方家山核电机组主给水泵暖泵管线改造及其实践

冷超

【摘 要】核电机组的备用主给水泵在紧急情况下的快速成功启动对于核电机组的安全稳定运行十分重要。方家山核电机组主给水泵由于原设计中无暖泵管线，在备用期间存在暖泵温度不足问题。在备用状态下泵体温度和管道中的水温缓慢下降，导致泵体底部温度低，引起泵体上下温差较大。备用泵主给水泵的进口、跨接管、出口管道的水温也会降低，应急启动时，当除氧器的温度较高水开始进入主给水泵泵组时，由于巨大的温差可能导致给水泵卡涩，泵轴抱死，有设备损坏的风险，当机组处于高功率情况下，备用主给水泵应急启动不成功会导致机组大幅度甩负荷。备用泵的进口管道、出口管道、以及前置泵和压力级泵的跨接管管道中囤积了较多的低温水，在高功率的情况下，如果备用泵应急启动会使囤积较多的低温水进入下游给水管线，可能导致高压加热器隔离和蒸汽发生器水位大幅波动从而导致停机停堆等运行瞬态。所以增加暖泵管线，让备用主给水泵具有良好的暖泵效果，改善备用主给水泵的上下部温差较大的情况，提高备用泵的进口和出口管道上囤积的水的温度，对于备用泵应急启动成功的可靠性，以及减少备用的主给水泵应急启动后可能导致的运行瞬态，保证核电机组安全稳定运行具有十分重要的意思。

【关键词】暖泵；暖泵管线改造；主给水泵；核电机组

1 方家山核电机组主给水泵的配置以及备用主给水泵存在的问题

1.1 方家山核电机组主给水泵的配置

方家山核电机组电动主给水泵系统由三台并联布置、容量为50%的电动泵组构成，为蒸汽发生器的二次侧提供所需的给水。正常时两台运行，一台备用，三台泵可以任意切换。当两台运行的电动给水泵组一台脱扣时，处于备用状态下的电动给水泵组快速启动。当运行中的给水泵故障跳闸时，备用泵自启动，在10秒内能达到给水泵的额定流量、扬程。

如果高于50%负荷，当两台运行的电动给水泵组一台脱扣时，处于备用状态下的电动给水泵如果无法启动或者启动失败，将导致机组出现大幅度甩负荷瞬态。所以正常功率运行时处于备用的这一台主给水泵的可靠性非常重要。

1.2 备用的主给水泵存在的问题

由于方家山核电机组主给水泵的原设计中没有暖泵管线，所以导致处于备用状态的主给水泵存在无法实现暖泵的问题，在备用状态下泵体温度和与泵体相连接管道中的水温度会缓慢下降，且会导致泵体底部温度低，引起泵体上下温差较大。主给水泵上下温差大，应急启动可能导致给水泵卡涩，有设备损坏的风险。如果在满功率时，一台主给水泵跳闸，应急备用泵启动失败，将导致机组出现大幅度甩负荷瞬态。

同时作为备用泵应急启动时，备用泵的进口和出口管道上囤积的较多的低温水进入下游给水管线，会导致高压加热器隔离和蒸汽发生器水位大幅波动等运行瞬态。

所以在备用情况下，对主给水泵进行预热，减小泵内动静部件与介质的温差，可以有效避免泵的损坏。同时在主给水泵紧急情况下启动时，避免主给水泵进出口管道内温度较低的水进入高加，引起高加水位波动，造成高加隔离的瞬态。避免温度较低的水进入蒸汽发生器后引起蒸汽发生器水位波动，蒸汽发生器水位低自动停堆的后果。

2 增加暖泵管线的两次改造

2.1 第一次增加暖泵管线的改造

原设计方案中，方家山核电机组主给水泵没有设计暖泵管线，但是根据现实需要，对方家山主给水泵增加了暖泵管线。

改造前，主给水泵系统流程图如图1所示。

经过了初始改造，即在主给水泵压力级泵的出口逆止阀上并联一个单级孔板（见图2中画波浪线的地方），在单级孔板上串联一个手动阀，通过这个手动阀来控制孔板的投入和退出来实现暖泵管线的投入和退出。

第一次改造的初始目的是想将主给水泵压力级泵出口逆止阀后母管上的水引到逆止阀前，反向经过压力级泵、前置泵、至除氧器。从而实现暖泵的目的。

初次改造后，经过实际的温度测量，跨接管的温度依然比较低。通过把跨接管道的保温拆开，如上图2所示，现场测量跨接管表面温度在55℃至66℃之间。与主给水泵的压力级泵的外表面温度大约160℃相比，温差有大约100℃。这么大的温差下，如果在紧急情况备用泵紧急启动，那么温差大约有100℃的水会进入主给水泵的压力级泵，还是可能会造成泵轴抱死。造成备用主给水泵启动失败或者出力不足。同时温度较低的水进入高加，引起高加水位波动，温度较低的水进入蒸汽发生器后，也引起蒸汽发生器水位波动，造成高加和蒸汽发生器系统发生瞬态，严重情况下会引起高加自动解列和蒸汽发生器水位低自动停堆的后果。所以第一次改造的暖泵管线有一定效果，但加热效果不理想。

