某核电站低加疏水泵选型及必须汽蚀余量的确定

许中鹏

【摘 要】在核电站初步设计阶段，参考运行工况的流量-扬程值及低加疏水泵特性曲线，及早进行机组低加疏水泵设计流量及扬程核算和确定。同时通过低加疏水泵在不同运行工况下的有效汽蚀余量的校核计算，确保低加疏水泵在不发生汽蚀。综合上述因素最终确定低加疏水泵的选用的厂家型号和技术参数。

【关键词】低加疏水泵设计 选型 汽蚀余量分析 核算

某核电站#3、#4低压加热器为A、B双列带旁路设计，#3低加疏水箱接受对应列#3低加蒸汽凝结疏水，#4低加疏水通过疏水调节管道流入对应列#3低加疏水箱。疏水箱中疏水为饱和水，安装在7.5米中间层，在每台#3低加疏水箱下方的零米层设置一台低加疏水泵，将疏水注入对应列#3低加凝结水出口管道。如图1所示。

1 低加疏水泵设计流量-扬程的确定

2008年底初步设计阶段，设计研究院提供的某核电站一期低加疏水泵设计规范书。提供的低加疏水泵经济运行点流量是225t/h，特殊运行工况有3种：VWO调节气门全开运行工况，高加全体解列工况，以及#3、#4低加单列切除工况。

设计院提供的初版规范书中的设计流量和扬程值偏大，与设计院联系澄清，确认为低加疏水在运行温度112.6℃对应的疏水密度选取错误，将其更正为948.6Kg/m3后，重新提供低加疏水泵设计工况点如表1。要求投标厂家按3种特殊运行工况的流量-扬程值提供低加疏水泵特性曲线。

表1说明：

额定工况对应疏水泵运行的最高效率区，

VWO工况：汽轮机主调节阀全开运行工况；

高加全切工况：#6、#7抽气管道无抽气量、逆止阀关；

#3、#4低加单列切除工况：一列#3、#4低加及对应疏水泵退出运行，75%的凝结水走运行列，25%的凝结水走旁路，运行列抽气量和疏水量相对额定工况增加100m3/h。如图2所示。

投标厂家认为：如按照#3、4低加单列切除工况（第3工况）对应的流量扬程来选取疏水泵，会比VWO工况对应的疏水泵扬程高10%。这样疏水泵在額定工况要长期节流运行，浪费厂用电。投标厂家向设计院发出建议，是否能只按VWO工况和高加全部解列工况来确定疏水泵流量和扬程，在单列低加切除时，多出来的约100m3/h疏水通过应急疏水管道排往凝汽器。设计院设计人员考虑后同意投标厂家意见，根据工况1、工况2来确定低加疏水泵特性曲线，工况3的流量-扬程值仍在标书及合同中保留，用作疏水泵校核工况使用。

2 低加疏水泵必需汽蚀余量的确定

在各投标厂家提供低加疏水泵设计参数及必需汽蚀余量后，我方提出意见认为：低加疏水泵运行情况恶劣，易发生汽蚀。需确认按照设计规范书中“低加疏水泵必需汽蚀余量（NPSHr 0%）应小于4米（水柱）”来选择疏水泵，要求值是否足够，是否能确保某核电站的低加疏水泵在各种运行工况下都不发生汽蚀。

我方向设计院咨询“低加疏水泵必需汽蚀余量（NPSHr 0%）应小于4米（水柱）”的要求是怎样得出的。设计院反馈是根据疏水系统设计状况计算得出，根据疏水泵入口管道倒灌高度，计算稳定运行和快速降负荷期间疏水泵入口的有效汽蚀余量NPSHa值，得出疏水泵必需汽蚀余量NPSHr应小于4米（水柱）。

设计院说明了疏水泵汽蚀余量的考虑因素，但不肯提供具体计算过程。为了确保低加疏水泵设计要求准确可靠，我方整理低加疏水泵设计数据自行核算。

3 低加疏水泵有效汽蚀余量的校核计算

低加疏水箱底座安装高度为7.5米中间层，低加疏水泵安装高度为0米层。

低加疏水箱低水位相对底座0.9米。假设疏水泵入口管中心高度为0.5米，则倒灌高度-Hg的最小值为7.9米。

疏水泵选型根据MHI提供的热平衡图取值，在额定运行工况，低加疏水箱压力pe=0.156MPa（a），温度te=112.6℃，因疏水连续流动，不考虑入口管道散热，疏水泵入口水温tv=te=112.6℃，入口汽化压力pvs≈0.156MPa（a）。如图3所示。

