蒸汽发生器水力清洗设备回收过滤系统的优化设计

， 　， 　(苏州热工研究院有限公司 在役检查与性能试验中心， 苏 苏州　215004)

引言

蒸汽发生器二次侧水力清洗设备利用高压水来清洗蒸汽发生器运行过程中在二次侧管板上表面沉积的泥渣，并要求实现清洗用水的循环使用[1]。因此，对二次侧清洗后产生的泥水混合物(以下简称“泥渣水”)的回收和过滤是整套蒸汽发生器二次侧水力清洗设备必不可少的部分(称作“回收过滤系统”)，是实现蒸汽发生器二次侧清洗用水再循环使用的关键核心部件，它具备回收、过滤和转移三个功能。国内外针对该系统的研究表明，一般采用气动隔膜泵实现回收功能，采用离心泵实现转移功能，采用多级过滤器实现过滤功能，多采用分散式布局，在布局方式和设备选型上有所不同。以国内原回收过滤系统为例，将泥渣水的回收、转移和过滤作为三个独立单元来设计。其回收功能由气动隔膜泵实现；转移功能由离心泵实现(以下称作“转移泵”)，转移前泥渣水先在水箱中进行沉淀；过滤功能由两个多滤芯式过滤器串联实现分级过滤。使用时，三个独立单元之间通过复合软管连接，完成泥渣水的回收、转移和过滤[2]，其结构和管路连接方式如图1所示。

图1　原回收过滤系统结构和管路连接示意图

1　问题分析

现场在核岛使用水力清洗设备时，先将回收单元、转移单元和过滤单元用复合软管将连接成水回路。多年的使用经验反馈表明，该形式连接的回收过滤系统在使用过程中存在以下不足。

1) 移动和排水不便

回收单元、转移单元和过滤单元设计为3个独立单元，进出核岛不便；占地面积大；3个单元收集的滴漏水需单独排净，如若水存在微放射性，操作起来将非常不便且存在沾污风险[3]。

2) 泥渣水回收效果未达到最佳

一般工作情况下，水力清洗设备放在核电厂核岛0 m大厅。实践证明，回收、转移和过滤三个单元组合在一起时，越近回收效果越明显。

3) 滤芯更换困难

过滤器采用大直径、多芯式过滤器，同时过滤器顶盖较重，设计有专用的手动滑轮来提升顶盖，因此，现场更换滤芯时占用较长的时间。

4) 过滤方案单一

两个过滤器采用串联结构设计，泥渣水只能先经一级过滤器过滤，再经二级过滤器过滤，具有唯一性，即不论泥渣水中的泥渣颗粒大小和分布状态，只能按照上述方式进行过滤，降低了过滤效率[4，5]。

5) 故障风险大

系统中容易出现故障的部件主要是气动隔膜泵和转移泵，其中气动隔膜泵维修简易且含有备件，而转移泵维修麻烦，由于已连接入管路，不具备备件，但其发生故障会导致整套水力清洗设备无法进行清洗工作，需尽力抢修转移泵，直至故障解除。由于蒸汽发生器水力清洗处于检修的关键路径，转移泵若发生故障会占用一定的时间成本，甚至给核电厂带来一定的间接经济损失。

2　优化设计

2.1　设计目标

为克服原回收过滤系统使用过程中的弊端，通过关键零部件选型优化、结构布局优化、结构集成优化、管路重新设计，使其更紧凑、空间利用更合理。具体实现如下目标：

(1) 实现并强化原有功能；

(2) 集成后的单元尺寸长度L≤2500 mm，宽度W≤1800 mm，高度H≤1800 mm；

(3) 滤芯更换方便且过滤方案多元化；

(4) 解决转移泵的备用问题；

(5) 采用压缩空气排空过滤器和管路残余水；

(6) 引入气动电控阀方便实现系统的自动化操作。

2.2　设计方案

经研究和设计后，采用的设计方案将回收单元、转移单元和过滤单元三者集成于一个移动单元。气动隔膜泵安装在可移动推车，通过简易操作的锁定装置将可移动推车固定于移动单元；设计一个电控箱，用于处理信号和控制管路中电气元件的状态；在满足流量和过滤精度的前提下，改变过滤器的数量和减小过滤器的体积，改变过滤器的布局和优化过滤方案；设计有折叠脚梯板，方便过滤器滤芯的拆卸和更换工作；转移泵出口处增设备用分支管路，实现转移泵故障时，气动隔膜泵代替转移泵继续工作的功能。另外，设计有工作结束后能把压缩空气排空管路残余水利用起来的功能。优化设计方案具体如下所述。

(1) 集成化程度高回收单元、转移单元和过滤单元三者集成于一个移动单元，结构更紧凑、集成度更高，既方便快速进出核岛，又方便工作结束时快速排出移动单元残留的滴漏水。

(2) 过滤器选型更换选用体积更小、重量更轻的过滤器，去除专门的提升装置，设计了折叠的脚梯，方便换取滤芯。过滤系统分为1个预过滤器和2个过滤器，预过滤器安装12根分布式滤芯，过滤器采用大流量布袋式滤芯，每个过滤器只需安装1根滤芯，方便更换；在每个过滤器的进口或出口处安装一个压力传感器，用于监控滤芯的堵塞状态，同时，未安装传感器的进口或出口处安装备用传感器接管，方便维修和更换。

