某AP1000核电厂循环水系统主要设备选型

张晋堂 李悦

摘 要：AP1000核电厂循环水系统不同于常规火电项目，且没有成熟的经验可供借鉴。该核电厂结合AP1000核电项目特点，通过对循环水系统主要设备的技术经济比较，打破传统设计理念，首次采用立式混流泵和鼓形旋转滤网设备的组合方式，选择了经济合理的设备选型及配置方案，为后续的滨海AP1000核电厂及大型火电厂循环水系统主要设备的选型提供技术参考。

关键词：循环水系统 设备 选型 核电厂

中图分类号：TL353 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（b）-0098-02

伴随着AP1000核电技术的引进、消化和吸收，AP1000核电厂在国家电力、能源规划中占据了重要地位。电厂的循环冷却水系统在整个电厂的建设与运行中起着非常重要的作用，而其主要设备的选型和配置，则是循环冷却水系统设计的核心工作，其方案的合理与否，对AP1000核电厂的循环冷却水系统运行起着关键作用。

1 工程概况

某核电厂 ，一期工程建设2台AP1000核电机组，循环冷却水采用直流供水系统，水源为海水。流程为：海生物拦截设施→取水明渠→泵房前池→粗格栅（带移动式清污机）→钢闸门→细格栅（带固定式清污机）→鼓形旋转滤网→循环水泵→电动蝶阀→循环水压力进水管→凝汽器及辅机→循环水压力回水管→虹吸井→排水暗沟→排水口→排水明渠→大海。

2 循环水泵的选择

2.1 循环水泵配置方式

结合相近机组容量的火电及核电厂的循泵配置实例，该工程考虑一机配两泵、一机配三泵及一机配四泵3种配置方式。针对一机配两泵又考虑立式混流泵和立式混凝土蜗壳泵两种泵型。

根据核电厂的冷端优化计算的结果，一机配四泵方案的年费用远远高于其他方案的年费用，因此首先排除此配置方案。

一机配两泵方案中，为增加系统运行的灵活性，考虑采用双速泵或动叶可调泵型。鉴于如此大流量双速泵的电机昂贵，价格远高于动叶可调循环水泵，而土建及运行费用两者基本相当，因此不推荐造价高的双速泵配置方案。

在初步筛选的基础上，该工程做了以下泵型及配置的方案比较。

2.1.1 两泵方案

动叶可调立式混流泵、立式混凝土蜗壳泵技术经济比较详见表1。

通过表1可以看出，从经济方面，两台动叶可调立式混流泵方案明显优于两台立式混凝土蜗壳泵方案，年总费用相差约358.53万元，因此不推荐两台立式混凝土蜗壳泵方案。

2.1.2 立式混流泵三泵方案与两泵方案比较

排除两台立式混凝土蜗壳泵方案后，进行了一机配两动叶可调立式混流泵及一机配三台固定叶片立式混流泵方案比较，详见表2。

由表2可以看出：从经济方面，两台动叶可调泵方案略优于3台固定叶片泵方案，两者年总费用相差约26.3万元。但从技术方面来说，固定叶片的循环水泵安装、检修方便，运行安全、可靠性高；动叶可调泵结构复杂，安装、检修难度大，运行可靠性低。一机配三泵方案，冬季流量调节方便灵活，停运一台泵即可，而且每台泵的流量变小，有利于AP1000核电厂循环水泵的国产化；一机配两泵方案，采用动叶可调后，其可靠性难以保证，而核电厂对设备的安全稳定性要求较高，且两泵经济性并没有较大优势，因此在两种方案年费用相差很小的情况下，推荐一机配三台固定叶片立式混流泵方案。

综上所述，该AP1000核电厂的循环水泵推荐型式为固定叶片式立式混流泵。配置方式为一机配三泵：夏季及春秋季运行3台水泵，水量基数为1；冬季运行两台泵，水量基数为0.75。

