論柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水、中冷水防凍改進分析

屠星　李寅光　王泉

【摘 要】柴油機輔助給水系統(tǒng)在全廠失電工況下帶走反應堆余熱，防止堆芯損壞，去除堆芯衰變熱，直到余熱排出系統(tǒng)能投入運行，承擔著核電廠的安全功能。在極端天氣下，有可能發(fā)生柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水、中冷水管路凍結的風險，從而影響柴油機輔助給水系統(tǒng)安全備用狀態(tài)，因此對柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水、中冷水進行防凍改進分析尤為必要。本文主要分析對于作為核電廠專設安全設施柴油機輔助給水系統(tǒng)中冷卻水、中冷水防凍改進從實際現(xiàn)場情況的角度進行分析，得到冷卻水、中冷水防凍改進的相關方法。通過在柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水、中冷水系統(tǒng)中添加防凍劑，并且將其有效循環(huán)，以消除冷卻水、中冷水系統(tǒng)中的死點，保證了防凍劑的有效性。從而降低由于冷卻水、中冷水管路冰凍而使柴油機輔助給水泵不可用的風險，影響柴油機輔助給水系統(tǒng)安全備用，降低運行負擔。

【關鍵字】柴油機輔助給水系統(tǒng)；冷卻水；中冷水；防凍

中圖分類號： S232 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）23-0060-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.023

【Abstract】The auxiliary feed water system of the diesel engine takes away the residual heat of the reactor under the condition of the power loss of the whole plant， and prevents the core damage，removal of the core decay heat until the waste heat removal system can be put into operation，bear the safety function of the nuclear power plant.In the extreme weather， the cooling water of the diesel engine auxiliary water supply system and the freezing of the middle cold water pipe line，influence of diesel auxiliary feed water system safety standby state，therefore， it is necessary to analyze the cooling water and the cold water in the auxiliary water supply system of diesel engine.Abstract：In this paper， the analysis of the cooling water in the auxiliary water supply system of the diesel engine auxiliary water supply system as a nuclear power plant is analyzed，related methods of improving the anti freezing.By adding anti freezing agent in the cooling water and the middle cold water system of the auxiliary water supply system of the diesel engine，and its effective circulation，In order to eliminate the cooling water， cooling water system in the dead center， to ensure the validity of the antifreeze.To reduce the cooling water， the cold water pipeline and make the diesel engine auxiliary water pump is not available，Influence of diesel auxiliary water supply system security reserve，reduce the operational burden.

【Key words】Auxiliary feed water system for diesel engine； Cooling water； Medium cold water； Antifreeze

0 前言

輔助給水系統(tǒng)作為核電廠的專設安全設施，屬于安全3級和抗SSE地震類，質保QA2級。由于擔負著核電廠的安全功能，尤其是在全廠失電工況下帶走反應堆余熱，防止堆芯損壞，去除堆芯衰變熱，直到余熱排出系統(tǒng)能投入運行。按設計要求輔助給水泵不僅要滿足多重性，還滿足多樣性所以不僅設置了二臺電動給水泵，還設置一臺柴油機驅動的給水泵。而柴油機輔助給水泵在4A及以上電廠模式中，必須一直處于自動熱備用狀態(tài)，以使其在接到啟動信號時，能在26秒內自動帶負荷啟動成功。而柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水主要給柴油機氣缸等帶走熱量，中冷水是給中冷器、機油冷卻器、齒輪油冷卻器帶走熱量。因此，柴油機輔助給水冷卻水及中冷水系統(tǒng)是否能正常工作，起著至關重要的作用。

由于柴油機輔助給水冷卻水箱及中冷水箱設置在06#廠房墻壁室外，且為開口式供水，由一回路補水泵及應急水箱供水，水箱及管道上均無測溫點，氣溫較低時可能會引起水箱及管道的結冰。現(xiàn)行的做法是不定期啟動輔助給水系統(tǒng)的柴油機，以避免冷卻水、中冷水管道凍結堵塞，但存在較高的柴油機輔助給水泵不可用的風險，并造成嚴重的運行負擔。因此，柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水、中冷水防凍改進有著極大的必要性。

