蒸汽發生器水力清洗設備回收過濾系統的優化設計

， 　， 　(蘇州熱工研究院有限公司 在役檢查與性能試驗中心， 蘇 蘇州　215004)

引言

蒸汽發生器二次側水力清洗設備利用高壓水來清洗蒸汽發生器運行過程中在二次側管板上表面沉積的泥渣，并要求實現清洗用水的循環使用[1]。因此，對二次側清洗后產生的泥水混合物(以下簡稱“泥渣水”)的回收和過濾是整套蒸汽發生器二次側水力清洗設備必不可少的部分(稱作“回收過濾系統”)，是實現蒸汽發生器二次側清洗用水再循環使用的關鍵核心部件，它具備回收、過濾和轉移三個功能。國內外針對該系統的研究表明，一般采用氣動隔膜泵實現回收功能，采用離心泵實現轉移功能，采用多級過濾器實現過濾功能，多采用分散式布局，在布局方式和設備選型上有所不同。以國內原回收過濾系統為例，將泥渣水的回收、轉移和過濾作為三個獨立單元來設計。其回收功能由氣動隔膜泵實現；轉移功能由離心泵實現(以下稱作“轉移泵”)，轉移前泥渣水先在水箱中進行沉淀；過濾功能由兩個多濾芯式過濾器串聯實現分級過濾。使用時，三個獨立單元之間通過復合軟管連接，完成泥渣水的回收、轉移和過濾[2]，其結構和管路連接方式如圖1所示。

圖1　原回收過濾系統結構和管路連接示意圖

1　問題分析

現場在核島使用水力清洗設備時，先將回收單元、轉移單元和過濾單元用復合軟管將連接成水回路。多年的使用經驗反饋表明，該形式連接的回收過濾系統在使用過程中存在以下不足。

1) 移動和排水不便

回收單元、轉移單元和過濾單元設計為3個獨立單元，進出核島不便；占地面積大；3個單元收集的滴漏水需單獨排凈，如若水存在微放射性，操作起來將非常不便且存在沾污風險[3]。

2) 泥渣水回收效果未達到最佳

一般工作情況下，水力清洗設備放在核電廠核島0 m大廳。實踐證明，回收、轉移和過濾三個單元組合在一起時，越近回收效果越明顯。

3) 濾芯更換困難

過濾器采用大直徑、多芯式過濾器，同時過濾器頂蓋較重，設計有專用的手動滑輪來提升頂蓋，因此，現場更換濾芯時占用較長的時間。

4) 過濾方案單一

兩個過濾器采用串聯結構設計，泥渣水只能先經一級過濾器過濾，再經二級過濾器過濾，具有唯一性，即不論泥渣水中的泥渣顆粒大小和分布狀態，只能按照上述方式進行過濾，降低了過濾效率[4，5]。

5) 故障風險大

系統中容易出現故障的部件主要是氣動隔膜泵和轉移泵，其中氣動隔膜泵維修簡易且含有備件，而轉移泵維修麻煩，由于已連接入管路，不具備備件，但其發生故障會導致整套水力清洗設備無法進行清洗工作，需盡力搶修轉移泵，直至故障解除。由于蒸汽發生器水力清洗處于檢修的關鍵路徑，轉移泵若發生故障會占用一定的時間成本，甚至給核電廠帶來一定的間接經濟損失。

2　優化設計

2.1　設計目標

為克服原回收過濾系統使用過程中的弊端，通過關鍵零部件選型優化、結構布局優化、結構集成優化、管路重新設計，使其更緊湊、空間利用更合理。具體實現如下目標：

(1) 實現并強化原有功能；

(2) 集成后的單元尺寸長度L≤2500 mm，寬度W≤1800 mm，高度H≤1800 mm；

(3) 濾芯更換方便且過濾方案多元化；

(4) 解決轉移泵的備用問題；

(5) 采用壓縮空氣排空過濾器和管路殘余水；

(6) 引入氣動電控閥方便實現系統的自動化操作。

2.2　設計方案

經研究和設計后，采用的設計方案將回收單元、轉移單元和過濾單元三者集成于一個移動單元。氣動隔膜泵安裝在可移動推車，通過簡易操作的鎖定裝置將可移動推車固定于移動單元；設計一個電控箱，用于處理信號和控制管路中電氣元件的狀態；在滿足流量和過濾精度的前提下，改變過濾器的數量和減小過濾器的體積，改變過濾器的布局和優化過濾方案；設計有折疊腳梯板，方便過濾器濾芯的拆卸和更換工作；轉移泵出口處增設備用分支管路，實現轉移泵故障時，氣動隔膜泵代替轉移泵繼續工作的功能。另外，設計有工作結束后能把壓縮空氣排空管路殘余水利用起來的功能。優化設計方案具體如下所述。

(1) 集成化程度高回收單元、轉移單元和過濾單元三者集成于一個移動單元，結構更緊湊、集成度更高，既方便快速進出核島，又方便工作結束時快速排出移動單元殘留的滴漏水。

(2) 過濾器選型更換選用體積更小、重量更輕的過濾器，去除專門的提升裝置，設計了折疊的腳梯，方便換取濾芯。過濾系統分為1個預過濾器和2個過濾器，預過濾器安裝12根分布式濾芯，過濾器采用大流量布袋式濾芯，每個過濾器只需安裝1根濾芯，方便更換；在每個過濾器的進口或出口處安裝一個壓力傳感器，用于監控濾芯的堵塞狀態，同時，未安裝傳感器的進口或出口處安裝備用傳感器接管，方便維修和更換。

