方家山核電SRI系統(tǒng)增設(shè)備用泵變更技術(shù)分析

代榮喜 張曉光 王宗魁

【摘 要】SRI系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2 臺(tái)100%容量的閉式冷卻水泵，額定流量為3100m3/h，揚(yáng)程40mH2O，一用一備。在夏季最高氣溫期間，SRI 系統(tǒng)流量超過(guò)了額定流量3100m3/h，一般處在3600-3700m3/h 之間，最高達(dá)到了3800m3/h。此流量已經(jīng)超出了閉式冷卻水泵的設(shè)計(jì)量，對(duì)泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大隱患。如果一臺(tái)泵故障檢修，另一臺(tái)泵發(fā)生共模故障，則機(jī)組有停機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)。增設(shè)一臺(tái)備用泵后，SRI泵將為1用2備，增加了系統(tǒng)冗余度，降低了一臺(tái)泵故障檢修，另一臺(tái)泵發(fā)生共模故障引起的停機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】閉式冷卻水泵;額定流量;安全穩(wěn)定運(yùn)行;停機(jī);停堆;風(fēng)險(xiǎn);冗余度

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.020

Analysis on the Modification Technology of Pumps for SRI System of Fangjiashan Nuclear Power Plant

DAI Rong-xi1 ZHANG Xiao-guang2 WANG Zong-kui1

（1.CNNP Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Zhejiang Haiyan 314300， China;

2.China National Nuclear Supply Chain Operation Co.， Ltd.， Shanghai 200030， China）

【Abstract】The SRI system is designed as two 100% capacity closed cooling water pumps with a rated flow of 3100m3/h and a head of 40mH2O. During the summer maximum temperature， the SRI system flow exceeds the rated flow of 3100m3/h， typically between 3600-3700m3/h and the highest reaches 3800m3/h. This flow has exceeded the design of the closed cooling water pump， which has great hidden dangers to the safe and stable operation of the pump. If one pump fails over and another pump experiences a common mode failure， the unit has the risk of downtime and shutdown. After adding a spare pump， the SRI pump will be one in use and two in spare， which increases the system redundancy， reduces the failure of one pump， and the risk of downtime and shutdown caused by common mode failure of the other pump.

【Key words】Closed cooling water pump; Rated flow; Safe and stable operation; Shutdown; Shutdown; Risk;Redundancy

1 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)情況

SRI系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2 臺(tái)100%容量的閉式冷卻水泵，額定流量為3100m3/h，揚(yáng)程40mH2O，一用一備。SRI系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)由于泵的軸承、機(jī)械密封容易產(chǎn)生缺陷，造成無(wú)備用泵的情況，且在夏季最高氣溫期間，SRI 系統(tǒng)流量超過(guò)了額定流量3100m3/h，一般處在3600-3700m3/h 之間，最高達(dá)到了3800m3/h。此流量已經(jīng)超出了閉式冷卻水泵的設(shè)計(jì)量，對(duì)泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大隱患。如果一臺(tái)泵故障檢修，另一臺(tái)泵發(fā)生共模故障，則機(jī)組有停機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 現(xiàn)有SRI系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)的功能是為汽輪機(jī)輔助設(shè)備冷卻器、發(fā)電機(jī)輔助冷卻器、給水泵輔助冷卻器等輔助設(shè)備的冷卻器提供冷卻水，帶走輔助設(shè)備排出的熱量，并通過(guò)本系統(tǒng)的管式熱交換器將這些熱量排至輔助冷卻水系統(tǒng)的海水中。在循環(huán)水溫度≤33℃時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足閉式冷卻水溫度≤38℃。

該系統(tǒng)由1臺(tái)高位水箱（SRI001BA）、2臺(tái)各為100%容量的臥式離心泵（SRI101PO、SRI201PO）、2臺(tái)各為100%容量的管式冷卻器（SRI101RF、SRI201RF）以及冷卻水母管及各用戶冷卻器組成。

常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)閉式回路。在正常情況下，一臺(tái)泵運(yùn)行，一臺(tái)泵備用，將除鹽冷卻水升壓后經(jīng)逆止閥（SRI014VN、SRI015 VN）和隔離閥（SRI017VN、SRI018VN）匯集在泵出口母管，然后進(jìn)入兩臺(tái)并聯(lián)的管式冷卻器（一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用），冷卻器進(jìn)、出口管線上裝有手動(dòng)隔離閥，手動(dòng)隔離閥盡可能靠近冷卻器。該冷卻器由SEN系統(tǒng)的海水冷卻。被冷卻的除鹽水經(jīng)流量孔板（SRI001KD）至除鹽冷卻水供水母管再分配到各用戶冷卻器，所有用戶冷卻器的進(jìn)出口都裝有隔離閥。各用戶冷卻器的排水匯集于回水母管后，送往冷卻水泵人口，完成除鹽冷卻水的閉路循環(huán)。

