鼓型滤网在核电项目中的应用

黄海滨

(中广核工程有限公司 设备采购与成套中心，广东 深圳 518124)

0 引言

自从世界上第1台鼓型滤网在英国电厂投入运行以来，鼓型滤网在核电站和常规电厂已得到广泛使用，作为沿海压水堆核电站泵房设计的典型配置，机组使用的全部海水由海水过滤系统(CFI)提供，海水过滤系统主要设备包括粗格栅、闸门、加氯装置、格栅清污机、鼓型滤网等水处理设备，作为该系统组成部分的鼓型滤网能够有效清除水中漂浮的草木、鱼虾、垃圾等，对电厂长期、安全、可靠运行提供了重要保障。

鼓型滤网是随着我国核电事业的发展而从国外引进的先进水处理设备，第1台鼓型滤网在大亚湾核电站首次使用，采用法国技术;秦山核电二期首次实现了鼓型滤网国内制造供货，在红沿河核电项目中，鼓型滤网无论在结构设计和功能设计等方面都得到完善和发展。

在常规火电厂中广泛使用的旋转滤网由于其外过水量小、密封性能差、维修量大等缺陷，不能适应核电站过水容量大、滤水净化程度高的要求，鼓型滤网良好的结构特点和使用特性完全弥补了旋转滤网的不足而成为核电站不可替代的滤水设备。

1 鼓型滤网设备

世界上鼓型滤网的生产厂家主要有英国的EIMCO公司和法国的BEAUDREY公司，这2个厂家的设备在设计理念上存在根本区别:英国的鼓型滤网一般采用内进外出的进水方式，法国的鼓型滤网一般采用外进内出的进水方式。其中，英国EIMCO公司的设备设计更趋于合理，因而在我国核电厂中应用广泛。

1.1 鼓型滤网分类

(1)按进水方式分类:内侧进水外侧出水方式鼓型滤网(英国);外侧进水内侧出水方式鼓型滤网(法国)。

(2)按结构形式分类:双A形轮辐鼓型滤网;单A形轮辐鼓型滤网;单幅条鼓型滤网。其结构形式如图1所示。

(3)英、法2国2种鼓型滤网结构特点见表1。

1.2 核电站鼓型滤网设备分级

核电站鼓型滤网设备分级情况见表2。

2 鼓型滤网和旋转滤网的比较

2.1 旋转滤网设备介绍

旋转链网由驱动轮、链条、板框、垃圾提升板、侧密封、驱动机构、冲洗水等系统组成，链条带动板框式网板沿导轨旋转，将水中垃圾不断提出水面。这种滤网采用井坑式布置方式，一般适用于较深的过水流道。

图1 鼓型滤网结构形式

表2 核电站鼓型滤网设备分级

链式旋转滤网具有占地面积小、使用深度大的特点，可以适应大潮位变化，最深可达30 m。链式旋转滤网缺点如下:过水量小，单台设备滤水能力有限;上下游最大允许水位差较小，差压大时容易发生故障造成链网损坏;旋转部件多，故障率高，维修工作量大;备件消耗多，维修成本高。

2.2 鼓型滤网与板框式旋转滤网选型比较

鼓型滤网与板框式旋转滤网选型比较情况见表3(过水流量按32 m3/s考虑)。

表3 鼓型滤网与板框式旋转滤网选型比较

侧面进水板框式旋转滤网最大设计过水量一般不超过15 m3/s，过水流量为32 m3/s时，需要2台双侧进水板网且过水量达16 m3/s，已经超过15 m3/s，板网的有效宽度已达5 m。细长且窄的网框，其刚度很差，要承受2.0 m设计水位差，板框材料的截面要增大，从而增加设备质量，较为可行的办法是增加双侧进水板框滤网设备数量，这样势必会增加厂房横向布置宽度，加大土建的投资成本。

2.3 鼓型滤网与板框式旋转滤网过滤精度比较

鼓型滤网一般采用3 mm×3 mm的编织网或ø3 mm的不锈钢冲孔板，网孔尺寸较小，可更好地适应凝汽器正常运行的要求;链式滤网的网孔尺寸一般为5 mm×5 mm以上，难以适应核电站凝汽器安全运行的要求。