(3) 過濾方案多元化預過濾器和過濾器間串聯布置，兩個過濾器間并聯分布。連接管路經重新設計，并在管路中引入氣動電控閥和單向閥，能夠根據泥渣的狀態選擇不同的過濾方案。其中，氣動電控閥的開關狀態由電控箱輸出信號控制。管路連接圖如圖2所示。

圖2　優化后的過濾系統管路連接圖

在預過濾器的進口管路上增設一并列分支管路，該分支管路和預過濾器進口管路安裝氣動電控閥1和2，預過濾器出口管路安裝氣動電控閥3和單向閥，出口管路和分支管路匯合后連接到兩個并聯過濾器進口管路。當泥渣數量多、顆粒大時，打開預過濾器進出口管路上的氣動電控閥2和3，關閉分支管路上的氣動電控閥1，則泥渣水先流經預過濾器，再流經過濾器進行過濾；當泥渣數量少顆粒小時，關閉預過濾器進出口管路上的氣動電控閥2和3，打開分支管路上的氣動電控閥1，則泥渣水在單向閥的作用下，只流經過濾器進行過濾。通過過濾器進口管路上安裝的氣動電控閥4和5的開關狀態選擇使用一個或兩個過濾器進行過濾，從而過濾方案多元化，過濾效率更高。

(4) 故障的轉移泵用氣動隔膜泵代替為充分利用備用氣動隔膜泵的使用潛能和提高回收過濾系統工作的穩定性，通過增設一個分支管路和利用水箱的排水口， 實現氣動隔膜泵代替轉移泵工作的功能。管路連接示意圖如圖3所示， 在轉移泵出口處增設一分支管路備用。正常工作時， 水箱中的泥渣水沿管路2經轉移泵作用流向預過濾器；當轉移泵發生故障時，停止轉移泵，利用水力清洗設備的備用氣動隔膜泵，將水箱的排水口作為氣動隔膜泵的進水口，氣動隔膜泵的出水口通過復合軟管連接至轉移泵出口的備用分支管路，氣動隔膜泵將代替轉移泵進行工作，在不需維修轉移泵的情況下泥渣水沿管路1即可重新恢復清洗工作，節省時間成本。

圖3　轉移泵與備用氣動隔膜泵管路切換圖

(5) 壓縮空氣排空管路中的殘留水在預過濾器的頂部、過濾器進口處安裝壓縮空氣接頭，通過打開氣動電控閥3、4、5，關閉氣動電控閥2，利用壓縮空氣將殘留水從預過濾器排向過濾器；再關閉氣動電控閥4、5、6、7，利用壓縮空氣將殘留水從過濾器排回水箱，最終由水箱出口排出。既方便操作，又排空效果好。如圖4所示，圖中曲線代表壓縮空氣通道，粗線代表預過濾器至過濾器殘留水排空通道，虛線代表過濾器至水箱殘留水排空通道。

2.3　成果展示

優化后的回收過濾系統結構如圖5所示，它實現了上述設計目標和功能，且整個系統長度L=2000 mm，寬度W=1200 mm，高度H=1480 mm。

圖4　殘余水排空管路圖

1.氣動隔膜泵　2.氣動電控閥　3.水箱　4.預過濾器　5.過濾器 6.折疊腳梯　7.單向閥　8.轉移泵　9.單元框架

3　結論

針對原水力清洗設備回收過濾系統在使用過程中存在的問題，在保持和增強原有功能的前提下，通過結構集成與優化、管路結構設計、過濾器重新選型、以及氣動電控閥和單向閥的引入，對原系統進行優化設計。優化后的回收過濾系統管路設計更復雜，空間更緊湊，對制造工藝、管路安裝技術的要求更高。

隨著對水力清洗設備操作簡便化、智能化的要求越來越高， 觸屏技術開始引入到水力清洗設備。氣動電控閥代替手動球閥，便于實現整個設備的觸屏操作，符合水力清洗設備的發展趨勢。

因此，結構優化后的回收過濾系統不僅克服了優化前的不足、增加了新的功能，使其更高效、更安全，而且符合水力清洗設備的發展趨勢，應用前景非常樂觀。優化后的水力清洗設備回收過濾系統已經應用于若干個核電廠蒸汽發生器泥渣清洗工作，并取得了良好的應用反饋。

參考文獻：

[1]Berge Ph，Figuet J M.The Need for Clean Steam Generators[J]. Nucl.Energy，1993，32(2):115-116.

[2]戴兵，廖昌斌，桂春，等.高壓水射流清洗技術在核蒸汽發生器清洗中的應用[J].清洗世界，2005，21(11)：15-18.

[3]廖昌斌，戴兵.蒸汽發生器二次側泥渣清洗技術的研究[J] .硅谷，2013，(14)：58-60.

[4]丁訓慎.核電站蒸汽發生器的清洗技術[J] .清洗世界，2004，20(4) ：32-36.

[5]丁訓慎.核電站蒸汽發生器的泥渣槍水力清洗[J] .清洗世界，2005，21(5) ：21-25.

[6]胡臻,聶松林,劉衛,等.基于大中取小遺憾判據的液壓系統過濾器優化配置的研究[J].液壓與氣動,2011,(2):100-104.