淺析核電站循環水系統運行及優化

摘 要：本文介紹了核電站循環水系統功能、工作原理和工作流程，以及系統存在問題的分析和優化。

關鍵詞： 循環水系統；運行；設計；分析；優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.133

1 系統功能

將過濾后的海水通過循環水管道向常規島凝汽器及其輔助冷卻水系統提供冷卻水，并帶走凝汽器和輔助冷卻水系統的熱量。

2 系統工作原理及運行

循環水系統采用海水直流供水系統，采用隧洞取水、一機一洞取水方案，每臺機組設置獨立的循環水泵房，每臺機組設置兩條排水溝。循環水系統通過兩條獨立的進水母管分別向三臺凝汽器和輔助冷卻水系統提供冷卻水，各承擔50%的循環水流量；輔助冷卻水系統由兩根循環水支管提供冷卻水，各承擔100%冷卻水流量。

每臺機組設置一座循環水泵房，設置三臺循環水泵，夏季三臺循環水泵同時運行，冬季運行兩臺循環水泵，另一臺循環水泵處于熱備用狀態。

循環水泵采用立式、單級、底部進水的混凝土蝸殼式混流泵，水泵與電機安裝在同一層同一個房間內。水泵的入口、出口布置在不同標高的平面上，海水從水泵的下部吸入，側面排出，進水底部標高-16.0m，水泵出水管中心標高-10.54m，出口管內徑為3000mm。

每臺循環水泵出口設置有一臺液控蝶閥，循環水泵出口聯絡管線上設置有4臺電動蝶閥。每臺機組的汽輪機廠房內設置有12臺電動蝶閥，分別布置在凝汽器循環水進、出水管上。

循環水系統采用海水作為冷卻水水源。海水經廠外引水明渠、進水構筑物、廠外引水隧洞送至廠區出水構筑物，海水自出水構筑物經過廠內引水隧洞被送至廠內循環水泵房進水間，經旋轉濾網清除水中雜物后進入循環水泵吸水池，并通過循環水泵升壓后由壓力管送到凝汽器等設備。凝汽器等設備的溫排水通過冷卻水排水溝排至虹吸井，再經循環水聯合排水暗溝至排水口海域。

3 系統設計過程中遇到的問題及優化方案

（1）循環水泵啟、停方式的優化。a）存在問題：兩條供水母管三臺循環水泵運行，原設計啟、停方式復雜。不便于儀控邏輯的設計，降低系統啟、停的自動化程度。為了保證凝汽器最佳真空，循環水泵在不同季節工況，運行泵的數量不同。如，夏季工況時三臺泵運行，冬季工況時兩臺泵運行。1#、2#、3#循環水泵啟動先后順序關系到每臺泵不同的啟動方式。如，集管上沒有泵運行采用開閥啟泵；為了防止循環水泵在啟動過程中出現倒轉，集管上有泵運行時需要關閥啟泵。因此，每臺循環水泵都存在很多種啟動組合。

停泵方式設計階段考慮了四種情況：夏季工況三臺泵運行，某臺泵需要停運時，關閉出口液控蝶閥到20%開度，停泵后將出口閥全關。

冬季工況兩臺泵運行，分集管獨立向兩個母管供水，某臺泵需要停運時，先停泵，再分兩個階段關閉出口液控蝶閥。外部失電工況（廠用電500kV切換200kV成功），考慮到夏季工況需要切除一臺循環水泵，出口液控蝶閥根據泵停運后信號自動關閉。外部失電工況（廠用電500kV切換200kV失敗），1#、2#、3#循環水泵全部切除。

b）分析：循環水泵啟動方式只判斷供水集管是否帶壓。集管不帶壓，直接采用開閥啟泵；集管帶壓，則采用關閥啟泵方式。分析計算表明關閥停泵方式，可以減少對循環水系統流量突減造成的影響，屬于最安全、最保守方式，正常停泵方式優化為程序控制關閥停泵。優化過程中同時考慮，循環水泵保護停運類似于失電停運，泵跳停后聯鎖關閉出口液控蝶閥，防止循環水泵出現倒轉，如果單根母管停止供水，還需要打開母管上的虹吸破壞閥。

另外，循環水系統兩臺泵運行時對聯絡閥的狀態做了明確要求，目的是為了保證凝汽器兩側獨立供水，防止出現單臺循環水泵給兩個母管供水，造成循環水泵過載。

c）優化方案如下：若集管無壓，采用開閥啟泵；若集管有壓，采用關閥啟泵；若1#循環水泵停運，則關閉3#和4#聯絡閥；若3#循環水泵停運，則關閉1#和2#聯絡閥；若2#循環水泵停運，則關閉1#、2#、3#和4#聯絡閥。

（2）冬季工況循環水泵“熱備用”問題分析及優化

a）循環水泵處于“熱備用”的意義：根據原設計，潤滑油加熱、氣囊排氣等因素，循環水泵采用冷啟動需要2-3小時。核電廠通過二回路最終熱阱循環水冷卻一回路，導出一回路的熱量，確保反應堆安全；冬季工況循環水泵故障跳停后，穩定入口海水液位后（一般10分鐘），啟動備用泵，減少凝汽器帶功率半側運行的時間，避免凝汽器真空惡化停機。

b）影響循環水泵“熱備用”問題的分析：潤滑油油溫，低于10℃需要投齒輪箱電加熱器工作，高于18℃允許啟動高壓油泵，根據電加熱器3×1.5KW以及散熱，需要9.5小時； 氣囊排氣時間，氣囊密封的作用是在停機檢修狀態下，對氣囊充氣以防止海水灌入，在循環水泵啟動前需對氣囊排氣。當氣囊排氣后管道壓力低于0.01MPa 時才允許啟動循環水泵。排氣時間約2分鐘；長時間停運的電機啟動前先用2500V 兆歐表測定U、V、W 三相繞組的對地電阻和相間電阻符合條件后才允許啟泵。

c）關于“熱備用”問題采取的優化措施：齒輪箱電加熱器改為4×2kW，冬季工況電加熱器邏輯改為潤滑油溫<18℃自動投入運行、潤滑油溫>25℃自動切除。同時還考慮輔助油泵打循環加熱潤滑油，防止電加熱器周圍發生局部過熱，引起油質劣化；氣囊排氣管線上設置電磁閥控制循環水泵氣囊密封充氣和排氣，并且安全設計，通過手動閥與電磁閥盤冗余配置； 關于電機測絕緣，根據核電站通用做法，備用電機40天測一次絕緣，并得到電機廠家的認可； 增加冬季工況一臺循環水泵停運后，啟動備用循環水泵對循環水液位及系統影響的分析； 循環水泵廠家制定冬季工況處于備用狀態時循環水泵的保養措施。

優化后的“熱備用”循環水泵可以在10分鐘啟動并向凝汽器供冷卻水，帶走熱量，維持凝汽器真空。

4 結論

循環水系統的穩定運行是核電廠安全、經濟發電的基礎之一，同時循環水系統作為最終熱阱導出一回路的熱量，確保反應堆安全。

作者簡介：武文奇（1981-），男，江蘇連云港人，本科，工程師，研究方向：電廠運行。