1 系統(tǒng)概況

柴油機輔助給水冷卻水及中冷水系統(tǒng)截面布置圖如圖1，柴油機輔助給水冷卻水及中冷水系統(tǒng)圖如圖2。膨脹水箱分成為冷卻水箱和中冷水箱，實際布置位于散熱器頂部，散熱器頂部冷卻水及中冷水管路最高點標高4.47m，膨脹水箱（冷卻水箱及中冷水箱）底部標高4.40m，頂部標高4.70m。實際冷卻水、中冷水回水至散熱器分水管路，分水管路至冷卻水箱、中冷水箱均有一路連通管路至冷卻水箱、中冷水箱上部，如圖1、圖2紅線線路。與柴油機輔助給水泵冷卻水及中冷水系統(tǒng)圖紙（QYT-X-015-03）不相符。而供冷卻水、中冷水用戶位置于-12m的柴油機輔助給水泵房內，膨脹水箱（冷卻水箱及中冷水箱）為冷卻水、中冷水系統(tǒng)最高點，為開口式供水，起到為系統(tǒng)存水因溫度變化而引起的體積膨脹給予余地，同時補水溢流，穩(wěn)定冷卻水、中冷水系統(tǒng)壓力的作用。

由于柴油機輔助給水系統(tǒng)冷卻水箱及中冷水箱在室外，06#廠房墻外一側，由一回路補水泵及應急水箱供水，為開口式供水，柴油機輔助給水系統(tǒng)溫度檢測儀表安裝在靠經柴油機本體的室內，室外盤管部分無溫度監(jiān)測需靠查氣象數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場用便攜式測溫儀來確定溫度，無法進行持續(xù)檢測，無法持續(xù)實時反饋盤管內的水溫。氣溫較低時可能會引起水箱及管道結冰風險。現(xiàn)行做法是不定期啟動輔助給水系統(tǒng)的柴油機，以避免冷卻水、中冷水管道凍結堵塞，但仍存在較高的導致柴油機輔助給水泵不可用的風險，影響柴油機輔助給水系統(tǒng)安全備用，并造成嚴重運行負擔。

2 冷卻水、中冷水系統(tǒng)防凍改進分析

2.1 不同區(qū)域的防凍改進

對于處于室外環(huán)境溫度的管路和設備采用保溫防凍在理論上是可行的，可采用厚度30mm左右的保溫玻璃棉進行保溫，但是在風冷散熱器中的管路無法進行保溫層有效施工，整個系統(tǒng)依舊存在潛在冷凍點。因此優(yōu)先采取冷卻水、中冷水系統(tǒng)添加防凍劑的方法，同時處在室外環(huán)境溫度下的冷卻水、中冷水補水管路、閥門及冷卻水箱、中冷水箱液位計閥門、管路添加保溫層處理。

2.2 防凍劑的選取分析

根據(jù)原廠及目前核工業(yè)廣泛采用的實踐做法，選取乙二醇水溶液作為防凍劑。防凍液的配比濃度配比濃度據(jù)保守環(huán)境溫度-10℃進行確定，約為：21.25%體積濃度/23.5%質量濃度。（FSAR中秦山一廠廠址極端環(huán)境溫度-7.2℃）乙二醇是一種無色帶有甜味的液體，能與水任意比例混溶。純乙二醇的沸點是197.4℃，冰點為-11.5℃。根據(jù)資料顯示，乙二醇對動物有毒性，不易經呼吸道吸收，可經胃腸道和皮膚吸收，成人口服致死量為80-100ml。因此，針對這一特性，參與操作人員應做好人身防護工作，防凍液進行更換應做好回收工作，防止發(fā)生人員中毒和環(huán)境污染事件。

由于管路和設備材料為碳鋼，在冷卻水、中冷水系統(tǒng)中添加防凍劑的同時必須添加緩蝕劑，由于原廠對于緩蝕劑的要求，禁止使用絡酸鹽類型的緩蝕劑，不宜采用氮化物和亞硝酸鹽類型的緩蝕劑。

