方家山核電SRI系統增設備用泵變更技術分析

代榮喜 張曉光 王宗魁

【摘 要】SRI系統設計為2 臺100%容量的閉式冷卻水泵，額定流量為3100m3/h，揚程40mH2O，一用一備。在夏季最高氣溫期間，SRI 系統流量超過了額定流量3100m3/h，一般處在3600-3700m3/h 之間，最高達到了3800m3/h。此流量已經超出了閉式冷卻水泵的設計量，對泵的安全穩定運行有很大隱患。如果一臺泵故障檢修，另一臺泵發生共模故障，則機組有停機、停堆的風險。增設一臺備用泵后，SRI泵將為1用2備，增加了系統冗余度，降低了一臺泵故障檢修，另一臺泵發生共模故障引起的停機、停堆的風險。

【關鍵詞】閉式冷卻水泵;額定流量;安全穩定運行;停機;停堆;風險;冗余度

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號： 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 現場技術情況

SRI系統設計為2 臺100%容量的閉式冷卻水泵，額定流量為3100m3/h，揚程40mH2O，一用一備。SRI系統實際運行時由于泵的軸承、機械密封容易產生缺陷，造成無備用泵的情況，且在夏季最高氣溫期間，SRI 系統流量超過了額定流量3100m3/h，一般處在3600-3700m3/h 之間，最高達到了3800m3/h。此流量已經超出了閉式冷卻水泵的設計量，對泵的安全穩定運行有很大隱患。如果一臺泵故障檢修，另一臺泵發生共模故障，則機組有停機、停堆的風險。

1.1 現有SRI系統設計

常規島閉式冷卻水系統的功能是為汽輪機輔助設備冷卻器、發電機輔助冷卻器、給水泵輔助冷卻器等輔助設備的冷卻器提供冷卻水，帶走輔助設備排出的熱量，并通過本系統的管式熱交換器將這些熱量排至輔助冷卻水系統的海水中。在循環水溫度≤33℃時，系統設計能夠滿足閉式冷卻水溫度≤38℃。

該系統由1臺高位水箱（SRI001BA）、2臺各為100%容量的臥式離心泵（SRI101PO、SRI201PO）、2臺各為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。

常規島閉路冷卻水系統是一個閉式回路。在正常情況下，一臺泵運行，一臺泵備用，將除鹽冷卻水升壓后經逆止閥（SRI014VN、SRI015 VN）和隔離閥（SRI017VN、SRI018VN）匯集在泵出口母管，然后進入兩臺并聯的管式冷卻器（一臺運行，一臺備用），冷卻器進、出口管線上裝有手動隔離閥，手動隔離閥盡可能靠近冷卻器。該冷卻器由SEN系統的海水冷卻。被冷卻的除鹽水經流量孔板（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。

在某些用戶冷卻器的進口或出口設有溫度調節閥，根據被冷卻介質所要求的出口溫度來調節冷卻水的流量。另外，送往輔助給水系統除氧器及循環水泵等的除鹽冷卻水，經各自的冷卻器后也分別返回到冷卻水泵進口。系統簡圖如下：

1.2 現有閉式循環冷卻水泵配置及系統運行

每臺機組配置2臺100%的閉式水泵，正常運行時，一臺運行，一臺備用。

在機組緊急停運過程中，常規島閉式冷卻水系統將保持運行。同時，在SRI的主要用戶停運后，繼續保持一臺閉式冷卻水泵投入運行。

當一臺備用閉式冷卻水泵啟動來替代一臺正在運行的閉式冷卻水泵時，可能在短時間內有兩臺閉式冷卻水泵同時運行，由此而產生的過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。

當一臺備用的水-水熱交換器來替代一臺正在運行的水-水熱交換器時，可能在短時間內有兩臺水-水熱交換器同時運行，出口水溫有所降低。由于系統熱容量大，過程時間短，對本系統不會產生很大影響。

在SRI系統水低溫時，SRI系統水低溫對一般用戶沒有影響。而一些對被冷卻介質有溫度要求的用戶（例如發電機定子水冷卻器）可以通過安裝在冷卻器出口管上的溫度調節閥來控制冷卻器中的冷卻水量，以保持被冷卻介質的溫度不低于整定值;同時，大量冷卻水可以不通過水-水熱交換器，直接經過旁路運行，通過調節閥控制旁路流量，從而使SRI系統的水溫恢復到正常值。

夏季運行時，SRI系統水溫較高，可以通過用戶出口管的溫度調節閥來控制流量，進而控制水溫。

閉式冷卻水泵在運行期間，應加強設備的運行維護。當電動機運行時，檢查泵有誤過熱或不正常振動跡象，以及所有受力螺栓和聯軸器保護裝置是否禁錮等。通過日常的維護管理，減少泵的非正常故障，從而保證水泵能夠正常工作。