在某些用戶冷卻器的進(jìn)口或出口設(shè)有溫度調(diào)節(jié)閥，根據(jù)被冷卻介質(zhì)所要求的出口溫度來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水的流量。另外，送往輔助給水系統(tǒng)除氧器及循環(huán)水泵等的除鹽冷卻水，經(jīng)各自的冷卻器后也分別返回到冷卻水泵進(jìn)口。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：

1.2 現(xiàn)有閉式循環(huán)冷卻水泵配置及系統(tǒng)運(yùn)行

每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)100%的閉式水泵，正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。

在機(jī)組緊急停運(yùn)過(guò)程中，常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)將保持運(yùn)行。同時(shí)，在SRI的主要用戶停運(yùn)后，繼續(xù)保持一臺(tái)閉式冷卻水泵投入運(yùn)行。

當(dāng)一臺(tái)備用閉式冷卻水泵啟動(dòng)來(lái)替代一臺(tái)正在運(yùn)行的閉式冷卻水泵時(shí)，可能在短時(shí)間內(nèi)有兩臺(tái)閉式冷卻水泵同時(shí)運(yùn)行，由此而產(chǎn)生的過(guò)多冷卻水量將引起水泵出口母管中水壓升高，隨著水泵切換工作的完成，水壓很快回到整定值。

當(dāng)一臺(tái)備用的水-水熱交換器來(lái)替代一臺(tái)正在運(yùn)行的水-水熱交換器時(shí)，可能在短時(shí)間內(nèi)有兩臺(tái)水-水熱交換器同時(shí)運(yùn)行，出口水溫有所降低。由于系統(tǒng)熱容量大，過(guò)程時(shí)間短，對(duì)本系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生很大影響。

在SRI系統(tǒng)水低溫時(shí)，SRI系統(tǒng)水低溫對(duì)一般用戶沒(méi)有影響。而一些對(duì)被冷卻介質(zhì)有溫度要求的用戶（例如發(fā)電機(jī)定子水冷卻器）可以通過(guò)安裝在冷卻器出口管上的溫度調(diào)節(jié)閥來(lái)控制冷卻器中的冷卻水量，以保持被冷卻介質(zhì)的溫度不低于整定值;同時(shí)，大量冷卻水可以不通過(guò)水-水熱交換器，直接經(jīng)過(guò)旁路運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制旁路流量，從而使SRI系統(tǒng)的水溫恢復(fù)到正常值。

夏季運(yùn)行時(shí)，SRI系統(tǒng)水溫較高，可以通過(guò)用戶出口管的溫度調(diào)節(jié)閥來(lái)控制流量，進(jìn)而控制水溫。

閉式冷卻水泵在運(yùn)行期間，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，檢查泵有誤過(guò)熱或不正常振動(dòng)跡象，以及所有受力螺栓和聯(lián)軸器保護(hù)裝置是否禁錮等。通過(guò)日常的維護(hù)管理，減少泵的非正常故障，從而保證水泵能夠正常工作。

1.3 現(xiàn)有閉式循環(huán)冷卻水泵的布置

兩臺(tái)閉式冷卻水泵和水-水熱交換器布置汽機(jī)房-7.5m層，臨近11柱、A-B排之間。泵的左側(cè)為設(shè)備的檢修區(qū)域，上方為水-水熱交換器的檢修空間，下方B排布置一臺(tái)ATE系統(tǒng)的水泵。此空間內(nèi)廠房布局緊湊，上方和左側(cè)無(wú)空間布置備用泵，依次在兩臺(tái)閉式循環(huán)水泵下方布置備用泵，ATE系統(tǒng)的水泵可能會(huì)影響閉式冷卻水泵入口濾網(wǎng)的檢修。

2 變更方案

2.1 技術(shù)方案一：增加一臺(tái)與原泵相同的閉式冷卻水泵

運(yùn)行方式：

a）正常運(yùn)行時(shí)，采用兩用一備的運(yùn)行方式。氣溫低時(shí)，一臺(tái)泵正常運(yùn)行兩臺(tái)泵備用。氣溫高時(shí)，兩臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行，一臺(tái)泵備用。當(dāng)其中一臺(tái)運(yùn)行泵出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)備用泵;當(dāng)兩臺(tái)運(yùn)行泵同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)備用泵，由備用泵單獨(dú)運(yùn)行。

b）正常運(yùn)行時(shí)，采用一用兩備的運(yùn)行方式。氣溫低時(shí)，一臺(tái)泵正常運(yùn)行兩臺(tái)泵備用。氣溫高時(shí)，一臺(tái)泵超負(fù)荷運(yùn)行，兩臺(tái)泵備用。當(dāng)運(yùn)行泵出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)備用泵一;當(dāng)運(yùn)行泵和備用泵同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)備用泵二。