由于添加防凍劑會影響水比熱容值，進而影響中冷器、機油冷卻器、齒輪油冷卻器及風冷散熱器等設備的換熱效率，具體影響需在實際中測量，進而改善防凍劑配比。

2.3 防凍劑的添加、更換方式分析

防凍劑使用過程中會產生老化，因此每個大修周期進行更換，在定期取樣過程中發(fā)現(xiàn)防凍劑含量不符合要求，應及時補充或更換。冷卻水、中冷水溶液（包括防凍劑和緩蝕劑）由冷卻水箱、中冷水箱頂部開口處添加。而取樣點選取-12m柴油機輔助給水泵房內冷卻水、中冷水系統(tǒng)低位放水閥取樣。

防凍劑更換應采取，先卸放原冷卻水、中冷水，再對整個管路進行清洗，最后注入調制好的冷卻水、中冷水溶液（包含防凍劑和緩蝕劑）。

2.4 含防凍劑的冷卻水、中冷水循環(huán)

由于原設計中，膨脹水箱（冷卻水箱、中冷水箱）作為系統(tǒng)中的一個死點，僅起到溫度變化時補償水容積，穩(wěn)定冷卻水、中冷水系統(tǒng)壓力的作用。如從冷卻水箱、中冷水箱中添加防凍劑，難以有效的將防凍劑在整個冷卻水、中冷水系統(tǒng)中循環(huán)，而不法起到防止管路冰凍的風險。因此需要改造管路，增加冷卻水循環(huán)泵、中冷水循環(huán)泵及相應噴射器，如圖3。將冷卻水箱、中冷水箱中添加的防凍劑有效的在冷卻水、中冷水系統(tǒng)中循環(huán)，從而避免整個冷卻水、中冷水系統(tǒng)管路冰凍。而增加冷卻水循環(huán)泵、中冷水循環(huán)泵及相應噴射器并不會影響原有冷卻水箱、中冷水箱的作用。

增加冷卻水、中冷水循環(huán)泵將整個冷卻水、中冷水循環(huán)，幫助防凍劑的添加注入到冷卻水、中冷水系統(tǒng)，同時將防凍劑均勻于整個系統(tǒng)中，便于取樣的采集準確性。而增加噴射器，是能將作為死點的冷卻水箱、中冷水箱中的防凍劑帶出注入于冷卻水、中冷水系統(tǒng)。

2.5 冷卻水、中冷水系統(tǒng)溫度檢測

冷卻水、中冷水系統(tǒng)中處于室外環(huán)境溫度下的管路為補水管路閥門及冷卻水箱、中冷水箱進出口管路，散熱器冷卻水、中冷式管路。應為這些管路上添加測溫儀，及時反饋溫度變化。加強對此設備管路巡檢要求，特別是在冬季寒冷天氣下，檢查管路是否冰凍。

3 結論

核電廠中輔助給水系統(tǒng)作為核電廠的專設安全設施，起著重要的安全作用，而在全廠失電工況下柴油機輔助給水泵能否正常啟動運行帶走反應堆余熱，防止堆芯損壞尤為重要。而柴油機輔助給水系統(tǒng)中的冷卻水、中冷水有關乎到柴油機輔助給水泵的正常運行。對運行人員來說，防止其系統(tǒng)管路冰凍變得尤為必要。

從柴油機輔助給水冷卻水、中冷水系統(tǒng)實際現(xiàn)場布置出發(fā)，針對管路防凍進行各個方位防凍改進分析，從而實現(xiàn)防凍效果，降低柴油機輔助給水泵不可用的風險。

【參考文獻】

[1]劉光啟，馬連湘，劉杰.化工化學物性數(shù)據(jù)手冊：有機卷[M].化學工業(yè)出版社，2002.

[2]何鳳生.中華職業(yè)醫(yī)學[M].人民衛(wèi)生出版社，1999.