AP1000設(shè)備冷卻水系統(tǒng)沖洗方案實(shí)踐及優(yōu)化

朱風(fēng)耀，馬中杰

（國核工程有限公司，上海 200233）

AP1000設(shè)備冷卻水系統(tǒng)沖洗方案實(shí)踐及優(yōu)化

朱風(fēng)耀，馬中杰

（國核工程有限公司，上海 200233）

基于AP1000核電項目的調(diào)試實(shí)踐，對設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的沖洗方案進(jìn)行了介紹分析并加以總結(jié)優(yōu)化，以期為后續(xù)項目和其他工業(yè)項目中相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的沖洗工作提供一定借鑒。

核電項目；設(shè)備冷卻水系統(tǒng)；沖洗

0 引言

AP1000三代核電機(jī)組由美國西屋公司設(shè)計，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（component cooling water system，簡稱CCS）是AP1000核電站核島的閉式冷卻水系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于吸收電廠其他用戶的熱量并將其導(dǎo)出至廠用水系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)在預(yù)運(yùn)行試驗前達(dá)到清潔度要求，需先對其進(jìn)行沖洗工作。本文總結(jié)了現(xiàn)有在建的AP1000核電機(jī)組的沖洗經(jīng)驗，并對沖洗方案進(jìn)行了優(yōu)化，以期為后續(xù)AP/CAP機(jī)組及CAP1400等其他電站機(jī)組的沖洗方案制定提供參考。

1 CCS沖洗方案簡介

CCS沖洗方案采用分區(qū)化簡的思路，按照功能、設(shè)備布置、介質(zhì)流向等對系統(tǒng)進(jìn)行拆分，將系統(tǒng)劃分為數(shù)個簡化的、相對獨(dú)立的、沖洗時互不影響的分區(qū)分別進(jìn)行沖洗。整個沖洗過程依次按照高壓水槍沖洗、分區(qū)沖洗和完整循環(huán)沖洗三步進(jìn)行。

1.1 高壓水槍沖洗

高壓水槍沖洗的主要優(yōu)點(diǎn)有高效節(jié)能、高清潔度、冷清洗安全性高、自動化程度高及運(yùn)行成本低等。AP1000核電機(jī)組，在對系統(tǒng)管道充水之前先對系統(tǒng)過濾器到泵入口之間管道以及泵出口到熱交換器入口之間管道進(jìn)行高壓水槍沖洗。由此，可以有效地清除CCS泵及熱交換器進(jìn)出口的大量雜質(zhì)，防止碎片及微粒等進(jìn)入CCS熱交換器，為泵及熱交換器安全運(yùn)行提供保障，也為后續(xù)分區(qū)沖洗節(jié)省時間及人工成本。

1.2 分區(qū)沖洗

依照分區(qū)化簡思路，對系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)分用戶的沖洗。先沖洗主回路（管徑最大部分），該部分清潔度達(dá)到一定要求（不再堵塞沖洗濾網(wǎng)）后，依次分區(qū)分別完成各用戶流道的沖洗工作。當(dāng)所有用戶流道清潔度均滿足要求后，聯(lián)合所有用戶設(shè)備進(jìn)行沖洗，消除各用戶流道之間盲區(qū)的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)最終清潔。

圖1 沖洗路徑簡圖

CCS系統(tǒng)按用戶所在廠房主要分為汽輪機(jī)廠房用戶、輔助廠房及附屬廠房用戶和安全殼廠房用戶3大分區(qū)。3大分區(qū)分別包含了不同的機(jī)械模塊，不同尺寸規(guī)格的管道、用戶等，依照該分區(qū)方法對系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)化簡梳理后得出以下沖洗分步。

（1）汽輪機(jī)廠房內(nèi)大口徑管道沖洗（包含路徑1及路徑4）；圖1中路徑1為CCS泵的進(jìn)出口母管及VWS中央冷凍機(jī)用戶管道。其中泵進(jìn)出口母管為24英寸管道，管徑最大且為各路徑?jīng)_洗必經(jīng)之地，VWS相關(guān)管道為20英寸和12英寸管道。由于本沖洗方案采用CCS泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)沖洗，所以，按照由主到次、由簡至繁的順序，必須首先對路徑1管道進(jìn)行沖洗方能為后續(xù)其他路徑或者用戶沖洗提供保障。泵入口處裝有臨時沖洗濾網(wǎng)，防止CCS泵被損壞。直到泵入口濾網(wǎng)不再堵塞，進(jìn)行下一階段沖洗。

