核电站MSR疏水泵的设计计算

王萍， 陈昭芳

（1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046；2.中国船舶重工集团公司第七O三研究所，哈尔滨 150078）

核电站MSR疏水泵的设计计算

王萍1， 陈昭芳2

（1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046；2.中国船舶重工集团公司第七O三研究所，哈尔滨 150078）

介绍了核电汽轮机组MSR汽水分离再热系统，研究了疏水泵的扬程计算、系统布置的注意事项、气蚀现象等。

核电汽轮机；汽水分离再热系统；疏水泵

1 引言

汽水分离再热系统是核电汽轮机必不可少的重要组成部分，与常规火电机组中锅炉的作用相同，这也是核电机组与常规火电机组的主要区别。

汽水分离再热系统（MSR系统）的作用是去除和回收汽轮机高压缸排汽中的水份，除湿分离效果达到98%以上，再通过MSR两级再热器加热，将低压缸进汽加热成过热蒸汽，通过提高低压缸进汽的过热度，将低压缸排汽的湿度控制在10%，降低了湿蒸汽对低压缸叶片尤其是末3级叶片的冲蚀。

2 疏水泵设计实例

以某核电站为例，单台汽轮机组包含两台汽水分离再热器（MSR），分别位于汽轮机运行平台两侧。每台汽水分离再热器配备一台分离器疏水回收箱，一台低压再热器疏水回收箱和一台高压再热器疏水回收箱，如图1所示。

图1

疏水泵用于将MS分离器疏水回收箱中的凝结水，排放到低压给水加热系统，如除氧器。通常为避免泵无流量运转，防止电动机过热，会在泵的出口设置一套最小流量管路，即设置控制阀与泵出口的测流量仪表联锁。当泵的流量等于或小于最小量时，控制阀打开，以减少气蚀的可能性。

疏水泵的稳定运行对整个汽轮机发电机组都是至关重要的，它能使分离器疏水箱水位稳定在正常液位，避免分离器疏水箱中的疏水倒回流至汽轮机，从而防止汽轮机组跳闸停机。因此，为泵厂家提供准确的关于泵的工艺流程参数是疏水泵稳定运行的重要前提条件。泵的安装位置、工艺过程（如启动、停机、最大工况，接收疏水设备如除氧器是否定压运行、疏水介质的物化性质等）都是选泵的重要考虑因素。

3 厂家提供的主要工艺参数

（1）流量：根据具体的运行要求，各设备的运行特点，给出正常流量和额定流量，包括典型工况的流量（不同电站有不同的考虑），并需考虑最小流量的要求。

（2）扬程：根据泵进口侧介质的静压、疏水箱与泵的相对高度差、从疏水箱至泵的进口侧的管道及管件的压力损失，可得到泵的进口侧的吸入压力。

根据泵的出口侧设备的静压、泵与出口侧设备的相对高度差、管线的压力损失，可得到泵的出口压力。吸入压力与出口压力的差值即为泵所需能量的增值。在计算泵的进口侧设备的介质液位时，应取最低液位，也就是低低液位。

（3）温度：在核电站中，疏送介质为饱和水。

（4）系统的有效汽蚀余量：指泵的入口处单位质量疏水超出该疏水气化压力的富余能量，等于从基准面算起的泵入口的总吸入水头减去液体的气化压力。根据工艺特点及布置要求，向泵厂家提供初步的系统的有效汽蚀余量（NPSHa）数据，要求离心泵的NPSHa/NPSHr≥1.8，以减少泵产生气蚀的可能性。

计算式如图2所示：

图2

式中，H-总扬程，m；P2-加于出口水面的压力，Pa；P1-加于进口水面的压力，Pa；ρ-水的密度，kg/m3；h1/h2-相对于泵基准线的净扬程（出口水面和进口水面的高度）；h1/h2-进口/出口水头损失，m；ν2/ν1-出水/进水管端的出口流速，m/s。

以某核电站的疏水泵选型计算为例，该系统处于倒灌设置（见表1）。

由以上可知，泵的扬程是指把单位重量的疏水从吸入液面输送至排出液面所需的能量，由泵的几何高度（势能）、进出口设备介质的静压差（压能）及系统管路阻力损失3部分组成。

4 布置泵及相关系统管道时的注意事项

（1）所有泵的吸入管道，在靠近端部处均应安装临时滤网；（2）根据实际工况参数，向泵厂家提交泵的吸入、排出管道的载荷及力矩，由泵厂家去核算疏水泵能否承受管道的力及力矩；（3）泵的吸入管道应尽可能缩短，少拐弯，如必须拐弯时，也应采用长曲率半径的弯头，避免突然缩小管径，避免压损过大；（4）泵的吸入管道管径不应小于泵的吸入口，如在水平管段变径时，应设置偏心异径管，且管径取平，而不应设置同心异径管，以避免形成“气袋”。如在垂直管段变径，可设置同心异径管；（5）泵的吸入管段应尽可能避免形成集聚气体的“气袋”，当无法避免时，则应在“气袋”顶部安装DN15～20mm的放气阀；（6）单吸泵的吸入管道最好设置长约吸入口直径3倍的直管；双吸泵的吸入管路则应设置长约吸入口直径7～10倍的直管；（7）泵的吸入管道应有0.02的坡度，当泵比水源低时坡度朝向泵，当泵比水源高时则反之；（8）泵的排出管道，一般应安装止回阀；（9）高速旋转的叶轮与给水的摩擦对疏水有加热作用。机组在启动及低负荷时，疏水流量小，水被加热后易气化，继而会引起水泵的气蚀。在小流量下工作泵还会发生振动和噪声。为保证疏水泵在低负荷下正常工作，在疏水泵出口处都设置有最小流量管路。一般选择再循环流量为疏水流量的25%～30%。

表1

5 泵启动前的注意事项

（1）避免泵发生气蚀，保证疏水系统稳定运行，疏水箱保证正常液位；（2）除氧器保证在正常液位；（3）泵的最小流量控制阀处于开启状态；（4）注意泵本身的控制连锁保护（轴承温度、振动、电压等）等；（5）应关阀启泵，以防止电动机过热。

总之，MS疏水泵作为MSR系统的组成部件，优质的性能的是汽轮发电机组安全运行的重要保障。在计算选型时，应充分考虑各种工况下的工艺参数、实际系统的运行要求，以降低疏水泵发生气蚀概率，保证机组安全稳定的运行。

［1］郭立君，何川.泵与风机.北京：中国电力出版社，2004.

［2］张德姜，等.石油化工装置工艺管道安装设计手册［M］.北京：中国石化出版社，2009.

［3］动力工程师编辑委员会.动力工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，1999.

（编辑 立 明）

Design&Calculation for MSR Drain Pump in Nuclear Power Plant

WANG Ping1,CHEN Zhao-fang2
（1.Harbin Turbine Company Limited,Harbin 150046,China;2.No.703 Research Institute,CSIC,Harbin 150078,China）

This paper introduces MSR separator reheater system in nuclear power turbine plant，lift calculation of MS drain pump，system arrangement notes&cavitations.

nuclear power plant;moisture separator reheater system;MS drain pump

TK264.12

B

1002-2333（2013）09-0217-02

王萍（1980-），女，工程师，主要从事核电汽轮机的设计工作。

2013-06-02