秦山二廠安全廠用水系統運行缺陷及原因分析

李建業 馬國棟 馬澤龍 閆明

摘 要：安全廠用水系統（SEC）是用來將設備冷卻水系統（RRI）收集的熱負荷輸送到最終熱阱—海水，同時作為冷卻系統的一部分，它又具有安全功能，在正常運行和事故工況下能把從安全有關構筑物、系統和部件來的熱量輸送到最終熱阱。SEC系統的正常、可靠運行是整個機組正常運行的前提。該文在通過分析杭州灣水質特殊情況，結合安全廠用水系統運行中出現的問題，分析原因，探討解決辦法和改進措施。

關鍵詞：安全廠用水 泥沙磨損 汽蝕

中圖分類號：TL36 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0063-01

秦山二廠安全廠用水系統（SEC）作為核電站的一個重要輔助系統，其功能是將設備冷卻水系統（RRI）的熱負荷傳遞給最終熱阱—海水。它由兩組與安全有關的冗余系列組成。無論在正常運行工況下或在事故工況下，都應將與安全有關系統的設備和部件（如EAS、DVH、RRA、PTR等）中的熱量轉移給最終熱阱。

1 SEC系統運行中的問題

SEC系統作為核島設冷水熱負荷的最終熱阱，只有在本系統能正常連續運行的條件下，才能保證核島其余系統的正常運行和熱量的正常導出。秦山二期SEC系統投運以來，相關的檢修記錄表明其設備的故障率較高，而故障原因大部分為設備因磨損損壞。根據工作票統計，2013年秦山二期核電廠1SEC反沖洗水泵解體、軸封漏水消缺類檢修工作共18次。由于SEC泵和反沖洗水泵為核安全相關設備，每次檢修都涉及I0工作，頻繁檢修隔離導致安全廠用水系統的可靠性嚴重降級。

2 原因分析

2.1 泥沙磨損

當泵停運時，泥沙淤積在泵入口管道和泵殼內。當泵重新啟動后的一段時間內，葉輪帶動泥沙拌著水流高速攪動，開始時就象沙紙打磨一樣，對泵的水力部件產生嚴重的泥沙磨蝕，當泵平穩運行后，水中的泥沙在離心力的作用下，大部分集中在葉輪流道的外側和高壓區，并繼續對泵體內各部件進行磨損。

杭州灣為東西走向的喇叭型強潮河口灣.杭州灣河床起伏不大，但是平面收縮強烈，沿程潮差急劇增大，在長江口南下水、錢塘江徑流和東海潮波共同影響下，具有潮強流急、含沙量高的特點，構成杭州灣北岸灘地和水下斜坡的沉積物主要為細沙、粉砂、砂質粉砂和粘土質粉砂。

海水所含沙型以石英和正長石為主， 為直徑小于0.1 mm（95.1%）的細顆粒粉沙，它的硬度很高，形狀多為棱片狀，海水中CL離子含量5677.87 mg/L，DO（溶解氧）含量8.9 mg/L，杭州灣海水為含有大量細沙和腐蝕性介質的固液兩相流，所以對秦山二期的安全廠用水系統運行影響較大（表1）。

2.2 汽蝕

當泵運轉時，在葉輪中心處會形成低壓，當葉片入口附近的壓強等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時，液體就在該處發生汽化并產生氣泡，在離心力的作用下，氣泡隨同液體從低壓區流向高壓區，氣泡在高壓作用下，迅速凝結，氣泡的消失產生局部真空，瞬間內周圍的液體即以極高的速度沖向氣泡中心，眾多的液體質點象細小的高頻水錘撞擊著葉片，造成沖擊和振動，泵在這種狀態下長期運轉，將導致水力部件金屬表面的剝蝕，并在其表面形成大小不一、蜂窩狀的孔洞。這種現象就是汽蝕。

核二院2003年6月根據SEC泵自2002年4月—2003年4月間運行的歷史數據，找出泵入口的最低壓力，并計算出此期間泵的NPSHa為12.16 m，大于泵所要求的NPSHr（10.3 m），故SEC泵在正常運行狀況下是不會發生汽蝕。那么為什么SEC泵會存在汽蝕現象呢？

在原設計中，為防止泥沙在暗渠中沉積，設置了攪沖裝置，但攪沖裝置的設計流量過小，未能起到預期的作用。在泵切換運行或停運檢修時，SEC泵在暗渠的入口部位以及入口管道和泵體內余留海水中的泥沙開始淤積，泥沙將堵塞管道或泵吸入口，使有效過流面積減小。

SEC泵在啟動時泵吸入的不是水，而是大量的泥沙。這些泥沙會使泵入口的通流截面積減小，水的吸入量減小，流速升高，而壓強相應降低，當該處的壓強等于或小于輸送溫度下水的飽和蒸汽壓時，泵內就會發生汽蝕，而當泵處于頻繁地間斷性停啟狀態時，泵內就會多次發生汽蝕，久而久之就會造成泵內各部件的損壞。

3 改進措施

3.1 通過改變運行方式來改善泥沙淤積現象

在機組運行之初，根據設計要求，A.B列4臺100%SEC泵只要求運行一臺即可。由于備用列SEC泵入口泥沙淤積嚴重，故A.B列正常運行時均保持一臺泵運行。在機組運行之初，根據定期試驗管理要求，SEC反沖洗泵是4周切換一次，隨著機組運行時間越來越長，SEC反沖洗泵入口泥沙淤積嚴重，現在將SEC反沖洗泵的切換周期縮短為2周一次。用于電廠排污的SEO系統，在SEC泵和CRF泵運行的房間，需要定期切換A1.A2（A：自動控制狀態）位置，讓優先啟動的泵定期改變，以應對長期不運行的泵出口常被泥沙堵死的現象，而在機組運行之初，并無此項操作。

3.2 改變泵的水力設計

根據泵的汽蝕相似定律：

△hrp/△hr=nP2DP2/n2D2

式中△hr、n、D分別為模型泵的必需汽蝕余量、轉速、葉輪直徑，△hr P、nP、DP分別為實型泵的必需汽蝕余量、轉速、葉輪直徑。

對于同一臺泵，不同轉速的相似工況下：因Dp=D，故△hrp/△hr=nP2/n2。這說明一臺泵當轉速n升高時，必需汽蝕余量將隨轉速的平方增加，泵的抗汽蝕性能大大降低。因此，高轉速泵的必需汽蝕余量較大，抗汽蝕性能較差。所以在滿足流量和揚程的情況下，應考慮選擇較低的轉速，來改善泵的汽蝕性能。同時，鑒于秦山地區的海水中泥沙含量大的這種性質，若降低轉速，還可降低泥沙磨損，提高葉輪及泵的使用壽命。

4 結語

SEC系統屬于安全相關系統，無論核電站在正常運行或事故工況下，必須能夠把安全有關的構筑物、系統和部件來的熱量輸送到最終熱阱。通過表面處理的方式增加葉輪耐磨性、更換反沖洗泵型號、改變系統運行方式等方法極大的改善了運行工況，提高系統運行的可靠性。

參考文獻

[1] 賈存真.秦山二期SEC反沖洗水泵改進分析[J].中國核電，2013（6）：209-214.

[2] 劉蒼字，虞志英.杭州灣北岸的侵蝕/淤積波及其形成機制[M].上海：華東師范大學河口海岸研究所，2000.

[3] 王震亞，謝圣華，湯國祥.以可靠性為中心的核電廠廠用水系統維修分析[J].核動力工程，2011（5）：113-116，120.