（2）輔助廠房及附屬廠房內(nèi)管道沖洗（路徑2）；圖1中路徑2為RNS泵、RNS熱交換器、SFS熱交換器、CVS小流量熱交換器和PSS熱交換器等用戶管道。該部分用戶管道管徑較為復(fù)雜，母管為16英寸管道且連接一個涵蓋各用戶進(jìn)出口閥門的機(jī)械模塊，各用戶管徑為6英寸、3英寸、2英寸、1英寸不等。在對該部分用戶管道的沖洗開始階段，采用在熱交換器入口安裝臨時濾網(wǎng)的方式防止熱交換器內(nèi)進(jìn)入過多雜質(zhì)，同時依照沖洗效果適時更換臨時濾網(wǎng)（40目錐形濾網(wǎng)），直到泵入口濾網(wǎng)不再堵塞，進(jìn)行下一階段沖洗。

（3）安全殼廠房內(nèi)管道沖洗（路徑3）；圖中路徑3為主泵、RCDT熱交換器、CVS下泄熱交換器等用戶的管道。該部分同樣包含一個涵蓋各用戶進(jìn)出口閥門的機(jī)械模塊，母管管徑為10英寸，各用戶為4英寸、3英寸管道。由于主泵安裝在系統(tǒng)沖洗之后，所以在沖洗主泵用戶管道時采用跨接的方式實(shí)現(xiàn)循環(huán)沖洗，其他用戶沖洗方法同沖洗路徑2。此外，對沖洗路徑2與沖洗路徑3沒有邏輯順序要求，可依照現(xiàn)場安裝實(shí)際情況優(yōu)先沖洗相應(yīng)部分。直到泵入口濾網(wǎng)不再堵塞，進(jìn)行下一階段沖洗。

1.3 CCS完整循環(huán)沖洗

上述所有路徑?jīng)_洗完成后，恢復(fù)所有沖洗臨措（包括泵入口臨時濾網(wǎng)）對系統(tǒng)進(jìn)行完整循環(huán)沖洗，消除各用戶流道之間盲區(qū)的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)最終清潔。系統(tǒng)應(yīng)在拆除泵入口濾網(wǎng)的情況下以4315 m3/hr±68.14m3/hr的流量間斷運(yùn)轉(zhuǎn)至少2小時，并對水質(zhì)進(jìn)行取樣，化學(xué)指標(biāo)應(yīng)滿足粒子尺寸（最大）0.8mm×1.6mm的水質(zhì)要求。

2 沖洗實(shí)踐中遇到的問題及優(yōu)化

2.1 重力沖洗與強(qiáng)制循環(huán)沖洗相結(jié)合

無論是分區(qū)沖洗還是完整循環(huán)沖洗，在其沖洗過程中均采用了重力沖洗與強(qiáng)制循環(huán)沖洗相結(jié)合的方式以期提高沖洗效率。在機(jī)組首次進(jìn)行啟泵沖洗時，泵入口沖洗臨時濾網(wǎng)在僅僅運(yùn)行10s左右后就發(fā)生堵塞并導(dǎo)致系統(tǒng)停泵，清理濾網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中存在大量體積較大的雜質(zhì)。因此考慮先進(jìn)行重力沖洗，當(dāng)系統(tǒng)水質(zhì)得到改善后再啟泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)沖洗。重力沖洗，即借助工藝管道布置的高度差產(chǎn)生的介質(zhì)的勢能對系統(tǒng)進(jìn)行一階段簡易沖洗。在安裝完成排水臨措后，借助CCS頭箱的靜壓開啟低點(diǎn)疏水閥進(jìn)行重力沖洗，直至疏水閥排出的水達(dá)到一定清潔度（疏水閥出水較為清澈同時不含有明顯顆粒）后停止重力沖洗工作。經(jīng)采用伯努利方程等公式（見公式(1)、(2)、(3)、(4)）計算發(fā)現(xiàn)，使用重力沖洗時系統(tǒng)所能達(dá)到的流量較小，無法達(dá)到高效的沖洗效果。然而，重力沖洗能夠?qū)⑾到y(tǒng)介質(zhì)中較大的雜質(zhì)帶出，可以提高后續(xù)強(qiáng)制循環(huán)沖洗的效率。