2.2 第一次改造后存在的主要问题

第一次增加的暖泵管线，安装的孔板是自行加工的单级孔板，压差很大，容易造成孔板后冲刷严重，管壁减薄。

在主给水泵压力级泵的出口逆止阀上并联个单级孔板后，在正常备用的情况下，从主给水母管来的高温水经过并联个单级孔板这条暖泵管线后，本来设想的是让暖泵的水流流压力级泵、前置泵、再至除氧器，从实际的情况来看，大多本应用来进行暖泵的水是却经过备用主给水泵的再循环管线直接回到除氧器去了。图2中显示出的将保温拆开后，跨接管线外表面的实测温度即是印证。没有达到比较理想的暖泵目的。

所以在此情况下，需要对主给水泵暖泵管线进行再次改造以达到更好的效果。

2.3 对暖泵管线的第二次改造

根据第一次改造后存在的主要问题。第二次改造的方法是取消了第一次改造的暖泵管线，并且改为在主给水泵压力级泵出口逆止阀后开孔，引出三路暖泵水，分别注入前置泵和压力级泵的疏水管以及跨接管处（下图中波浪线所包括的区域为第二次改造增加的管线）。每路暖管上设置一个五级节流孔板及隔离阀。

经过第二次改造后，备用状态下的主给水泵的暖泵方式可以通过开启（根据实际暖泵情况也可节流控制暖泵水流量）连通管线上手动截止阀，将逆止阀后的给水目管中的高压水引至逆止阀前管道内，经孔板降压后的水源流经压力级泵、中压给水管道、前置泵返回除氧器水箱，使备用状态下的主给水泵达到连续暖泵效果。改造后效果图如图3所示。

暖泵所使用的水流量相比主给水泵的正常出口流量非常小，备用泵暖泵时使用的水量不会对连续运行中的主给水泵以及高加系统、蒸汽发生器给水系统造成影响。

在第二次改造后，通过把跨接管道和前置泵以及压力级泵的保温拆开，如图3所示，现场测量跨接管外表面温度在110℃至122℃之间（管道内部实际的水温要更高一些）。与主给水泵的压力级泵的外表面温度大约140℃相比，温差大大缩小。这样在备用情况下，对泵进行预热效果变好，减小了泵内动静部件与介质的温差，有效避免泵紧急启动时泵轴抱死以及启动失败；同时在主给水泵紧急情况下启动时，造成高加发生隔离和蒸汽发生器的水位剧烈波动的可能性大大变小，不容易导致其它的瞬态。

2.4 经过第二次改造后的实际应用及效果

改造后我们最关心的就是主给水备用泵在紧急启动时的情况。

2016年02月20日，方家山核电1号机组处于满功率运行，1号和2号主给水泵运行中，3号主给水泵备用。02月20日凌晨03点13分，主控室发“2号给水泵速度控制故障”、“2号给水泵开关柜故障”、“2号给水泵总故障”等报警，检查发现2号主给水泵跳闸，3号主给水泵紧急启动。随后的现场检查发现是由于2号主给水泵开关柜 A相差动保护动作导致的跳泵。

主控人员立即确认3号主给水泵启动后3台SG中主给水流量最高的达2250t/h，3台SG水位开始逐渐上升，确认3台SG主给水调节阀逐渐关小至约35%（正常开度约45%，2#泵跳闸后瞬时最高达70%开度），确认主给水调节阀响应正常，密切关注3台SG水位，在SG水位升至0.17m之后3台SG水位开始回落，之后趋于稳定，最终主阀开度分别稳定在初始的46%、51%、53%左右开度。在整个瞬态过程过程中，相对满功率基准水位，3台蒸汽发生器中水位变化时最高的上涨0.174m，最低的下降0.157m。蒸汽发生器水位的波动非常小，处于完全可控的范围之内。

随后主控检查高压加热器，低压加热器等系统运行均正常，并未出现任何扰动和不正常的情况。

同时主控令现场人员到现场检查应急启动的3号主泵给水泵的运行情况。现场汇报3号主给水泵运行正常，3号主给水泵前置泵、压力级泵和泵组相连接的管道并无泄漏。

在这次满功率条件一下，一台运行的主给水泵跳闸，备用的主给水泵紧急启动瞬态中，没有发生备用的主给水泵启动失败，也没有发生由于备用的主给水泵紧急启动造成高压加热系统隔离或者蒸汽发生器水位大幅波动导致的停机停堆瞬态。

3 结语

由此充分证明，经过了第二次暖泵管线的改造，方家山核电机组主给水泵的暖泵改造取得了非常好的实际效果，并且经过了实践证明，在最极端的瞬态条件下，暖泵的效果也能满足要求！

【参考文献】

[1]方家山核电机组电动主给水泵系统设计手册[S].

[2]方家山核电机组电动主给水泵系统流程图[Z].

[3]方家山核电机组主给水泵跳闸甩负荷试验调试报告[R].

[责任编辑：许丽]