浅析核电站循环水系统运行及优化

摘 要：本文介绍了核电站循环水系统功能、工作原理和工作流程，以及系统存在问题的分析和优化。

关键词： 循环水系统；运行；设计；分析；优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.133

1 系统功能

将过滤后的海水通过循环水管道向常规岛凝汽器及其辅助冷却水系统提供冷却水，并带走凝汽器和辅助冷却水系统的热量。

2 系统工作原理及运行

循环水系统采用海水直流供水系统，采用隧洞取水、一机一洞取水方案，每台机组设置独立的循环水泵房，每台机组设置两条排水沟。循环水系统通过两条独立的进水母管分别向三台凝汽器和辅助冷却水系统提供冷却水，各承担50%的循环水流量；辅助冷却水系统由两根循环水支管提供冷却水，各承担100%冷却水流量。

每台机组设置一座循环水泵房，设置三台循环水泵，夏季三台循环水泵同时运行，冬季运行两台循环水泵，另一台循环水泵处于热备用状态。

循环水泵采用立式、单级、底部进水的混凝土蜗壳式混流泵，水泵与电机安装在同一层同一个房间内。水泵的入口、出口布置在不同标高的平面上，海水从水泵的下部吸入，侧面排出，进水底部标高-16.0m，水泵出水管中心标高-10.54m，出口管内径为3000mm。

每台循环水泵出口设置有一台液控蝶阀，循环水泵出口联络管线上设置有4台电动蝶阀。每台机组的汽轮机厂房内设置有12台电动蝶阀，分别布置在凝汽器循环水进、出水管上。

循环水系统采用海水作为冷却水水源。海水经厂外引水明渠、进水构筑物、厂外引水隧洞送至厂区出水构筑物，海水自出水构筑物经过厂内引水隧洞被送至厂内循环水泵房进水间，经旋转滤网清除水中杂物后进入循环水泵吸水池，并通过循环水泵升压后由压力管送到凝汽器等设备。凝汽器等设备的温排水通过冷却水排水沟排至虹吸井，再经循环水联合排水暗沟至排水口海域。

3 系统设计过程中遇到的问题及优化方案

（1）循环水泵启、停方式的优化。a）存在问题：两条供水母管三台循环水泵运行，原设计启、停方式复杂。不便于仪控逻辑的设计，降低系统启、停的自动化程度。为了保证凝汽器最佳真空，循环水泵在不同季节工况，运行泵的数量不同。如，夏季工况时三台泵运行，冬季工况时两台泵运行。1#、2#、3#循环水泵启动先后顺序关系到每台泵不同的启动方式。如，集管上没有泵运行采用开阀启泵；为了防止循环水泵在啟动过程中出现倒转，集管上有泵运行时需要关阀启泵。因此，每台循环水泵都存在很多种启动组合。

停泵方式设计阶段考虑了四种情况：夏季工况三台泵运行，某台泵需要停运时，关闭出口液控蝶阀到20%开度，停泵后将出口阀全关。

冬季工况两台泵运行，分集管独立向两个母管供水，某台泵需要停运时，先停泵，再分两个阶段关闭出口液控蝶阀。外部失电工况（厂用电500kV切换200kV成功），考虑到夏季工况需要切除一台循环水泵，出口液控蝶阀根据泵停运后信号自动关闭。外部失电工况（厂用电500kV切换200kV失败），1#、2#、3#循环水泵全部切除。

b）分析：循环水泵启动方式只判断供水集管是否带压。集管不带压，直接采用开阀启泵；集管带压，则采用关阀启泵方式。分析计算表明关阀停泵方式，可以减少对循环水系统流量突减造成的影响，属于最安全、最保守方式，正常停泵方式优化为程序控制关阀停泵。优化过程中同时考虑，循环水泵保护停运类似于失电停运，泵跳停后联锁关闭出口液控蝶阀，防止循环水泵出现倒转，如果单根母管停止供水，还需要打开母管上的虹吸破坏阀。

另外，循环水系统两台泵运行时对联络阀的状态做了明确要求，目的是为了保证凝汽器两侧独立供水，防止出现单台循环水泵给两个母管供水，造成循环水泵过载。

c）优化方案如下：若集管无压，采用开阀启泵；若集管有压，采用关阀启泵；若1#循环水泵停运，则关闭3#和4#联络阀；若3#循环水泵停运，则关闭1#和2#联络阀；若2#循环水泵停运，则关闭1#、2#、3#和4#联络阀。

（2）冬季工况循环水泵“热备用”问题分析及优化

a）循环水泵处于“热备用”的意义：根据原设计，润滑油加热、气囊排气等因素，循环水泵采用冷启动需要2-3小时。核电厂通过二回路最终热阱循环水冷却一回路，导出一回路的热量，确保反应堆安全；冬季工况循环水泵故障跳停后，稳定入口海水液位后（一般10分钟），启动备用泵，减少凝汽器带功率半侧运行的时间，避免凝汽器真空恶化停机。

b）影响循环水泵“热备用”问题的分析：润滑油油温，低于10℃需要投齿轮箱电加热器工作，高于18℃允许启动高压油泵，根据电加热器3×1.5KW以及散热，需要9.5小时； 气囊排气时间，气囊密封的作用是在停机检修状态下，对气囊充气以防止海水灌入，在循环水泵启动前需对气囊排气。当气囊排气后管道压力低于0.01MPa 时才允许启动循环水泵。排气时间约2分钟；长时间停运的电机启动前先用2500V 兆欧表测定U、V、W 三相绕组的对地电阻和相间电阻符合条件后才允许启泵。

c）关于“热备用”问题采取的优化措施：齿轮箱电加热器改为4×2kW，冬季工况电加热器逻辑改为润滑油温<18℃自动投入运行、润滑油温>25℃自动切除。同时还考虑辅助油泵打循环加热润滑油，防止电加热器周围发生局部过热，引起油质劣化；气囊排气管线上设置电磁阀控制循环水泵气囊密封充气和排气，并且安全设计，通过手动阀与电磁阀盘冗余配置； 关于电机测绝缘，根据核电站通用做法，备用电机40天测一次绝缘，并得到电机厂家的认可； 增加冬季工况一台循环水泵停运后，启动备用循环水泵对循环水液位及系统影响的分析； 循环水泵厂家制定冬季工况处于备用状态时循环水泵的保养措施。

优化后的“热备用”循环水泵可以在10分钟启动并向凝汽器供冷却水，带走热量，维持凝汽器真空。

4 结论

循环水系统的稳定运行是核电厂安全、经济发电的基础之一，同时循环水系统作为最终热阱导出一回路的热量，确保反应堆安全。

作者简介：武文奇（1981-），男，江苏连云港人，本科，工程师，研究方向：电厂运行。