2.4 鼓型滤网与板框式旋转滤网冲洗水量及冲洗水泵功率比较

鼓型滤网与板框式旋转滤网冲洗水量及冲洗水泵功率比较见表4。

表1数据说明，1台鼓型滤网的冲洗水量远低于2台板框旋转滤网的冲洗水量;同时，有关标准规定，板框滤网过网流速取值一般为0.8 m/s，鼓型滤网过网流速取值一般为0.5 m/s，板框滤网较大的流速致使污物堵塞网孔较为坚实，也需要较大的反冲洗水压，从而加大了反冲洗水泵的功率。

2.5 过水量比较

(1)鼓型滤网:鼓型滤网的过水量通常可达到35 m3/s。

表4 鼓型滤网与板框式旋转滤网冲洗水量及冲洗水泵功率比较

(2)板框式旋转滤网:其最大过水量通常限制在15 m3/s，也可以制造出过水量达20 m3/s的旋转滤网，但其所需的结构尺寸要增大许多，并加重板框滤网转动零部件正常的损耗率，显著增大运行和维护费用。

2.6 最大允许设计水位差比较

(1)鼓型滤网:鼓型滤网受其独特结构的影响，可承受较高的设计水位差，通常可达到4～5 m;有些鼓型滤网甚至可设计成在一侧承受最高水位所造成的压差，而另一侧无水位;其驱动电机功率并不随着运行水位差的增大而迅速增大。

(2)板框式旋转滤网:其污物的清除方式与鼓型滤网相似，但实际设计应用时通常限制其最大运行水位差在1～2 m;其驱动电机功率随着运行水位差的增大而急剧增大，对于深度和宽度尺寸较大的板框式旋转滤网更是如此。

2.7 土建费用比较

(1)鼓型滤网:鼓型滤网的土建基础相对复杂些，但可通过所减少的维护和运行费用来补偿。

(2)板框式旋转滤网:旋转滤网的土建基础简单，仅需1个直通的流道并在出水口侧基础墙上开设出水口。

2.8 维护费用比较

(1)鼓型滤网:转动部件少，不易损坏，使用寿命长。鼓型滤网所需维护极少，在20～30年运行期内仅需偶尔更换小齿轮和密封橡胶等。

(2)板框式旋转滤网:旋转滤网由于链条上相对运动部件较多，在运行期间必须定期进行维护，滚轮、链板和轴套等磨损部件的使用寿命一般在5年左右，甚至更短。

3 滤网选型计算(以岭澳二期核电站为例)

3.1 滤网孔径确定原则

为防止RRI/SEC热交换器堵塞，可按以下原则确定滤网孔径:若采用管式热交换器，则滤网孔径≤1/6热交换器管直径;若采用板式热交换器，则滤网孔径≤热交换器板间距。

结论:滤网孔径为ø3 mm。

3.2 计算

3.2.1 滤网尺寸计算

式中:bw为滤网有效宽度，m;qV为设计流量，m3/s;LM1为滤网淹没弧长，m;CS为滤网结构效率，0.9;CM为网孔效率，0.5;v为过网流速，0.48 m/s。

输入数据:1台机组2台滤网，每台滤网对应1台CRF泵和2台SEC泵;SEC设计高水位，+6.35m PRD(高高水位);CRF设计高水位，+2.89 m PRD(百年一遇高水位);CRF设计低水位，－2.18m PRD(百年一遇低水位);SEC设计低水位，－3.50 m PRD(低低水位);总设计流量，33.41 m3/s;滤网操作平台标高，+7.20 m PRD;滤网形式，双侧网内进水，单向出水(PRD为岭澳核电站二期工程所采用的珠江高程系统)。

先假设滤网宽度bw为5.5 m。

3.2.2 滤网顶标高的确定

一般将滤网顶标高设置在比操作平台高出约2 m的位置，以便布置滤网驱动电机和冲洗水及排水管路。

根据以上原则，滤网顶标高为+9.20 m PRD，具体参数如图2所示。

图2 具体参数

根据以上条件和假设，可算出滤网淹没弧长

取滤网直径为ø 19 m，滤网有效宽度bw=5.94 m，滤网顶标高为 +9.20 m PRD，滤网中心标高为－0.30 m PRD，则百年一遇低水位下滤网淹没弧长为26.06 m。

