱保證正常液位；（2）除氧器保證在正常液位；（3）泵的最小流量控制閥處于開啟狀態；（4）注意泵本身的控制連鎖保護（軸承溫度、振動、電壓等）等；（5）應關閥啟泵，以防止電動機過熱。

總之，MS疏水泵作為MSR系統的組成部件，優質的性能的是汽輪發電機組安全運行的重要保障。在計算選型時，應充分考慮各種工況下的工藝參數、實際系統的運行要求，以降低疏水泵發生氣蝕概率，保證機組安全穩定的運行。

［1］郭立君，何川.泵與風機.北京：中國電力出版社，2004.

［2］張德姜，等.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊［M］.北京：中國石化出版社，2009.

［3］動力工程師編輯委員會.動力工程師手冊［M］.北京：機械工業出版社，1999.

（編輯 立 明）

Design&Calculation for MSR Drain Pump in Nuclear Power Plant

WANG Ping1,CHEN Zhao-fang2
（1.Harbin Turbine Company Limited,Harbin 150046,China;2.No.703 Research Institute,CSIC,Harbin 150078,China）

This paper introduces MSR separator reheater system in nuclear power turbine plant，lift calculation of MS drain pump，system arrangement notes&cavitations.

nuclear power plant;moisture separator reheater system;MS drain pump

TK264.12

B

1002-2333（2013）09-0217-02

王萍（1980-），女，工程師，主要從事核電汽輪機的設計工作。

2013-06-02