2.2 循环水泵主要参数的确定

经过技术经济比较，循环水泵采用一机三泵方案，型式为二层安装、转子可抽式、固定叶片立式混流泵，采用层上出水结构。

泵型确定后，结合电厂的系统布置，根据厂址各季节工况的平均低潮位、99%低潮位进行循环水系统水力计算，确定循环水泵主要参数：Q=（21.67～24.92）m3/s，H=（12.5～9.2）m，效率不低于87%。考虑海水的腐蚀性及核电厂较高的安全、可靠性要求，水泵接触海水部分采用双相不锈钢，防护等级为IP55。

3 主要配套设施的选择

经调研，在旋转滤网的选择上，国内外大型火电、核电机组主要采用鼓形旋转滤网和板框式旋转滤网两种形式，针对这两种设备，进行了技术比较。

3.1 鼓形滤网与板框式旋转滤网的配置

该核电厂一期循环水流量130 m3/s，厂用水流量4 m3/s， 总取水流量为134 m3/s，选用鼓形滤网与板框式旋转滤网说明：鼓形滤网：数量6台，直径φ19 m，有效宽度4 m，清洁状态水头损失34 mm，50%堵塞水头损失86 mm；板框式旋转滤网：数量12台，出水口宽度：2 m；有效宽度：4 m，清洁状态水头损失135 mm，50%堵塞水头损失213 mm。

3.2 旋转滤网驱动运行方式的比较

（1）鼓形滤网：每台鼓形滤网由一个旋转的筒形骨架组成，在骨架圆周方向上安装有过滤网片。水流由鼓形滤网两侧流入内侧，经网片过滤后沿径向流出，即：网内进水，网外出水。当鼓网工作时，由网片及捞污斗收集到的污物被提升到地面操作平台上，并被冲洗水冲到排水槽中，最终排到泵房外。

（2）板框式旋转滤网：旋转滤网由电机驱动行星摆线针轮减速机，并通过传动链条驱动主轴装配系统中的从动大链轮，带动挂在主轴工作链轮上的链条及网板上下往复循环运动，将水室中的悬浮污物捞起并提升至地面操作平台，经冲洗后将污物排放到排水沟中，进而排放到泵房外。

3.3 最大允许设计水位差比较

（1）鼓形滤网：鼓形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；有些鼓形滤网甚至可设计成在一侧承受最高水位所造成的压差，而在另一侧无水位；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形滤网相似，但实际设计应用时通常限制其最大运行水位差在1～2 m之间；其驱动电机功率随着运行水位差的增大而急剧增大，特别是对于尺寸又宽又长的板框式旋转滤网。

3.4 土建比较

（1）鼓形滤网：鼓形滤网的土建基础相对要复杂些，但这些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比较简单，仅需一直通的流道，并在出水口侧基础墙上开设一出水口即可；在设计中，滤网采用全框架结构，整机可连成一体，直接放在出水口侧基础墙前即可。

3.5 维护比较

（1）鼓形滤网：鼓形滤网所需维护极少，在20～30年运行期间内仅需偶尔更换小齿轮和密封橡胶。

（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、轴套等磨损部件的使用寿命一般在5年左右，相对于滤网30年的常规使用寿命要求，至少需要6套备件，费用与购买一台旋转滤网相当。

经过以上的技术比较可以总结，鼓形滤网的设备庞大、土建施工复杂，但其过水量大、运行可靠、稳定，维护工作量小，这些特点更适合于核电厂的应用，因此推荐使用该核电厂采用鼓形滤网方案。

4 结语

经过技术、经济分析和选型及配置比选，该AP1000核电厂循环水系统主要设备的选型和配置方案为：循环水泵采用一机三泵方案，型式为二层安装、转子可抽式、固定叶片立式混流泵；旋转滤网采用鼓形滤网方案。该方案经济合理，并首次采用立式混流泵与鼓形滤网的组合方式，可以保证核电厂安全、稳定地运行，同时，为后续的AP1000核电厂循环水系统的设计开拓了思路。

参考文献

[1]GB/T50265-97.泵站设计规范[S].

[2]GBJ106-2003.工业循环水冷却设计规范[S].

[3]DL/T5339-2006.火力发电厂水工设计规范[S].

[4]金迪.1000MW火电机组循环水系统选型探讨[J].华东电力，2004（10）：30-32.