伯努利方程：

總能量損失：

沿程損失：

局部損失：

公式中，P為壓強(qiáng)，Pa；ρ為密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；α為動能修正系數(shù)；v為速度，m/sh；W為總能量損失，ml為管道程度，m；d為管道直徑，m；λ為無量綱沿程損失系數(shù)；ξ為無量綱局部損失系數(shù)。

2.2 臨時濾網(wǎng)上游閥門布置不合理

在實(shí)際沖洗工作中，各路徑均出現(xiàn)了連續(xù)幾次啟泵沖洗均在不足2分鐘即發(fā)生濾網(wǎng)堵塞的現(xiàn)象，不得不進(jìn)行濾網(wǎng)清洗工作（實(shí)踐中共計清理16次）。由于濾網(wǎng)上游閥門結(jié)構(gòu)不合理（螺栓原因），拆除裝有濾網(wǎng)的短節(jié)A時需要同時拆除短節(jié)A上游相連的蝶閥，無法形成有效隔離（如圖2），需要將短節(jié)A上游所有水全部排空（從0米平臺泵入口至24米平臺CCS頭箱出口閥門之間的管線，約6.22噸水），該排水工作耗時約8小時，濾網(wǎng)的拆卸、清洗及回裝工作耗時約8小時。由此，一次濾網(wǎng)清洗工作即耗時16小時之久。如果能采用常規(guī)火電的Y型過濾器（如圖3），則清洗濾網(wǎng)時無需拆卸任何設(shè)備，只需轉(zhuǎn)動手柄，即能從濾網(wǎng)上刷除微粗雜質(zhì)并通過污口排出，可有效節(jié)約大量時間。

圖2 現(xiàn)場沖洗濾網(wǎng)及相關(guān)管道布置圖

圖3 Y型過濾器簡圖

2.3 機(jī)械模塊技術(shù)的應(yīng)用（1）模塊化設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。AP1000設(shè)計采用了大量模塊化設(shè)計，通過運(yùn)用模塊化技術(shù)，土建施工和模塊制造可以同時進(jìn)行，將傳統(tǒng)建造模式中大量的現(xiàn)場施工轉(zhuǎn)化為工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場只需按照進(jìn)度需求將預(yù)制模塊直接吊裝于廠房內(nèi)進(jìn)行模塊間的拼裝即可。這樣可以有效地加快建安進(jìn)度，減少現(xiàn)場勞動力投入，簡化現(xiàn)場物資供應(yīng)，減輕現(xiàn)場擁擠程度，極大地提高工程管理的效率。

模塊化設(shè)計包括結(jié)構(gòu)模塊（結(jié)構(gòu)模塊定義）、機(jī)械模塊等。機(jī)械模塊主要為工藝系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備、工藝管道和閥門等，這些工藝設(shè)備共同安置于一個鋼結(jié)構(gòu)公共基架上，機(jī)械模塊的安裝相比傳統(tǒng)設(shè)備能夠更好地保證系統(tǒng)設(shè)備的清潔度。在設(shè)備模塊出廠前，廠家已對相關(guān)模塊完成沖洗工作，進(jìn)入現(xiàn)場后也對模塊設(shè)備做好了充分的防異物工作，防止已清潔模塊被二次污染，有效節(jié)約了該部分設(shè)備沖洗所需的時間、人力和物力成本，提高了系統(tǒng)的沖洗效率。

（2）存在的問題。將機(jī)械模塊設(shè)計部分中設(shè)備的進(jìn)出口閥門等加入到模塊結(jié)構(gòu)中，會使這些進(jìn)出口閥門遠(yuǎn)離其設(shè)備用戶，從而導(dǎo)致閥門下游管道直到用戶都沒有隔離門控制。當(dāng)需要對用戶進(jìn)行檢修或者管道發(fā)生泄漏時，無法對其進(jìn)行隔離，不得不將整個管道內(nèi)的介質(zhì)（CCS系統(tǒng)某機(jī)械模塊相關(guān)管道需排出約5噸水）全部排出，耗費(fèi)工時較長。

3 結(jié)語

本文通過對AP1000設(shè)備冷卻水系統(tǒng)沖洗實(shí)踐進(jìn)行分析說明，為沖洗工作的順序邏輯的優(yōu)化、人力物力的合理分配提供了重要的理論依據(jù)，同時為后續(xù)項目及其他電廠中相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的沖洗工作提供了一定借鑒。

[1]孫漢虹.第三代核電技術(shù)AP1000[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]林誠格.非能動安全先進(jìn)核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

TM623

A

1671-0711（2016）11（下）-0036-03