布置：此空間內(nèi)廠房布局緊湊，上方和左側(cè)無(wú)空間布置備用泵，需依次在兩臺(tái)閉式冷卻水泵下方布置備用泵。

如新增備用泵按原泵的間距布置，則ATE 系統(tǒng)的水泵將影響閉式冷卻水泵入口濾網(wǎng)的布置。

因此，如增設(shè)備用泵，需要將原閉式冷卻水泵向上移動(dòng)位置，空出下方部分空間用于布置備用泵。

如新增備用泵SRI301PO 與原泵SRI201PO鄰近布置，且經(jīng)與原泵入口過(guò)濾器廠家溝通，在不影響過(guò)濾效果的前提下，對(duì)過(guò)濾器尺寸進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的過(guò)濾器長(zhǎng)度縮短為3.1m（原長(zhǎng)度為3.6m）。此布置方案，不需移動(dòng)原閉式冷卻水泵，僅需在原泵下方依次布置。

2.2 技術(shù)方案二：增加一臺(tái)額定流量為700m3/h的閉式冷卻水泵

運(yùn)行方式：正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行一臺(tái)原有大容量的閉式水泵;夏季運(yùn)行時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)原有大容量泵及一臺(tái)新增的小容量泵。其中一臺(tái)原有大容量泵作為備用。當(dāng)大容量泵故障時(shí)，備用泵啟動(dòng)。當(dāng)小容量泵故障時(shí)，大容量泵超流量短時(shí)間運(yùn)行，備用泵不動(dòng)作。

布置：此空間內(nèi)廠房布局緊湊，上方和左側(cè)無(wú)空間布置小容量泵，可依次在兩臺(tái)閉式循環(huán)水泵下方布置小容量泵，將電機(jī)朝向下方布置，可消除ATE系統(tǒng)的水泵對(duì)閉式冷卻水泵入口濾網(wǎng)的檢修的影響。另外，閉式冷卻水泵的檢修起吊方案需要調(diào)整，以滿足閉式冷卻水泵檢修起吊的要求。

2.3 技術(shù)方案三：對(duì)原有閉式冷卻水泵進(jìn)行增容改造，使泵的額定流量及揚(yáng)程參數(shù)不變，但在大流量時(shí)，增加泵的揚(yáng)程及穩(wěn)定性

經(jīng)與泵廠溝通，建議僅將葉輪進(jìn)行更換，原泵殼、泵軸等均不變。更換葉輪后，使泵的流量揚(yáng)程曲線更加平滑，減輕泵在大流量工況下的振動(dòng)等情況。

替換葉輪后，該泵在3100m3/h流量下工作時(shí)，揚(yáng)程為40m，效率為85%，此時(shí)軸功率為397kw，必需汽蝕余量為5.5m。當(dāng)泵運(yùn)行3800m3/h時(shí)，揚(yáng)程為34m，效率為79%，此時(shí)軸功率為445.4kw，必需汽蝕余量為7.2m。

由該泵配套電機(jī)功率為500kw，故改造后的泵可運(yùn)行在3800m3/h 時(shí)不超功率，電機(jī)不更換。

由于技術(shù)規(guī)格書(shū)中規(guī)定泵汽蝕余量為7.5m，故改造后的泵在3800m3/h 工況下運(yùn)行不會(huì)發(fā)生汽蝕。

布置：此方案基礎(chǔ)利舊，接口尺寸及定位不變。布置及檢修起吊設(shè)施不需要改動(dòng)。

運(yùn)行方式：與原泵運(yùn)行方式一致。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多次組織各專業(yè)深層次的分析討論及現(xiàn)場(chǎng)安裝位置的確認(rèn)，最終決定增設(shè)一臺(tái)和系統(tǒng)原泵相同的閉式冷卻水泵，新增泵安裝在SRI201PO與ATE水泵之間，入口濾網(wǎng)尺寸改為3.1m，此布置方案，不需移動(dòng)原閉式冷卻水泵，僅需在原泵下方依次布置即可，新增泵的泵體及電機(jī)可從與201PO間的檢修空間運(yùn)出檢修。SRI增加備用泵變更實(shí)施后SRI泵為1用2備，增加了系統(tǒng)冗余度，降低了一臺(tái)泵故障檢修，另一臺(tái)泵發(fā)生共模故障引起的停機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)。

目前該變更已立項(xiàng)，詳細(xì)設(shè)計(jì)方案已完成，設(shè)備采購(gòu)已完成，施工準(zhǔn)備進(jìn)行中，待機(jī)組大修期間即可實(shí)施。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]FJ1674XSRIZHS01方家山閉式冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化可行性分析報(bào)告.