方家山核電機組主給水泵暖泵管線改造及其實踐

冷超

【摘 要】核電機組的備用主給水泵在緊急情況下的快速成功啟動對于核電機組的安全穩定運行十分重要。方家山核電機組主給水泵由于原設計中無暖泵管線，在備用期間存在暖泵溫度不足問題。在備用狀態下泵體溫度和管道中的水溫緩慢下降，導致泵體底部溫度低，引起泵體上下溫差較大。備用泵主給水泵的進口、跨接管、出口管道的水溫也會降低，應急啟動時，當除氧器的溫度較高水開始進入主給水泵泵組時，由于巨大的溫差可能導致給水泵卡澀，泵軸抱死，有設備損壞的風險，當機組處于高功率情況下，備用主給水泵應急啟動不成功會導致機組大幅度甩負荷。備用泵的進口管道、出口管道、以及前置泵和壓力級泵的跨接管管道中囤積了較多的低溫水，在高功率的情況下，如果備用泵應急啟動會使囤積較多的低溫水進入下游給水管線，可能導致高壓加熱器隔離和蒸汽發生器水位大幅波動從而導致停機停堆等運行瞬態。所以增加暖泵管線，讓備用主給水泵具有良好的暖泵效果，改善備用主給水泵的上下部溫差較大的情況，提高備用泵的進口和出口管道上囤積的水的溫度，對于備用泵應急啟動成功的可靠性，以及減少備用的主給水泵應急啟動后可能導致的運行瞬態，保證核電機組安全穩定運行具有十分重要的意思。

【關鍵詞】暖泵；暖泵管線改造；主給水泵；核電機組

1 方家山核電機組主給水泵的配置以及備用主給水泵存在的問題

1.1 方家山核電機組主給水泵的配置

方家山核電機組電動主給水泵系統由三臺并聯布置、容量為50%的電動泵組構成，為蒸汽發生器的二次側提供所需的給水。正常時兩臺運行，一臺備用，三臺泵可以任意切換。當兩臺運行的電動給水泵組一臺脫扣時，處于備用狀態下的電動給水泵組快速啟動。當運行中的給水泵故障跳閘時，備用泵自啟動，在10秒內能達到給水泵的額定流量、揚程。

如果高于50%負荷，當兩臺運行的電動給水泵組一臺脫扣時，處于備用狀態下的電動給水泵如果無法啟動或者啟動失敗，將導致機組出現大幅度甩負荷瞬態。所以正常功率運行時處于備用的這一臺主給水泵的可靠性非常重要。

1.2 備用的主給水泵存在的問題

由于方家山核電機組主給水泵的原設計中沒有暖泵管線，所以導致處于備用狀態的主給水泵存在無法實現暖泵的問題，在備用狀態下泵體溫度和與泵體相連接管道中的水溫度會緩慢下降，且會導致泵體底部溫度低，引起泵體上下溫差較大。主給水泵上下溫差大，應急啟動可能導致給水泵卡澀，有設備損壞的風險。如果在滿功率時，一臺主給水泵跳閘，應急備用泵啟動失敗，將導致機組出現大幅度甩負荷瞬態。

同時作為備用泵應急啟動時，備用泵的進口和出口管道上囤積的較多的低溫水進入下游給水管線，會導致高壓加熱器隔離和蒸汽發生器水位大幅波動等運行瞬態。

所以在備用情況下，對主給水泵進行預熱，減小泵內動靜部件與介質的溫差，可以有效避免泵的損壞。同時在主給水泵緊急情況下啟動時，避免主給水泵進出口管道內溫度較低的水進入高加，引起高加水位波動，造成高加隔離的瞬態。避免溫度較低的水進入蒸汽發生器后引起蒸汽發生器水位波動，蒸汽發生器水位低自動停堆的后果。

2 增加暖泵管線的兩次改造

2.1 第一次增加暖泵管線的改造

原設計方案中，方家山核電機組主給水泵沒有設計暖泵管線，但是根據現實需要，對方家山主給水泵增加了暖泵管線。

改造前，主給水泵系統流程圖如圖1所示。

經過了初始改造，即在主給水泵壓力級泵的出口逆止閥上并聯一個單級孔板（見圖2中畫波浪線的地方），在單級孔板上串聯一個手動閥，通過這個手動閥來控制孔板的投入和退出來實現暖泵管線的投入和退出。

第一次改造的初始目的是想將主給水泵壓力級泵出口逆止閥后母管上的水引到逆止閥前，反向經過壓力級泵、前置泵、至除氧器。從而實現暖泵的目的。

初次改造后，經過實際的溫度測量，跨接管的溫度依然比較低。通過把跨接管道的保溫拆開，如上圖2所示，現場測量跨接管表面溫度在55℃至66℃之間。與主給水泵的壓力級泵的外表面溫度大約160℃相比，溫差有大約100℃。這么大的溫差下，如果在緊急情況備用泵緊急啟動，那么溫差大約有100℃的水會進入主給水泵的壓力級泵，還是可能會造成泵軸抱死。造成備用主給水泵啟動失敗或者出力不足。同時溫度較低的水進入高加，引起高加水位波動，溫度較低的水進入蒸汽發生器后，也引起蒸汽發生器水位波動，造成高加和蒸汽發生器系統發生瞬態，嚴重情況下會引起高加自動解列和蒸汽發生器水位低自動停堆的后果。所以第一次改造的暖泵管線有一定效果，但加熱效果不理想。