每台疏水泵流量Qm=444829/2=222415Kg/h，疏水密度948Kg/m3，按1.05倍取流量裕量，求得低加疏水泵体积流量Qv=222415×1.05/948/3600=0.0684m3/s。

疏水泵入口管管径为Φ356×9mm，其内径d=0.338m，截面积0.09m2，求得疏水泵入口管内流速v=0.0684/0.09=0.76m/s，v2/2g=0.0295m水柱。求得疏水泵入口管阻力损失之和∑hs≈0.43 m水柱。

计算额定工况疏水泵入口有效汽蚀余量NPSHa=（pe-pvs）/（ρ×g）-Hg-∑hs=0-Hg-∑hs=7.9-0.43=7.47m水柱。

4 低加疏水泵汽蚀余量分析

在机组冷态运行及稳定运行工况下，疏水箱运行压力pe≈pvs，求得各运行工况下的汽蚀余量，见表3。

可以确认：疏水箱内压力没有快速下降时，疏水泵不会发生汽蚀。

在机组瞬态运行工况下：

（1）疏水箱水位降低到低2值时，相对正常水位减少0.23米，计算有效汽蚀余量NPSHa为7.35 米水柱，此时疏水泵保护动作跳泵，不发生汽蚀。

（2）机组甩负荷时，疏水泵保护动作跳泵，疏水箱应急疏水阀打开。疏水泵流量迅速降至零，不发生汽蚀。

（3）机组快速降负荷有两种情况，一种是100%负荷-->50%负荷，另一种是100%负荷下，跳单台给水泵，机组RunBack到70%负荷。以第二种情况为例分析如下：

100%负荷下跳单台给水泵，触发RunBack，汽轮机主蒸汽调节阀关，控制机组负荷按每分钟100%负荷下降，大约18秒后降至70%负荷。汽轮机供汽量减少，各级抽汽压力随之下降，#3低加及疏水箱内部压力pe降至0.113MPa（a），平均每秒降低2.61KPa。压力下降导致疏水箱内部存水快速蒸发，低加疏水箱内部饱和水温te平均每秒下降0.52℃。计算疏水泵入口管道长度及管道流速，疏水箱底部的疏水大约需要15秒才能流到疏水泵入口，在此之前，疏水泵入口疏水温度tv仍保持112.6℃，对应汽化压力pvs不变，仍为0.156MPa（a）。

则在Runback大约15秒后，疏水箱压力pe降至0.12MPa，与疏水泵入口汽化压力pvs差值最大。此时有效汽蚀余量NPSHa=（pe-pvs）/（ρ×g）-Hg-∑hs=（0.12-0.156）×106/948/9.8+7.9-0.43=3.6米水柱，对于必需汽蚀余量NPSHr 0%=4米水柱的疏水泵，疏水泵内疏水有可能短时间汽化，推算汽蚀时间约为8秒。

5 某核电站低加疏水泵选型结果

对于疏水泵在机组快速降负荷期间可能出现的短时汽蚀，设计院在疏水泵技术规范书中规定：“泵可承受TG负荷10%阶跃减少达2000次。在这种瞬态工况下，NPSHa将降到最小值。且该工况持续约30秒。在该工况下泵不应因汽蚀、震动损坏”。

综合考虑某核电站疏水泵系统设计条件及各厂家提供的必需汽蚀余量NPSHr要求值，讨论认为：为了防止某核电站低加疏水泵在速降负荷期间发生汽蚀，有必要增加疏水箱水位与疏水泵首级叶轮之间的高度差。由于立式低加疏水泵入口叶轮中心线高度在零米层以下，相对卧式低加疏水泵倒灌高度有所增加，对运行更为有利。

最终选择的是上海某水泵厂的NLT200-320x7立式低加疏水泵，在额定流量下的必须汽蚀余量值为3.4米。疏水泵的首级叶轮中心高度比零米地面低3.5米，疏水入口管倒灌高度Hg增至11.4米。能够确保电站的低加疏水泵在包括快速降负荷的各种运行工况下都不发生汽蚀。