(3) 过滤方案多元化预过滤器和过滤器间串联布置，两个过滤器间并联分布。连接管路经重新设计，并在管路中引入气动电控阀和单向阀，能够根据泥渣的状态选择不同的过滤方案。其中，气动电控阀的开关状态由电控箱输出信号控制。管路连接图如图2所示。

图2　优化后的过滤系统管路连接图

在预过滤器的进口管路上增设一并列分支管路，该分支管路和预过滤器进口管路安装气动电控阀1和2，预过滤器出口管路安装气动电控阀3和单向阀，出口管路和分支管路汇合后连接到两个并联过滤器进口管路。当泥渣数量多、颗粒大时，打开预过滤器进出口管路上的气动电控阀2和3，关闭分支管路上的气动电控阀1，则泥渣水先流经预过滤器，再流经过滤器进行过滤；当泥渣数量少颗粒小时，关闭预过滤器进出口管路上的气动电控阀2和3，打开分支管路上的气动电控阀1，则泥渣水在单向阀的作用下，只流经过滤器进行过滤。通过过滤器进口管路上安装的气动电控阀4和5的开关状态选择使用一个或两个过滤器进行过滤，从而过滤方案多元化，过滤效率更高。

(4) 故障的转移泵用气动隔膜泵代替为充分利用备用气动隔膜泵的使用潜能和提高回收过滤系统工作的稳定性，通过增设一个分支管路和利用水箱的排水口， 实现气动隔膜泵代替转移泵工作的功能。管路连接示意图如图3所示， 在转移泵出口处增设一分支管路备用。正常工作时， 水箱中的泥渣水沿管路2经转移泵作用流向预过滤器；当转移泵发生故障时，停止转移泵，利用水力清洗设备的备用气动隔膜泵，将水箱的排水口作为气动隔膜泵的进水口，气动隔膜泵的出水口通过复合软管连接至转移泵出口的备用分支管路，气动隔膜泵将代替转移泵进行工作，在不需维修转移泵的情况下泥渣水沿管路1即可重新恢复清洗工作，节省时间成本。

图3　转移泵与备用气动隔膜泵管路切换图

(5) 压缩空气排空管路中的残留水在预过滤器的顶部、过滤器进口处安装压缩空气接头，通过打开气动电控阀3、4、5，关闭气动电控阀2，利用压缩空气将残留水从预过滤器排向过滤器；再关闭气动电控阀4、5、6、7，利用压缩空气将残留水从过滤器排回水箱，最终由水箱出口排出。既方便操作，又排空效果好。如图4所示，图中曲线代表压缩空气通道，粗线代表预过滤器至过滤器残留水排空通道，虚线代表过滤器至水箱残留水排空通道。

2.3　成果展示

优化后的回收过滤系统结构如图5所示，它实现了上述设计目标和功能，且整个系统长度L=2000 mm，宽度W=1200 mm，高度H=1480 mm。

图4　残余水排空管路图

1.气动隔膜泵　2.气动电控阀　3.水箱　4.预过滤器　5.过滤器 6.折叠脚梯　7.单向阀　8.转移泵　9.单元框架

3　结论

针对原水力清洗设备回收过滤系统在使用过程中存在的问题，在保持和增强原有功能的前提下，通过结构集成与优化、管路结构设计、过滤器重新选型、以及气动电控阀和单向阀的引入，对原系统进行优化设计。优化后的回收过滤系统管路设计更复杂，空间更紧凑，对制造工艺、管路安装技术的要求更高。

随着对水力清洗设备操作简便化、智能化的要求越来越高， 触屏技术开始引入到水力清洗设备。气动电控阀代替手动球阀，便于实现整个设备的触屏操作，符合水力清洗设备的发展趋势。

因此，结构优化后的回收过滤系统不仅克服了优化前的不足、增加了新的功能，使其更高效、更安全，而且符合水力清洗设备的发展趋势，应用前景非常乐观。优化后的水力清洗设备回收过滤系统已经应用于若干个核电厂蒸汽发生器泥渣清洗工作，并取得了良好的应用反馈。

参考文献：

[1]Berge Ph，Figuet J M.The Need for Clean Steam Generators[J]. Nucl.Energy，1993，32(2):115-116.

[2]戴兵，廖昌斌，桂春，等.高压水射流清洗技术在核蒸汽发生器清洗中的应用[J].清洗世界，2005，21(11)：15-18.

[3]廖昌斌，戴兵.蒸汽发生器二次侧泥渣清洗技术的研究[J] .硅谷，2013，(14)：58-60.

[4]丁训慎.核电站蒸汽发生器的清洗技术[J] .清洗世界，2004，20(4) ：32-36.

[5]丁训慎.核电站蒸汽发生器的泥渣枪水力清洗[J] .清洗世界，2005，21(5) ：21-25.

[6]胡臻,聂松林,刘卫,等.基于大中取小遗憾判据的液压系统过滤器优化配置的研究[J].液压与气动,2011,(2):100-104.