2.2 第一次改造后存在的主要問題

第一次增加的暖泵管線，安裝的孔板是自行加工的單級孔板，壓差很大，容易造成孔板后沖刷嚴重，管壁減薄。

在主給水泵壓力級泵的出口逆止閥上并聯個單級孔板后，在正常備用的情況下，從主給水母管來的高溫水經過并聯個單級孔板這條暖泵管線后，本來設想的是讓暖泵的水流流壓力級泵、前置泵、再至除氧器，從實際的情況來看，大多本應用來進行暖泵的水是卻經過備用主給水泵的再循環管線直接回到除氧器去了。圖2中顯示出的將保溫拆開后，跨接管線外表面的實測溫度即是印證。沒有達到比較理想的暖泵目的。

所以在此情況下，需要對主給水泵暖泵管線進行再次改造以達到更好的效果。

2.3 對暖泵管線的第二次改造

根據第一次改造后存在的主要問題。第二次改造的方法是取消了第一次改造的暖泵管線，并且改為在主給水泵壓力級泵出口逆止閥后開孔，引出三路暖泵水，分別注入前置泵和壓力級泵的疏水管以及跨接管處（下圖中波浪線所包括的區域為第二次改造增加的管線）。每路暖管上設置一個五級節流孔板及隔離閥。

經過第二次改造后，備用狀態下的主給水泵的暖泵方式可以通過開啟（根據實際暖泵情況也可節流控制暖泵水流量）連通管線上手動截止閥，將逆止閥后的給水目管中的高壓水引至逆止閥前管道內，經孔板降壓后的水源流經壓力級泵、中壓給水管道、前置泵返回除氧器水箱，使備用狀態下的主給水泵達到連續暖泵效果。改造后效果圖如圖3所示。

暖泵所使用的水流量相比主給水泵的正常出口流量非常小，備用泵暖泵時使用的水量不會對連續運行中的主給水泵以及高加系統、蒸汽發生器給水系統造成影響。

在第二次改造后，通過把跨接管道和前置泵以及壓力級泵的保溫拆開，如圖3所示，現場測量跨接管外表面溫度在110℃至122℃之間（管道內部實際的水溫要更高一些）。與主給水泵的壓力級泵的外表面溫度大約140℃相比，溫差大大縮小。這樣在備用情況下，對泵進行預熱效果變好，減小了泵內動靜部件與介質的溫差，有效避免泵緊急啟動時泵軸抱死以及啟動失敗；同時在主給水泵緊急情況下啟動時，造成高加發生隔離和蒸汽發生器的水位劇烈波動的可能性大大變小，不容易導致其它的瞬態。

2.4 經過第二次改造后的實際應用及效果

改造后我們最關心的就是主給水備用泵在緊急啟動時的情況。

2016年02月20日，方家山核電1號機組處于滿功率運行，1號和2號主給水泵運行中，3號主給水泵備用。02月20日凌晨03點13分，主控室發“2號給水泵速度控制故障”、“2號給水泵開關柜故障”、“2號給水泵總故障”等報警，檢查發現2號主給水泵跳閘，3號主給水泵緊急啟動。隨后的現場檢查發現是由于2號主給水泵開關柜 A相差動保護動作導致的跳泵。

主控人員立即確認3號主給水泵啟動后3臺SG中主給水流量最高的達2250t/h，3臺SG水位開始逐漸上升，確認3臺SG主給水調節閥逐漸關小至約35%（正常開度約45%，2#泵跳閘后瞬時最高達70%開度），確認主給水調節閥響應正常，密切關注3臺SG水位，在SG水位升至0.17m之后3臺SG水位開始回落，之后趨于穩定，最終主閥開度分別穩定在初始的46%、51%、53%左右開度。在整個瞬態過程過程中，相對滿功率基準水位，3臺蒸汽發生器中水位變化時最高的上漲0.174m，最低的下降0.157m。蒸汽發生器水位的波動非常小，處于完全可控的范圍之內。

隨后主控檢查高壓加熱器，低壓加熱器等系統運行均正常，并未出現任何擾動和不正常的情況。

同時主控令現場人員到現場檢查應急啟動的3號主泵給水泵的運行情況。現場匯報3號主給水泵運行正常，3號主給水泵前置泵、壓力級泵和泵組相連接的管道并無泄漏。

在這次滿功率條件一下，一臺運行的主給水泵跳閘，備用的主給水泵緊急啟動瞬態中，沒有發生備用的主給水泵啟動失敗，也沒有發生由于備用的主給水泵緊急啟動造成高壓加熱系統隔離或者蒸汽發生器水位大幅波動導致的停機停堆瞬態。

3 結語

由此充分證明，經過了第二次暖泵管線的改造，方家山核電機組主給水泵的暖泵改造取得了非常好的實際效果，并且經過了實踐證明，在最極端的瞬態條件下，暖泵的效果也能滿足要求！

【參考文獻】

[1]方家山核電機組電動主給水泵系統設計手冊[S].

[2]方家山核電機組電動主給水泵系統流程圖[Z].

[3]方家山核電機組主給水泵跳閘甩負荷試驗調試報告[R].

[責任編輯：許麗]