3.2.3 校核根据式(1)可知，过网流速

要求过网流速v=0.48 m/s，完全满足要求。

根据式(1)可知，鼓型滤网在百年一遇低水位下的流量

qV=LM1CMCSbwv=5.94 ×26.06 ×0.9 ×0.5 ×0.48=33.44(m3/s)，满足要求。

鼓型滤网在低低水位下的流量qVSEC=LM1CMCSbwv=5.94 ×23.32 ×0.9 ×0.5 ×0.48=29.92(m3/s)，滤网在低低水位下的流量即SEC流量要求为1.25 m3/s，完全满足要求。

3.2.4 进水洞的布置

要求进水区流速 v1≤ 0.40 m/s，因为 v1=qV/S(S为进水洞的面积)，所以S=qV/v1≥33.41/0.40=83.52(m2)。

由于采用双侧进水，所以每侧的进水洞面积必须≥S/2=41.76(m2)。

计算结果:岭澳二期鼓型滤网的直径为19 m，有效宽度为5.94 m，滤网孔径为3 mm×3 mm，滤网中心标高为－0.30 m PRD，进水洞现在形状及尺寸如图3所示，与滤网轴垂直对称布置。

图3 进水洞现在形状及尺寸

4 鼓型滤网在国内核电站的使用

基于鼓型滤网安全可靠、过水量大、密封性好、维修量小、使用寿命长等诸多旋转滤网无法比拟的特性，鼓型滤网在世界上许多国家如英国、法国、荷兰等得到了广泛应用。目前，鼓型滤网正成为国内核电站进水流道的首选设备。

(1)大亚湾鼓型滤网是Beaudrey公司生产的，鼓型滤网为双A形辐条结构形式，海水从网外流进网内，宜采用横向布置方式。鼓型滤网大轴为固定的中空轴，大轴固定不动，鼓型滤网轮毂沿大轴转动。冲洗水管布置在鼓型滤网内部，冲洗水管从轴中央穿出，冲洗水从下往上喷射，冲洗水槽布置在网外，驱动方式采用内齿轮、齿条传动。

优点:刚度好，可设计成较宽的鼓型滤网，从而减小其直径和网坑深度。

缺点:大轴固定不动，容易发生变形弯曲;冲洗水压力较高;鼓型滤网结构较为笨重，耗材多，价格昂贵。

(2)岭澳一期、岭澳二期鼓型滤网是英国Brackett公司生产的，鼓型滤网为单A形辐条结构形式，海水从网内流向网外，宜采用纵向布置方式。鼓型滤网大轴为转动的实心轴，鼓型滤网与大轴同时转动。冲洗水管布置在鼓型滤网外部，冲洗水从上往下喷射，冲洗水槽则布置在网内，采用小齿轮、齿条传动。

优点:大轴连同鼓型滤网一起转动，不易发生变形弯曲;轴受力最合理，结构简单，质量较小。

缺点:宽度较为受限，因而直径较大，网坑深度较深。

(3)秦山二期鼓型滤网由沈阳电力机械总厂设计制造，鼓型滤网为单辐条结构形式，为加强刚度，两边设计有圆钢加强肋结构。鼓型滤网大轴为阶梯轴，中间较粗。

优点:结构简单，质量较小。

缺点:刚度较差;大轴受力不合理;宽度受限，因而直径较大，网坑深度较深。

5 结束语

随着中国核电事业的发展，百万千瓦级核电机组技术的成熟和广泛应用，适合于大流量、系统简单、安全可靠的鼓型滤网正逐渐成为核电站必不可少的重要大型机械设备。为了降低核电的建设成本，满足核电厂安全、可靠的运行要求，需要与国内相关生产厂家联合推动鼓型滤网设备技术的成熟和完善，使其在工程应用中发挥更大的作用。

［1］周金全.滨海核电站海洋水文水工试验与设计［M］.北京:原子能出版社，1995.

［2］上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册(第3册)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2004.