1.3 現有閉式循環冷卻水泵的布置

兩臺閉式冷卻水泵和水-水熱交換器布置汽機房-7.5m層，臨近11柱、A-B排之間。泵的左側為設備的檢修區域，上方為水-水熱交換器的檢修空間，下方B排布置一臺ATE系統的水泵。此空間內廠房布局緊湊，上方和左側無空間布置備用泵，依次在兩臺閉式循環水泵下方布置備用泵，ATE系統的水泵可能會影響閉式冷卻水泵入口濾網的檢修。

2 變更方案

2.1 技術方案一：增加一臺與原泵相同的閉式冷卻水泵

運行方式：

a）正常運行時，采用兩用一備的運行方式。氣溫低時，一臺泵正常運行兩臺泵備用。氣溫高時，兩臺泵并聯運行，一臺泵備用。當其中一臺運行泵出現故障時，啟動備用泵;當兩臺運行泵同時出現故障時，啟動備用泵，由備用泵單獨運行。

b）正常運行時，采用一用兩備的運行方式。氣溫低時，一臺泵正常運行兩臺泵備用。氣溫高時，一臺泵超負荷運行，兩臺泵備用。當運行泵出現故障時，啟動備用泵一;當運行泵和備用泵同時出現故障時，啟動備用泵二。

布置：此空間內廠房布局緊湊，上方和左側無空間布置備用泵，需依次在兩臺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 系統的水泵將影響閉式冷卻水泵入口濾網的布置。

因此，如增設備用泵，需要將原閉式冷卻水泵向上移動位置，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，且經與原泵入口過濾器廠家溝通，在不影響過濾效果的前提下，對過濾器尺寸進行改進。改進后的過濾器長度縮短為3.1m（原長度為3.6m）。此布置方案，不需移動原閉式冷卻水泵，僅需在原泵下方依次布置。

2.2 技術方案二：增加一臺額定流量為700m3/h的閉式冷卻水泵

運行方式：正常運行時，運行一臺原有大容量的閉式水泵;夏季運行時，同時啟動一臺原有大容量泵及一臺新增的小容量泵。其中一臺原有大容量泵作為備用。當大容量泵故障時，備用泵啟動。當小容量泵故障時，大容量泵超流量短時間運行，備用泵不動作。

布置：此空間內廠房布局緊湊，上方和左側無空間布置小容量泵，可依次在兩臺閉式循環水泵下方布置小容量泵，將電機朝向下方布置，可消除ATE系統的水泵對閉式冷卻水泵入口濾網的檢修的影響。另外，閉式冷卻水泵的檢修起吊方案需要調整，以滿足閉式冷卻水泵檢修起吊的要求。

2.3 技術方案三：對原有閉式冷卻水泵進行增容改造，使泵的額定流量及揚程參數不變，但在大流量時，增加泵的揚程及穩定性

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

替換葉輪后，該泵在3100m3/h流量下工作時，揚程為40m，效率為85%，此時軸功率為397kw，必需汽蝕余量為5.5m。當泵運行3800m3/h時，揚程為34m，效率為79%，此時軸功率為445.4kw，必需汽蝕余量為7.2m。

由該泵配套電機功率為500kw，故改造后的泵可運行在3800m3/h 時不超功率，電機不更換。

由于技術規格書中規定泵汽蝕余量為7.5m，故改造后的泵在3800m3/h 工況下運行不會發生汽蝕。

布置：此方案基礎利舊，接口尺寸及定位不變。布置及檢修起吊設施不需要改動。

運行方式：與原泵運行方式一致。

3 結論

經過多次組織各專業深層次的分析討論及現場安裝位置的確認，最終決定增設一臺和系統原泵相同的閉式冷卻水泵，新增泵安裝在SRI201PO與ATE水泵之間，入口濾網尺寸改為3.1m，此布置方案，不需移動原閉式冷卻水泵，僅需在原泵下方依次布置即可，新增泵的泵體及電機可從與201PO間的檢修空間運出檢修。SRI增加備用泵變更實施后SRI泵為1用2備，增加了系統冗余度，降低了一臺泵故障檢修，另一臺泵發生共模故障引起的停機、停堆的風險。

目前該變更已立項，詳細設計方案已完成，設備采購已完成，施工準備進行中，待機組大修期間即可實施。

【參考文獻】

[1]QF017SRI001B30845GN A CFC方家山閉式冷卻水系統手冊.

[2]FJ1674XSRIZHS01方家山閉式冷卻水系統優化可行性分析報告.