主给水泵滤网压差高问题分析及设计改进

刘 星

（福建福清核电有限公司，福建 福清 350300）

主给水泵滤网压差高问题分析及设计改进

刘 星

（福建福清核电有限公司，福建 福清 350300）

本文通过对福清核电1号机组商运期间主给水压力级泵入口滤网压差高 （均值高于报警值）问题进行分析，发现滤网的通流面积不足和截面出水能力低于行业标准是主要原因。通过对滤网的形状和结构进行改进，相同流量下滤网压差值最大下降57%，改进效果明显，满足设计要求。该滤网的设计改进经验，对后续机组处理类似问题具有借鉴意义。

压差高；通流面积；截面出水能力

1 主给水泵功能简介

福清核电主给水泵组由英国SPX公司制造，泵组分别由前置泵、电机、液力耦合器、压力级泵串联而成 （见图1）。主给水系统设计了两个滤网，一个滤网在前置泵入口，过滤精度为3mm；另一个滤网在压力级泵入口，过滤精度为80目。整个主给水系统通过两个滤网来过滤介质中的杂质，保证泵组可靠运行。

2 主给水泵滤网故障介绍

福清核电1号机组主给水泵组自机组商运后，出现压力级泵入口滤网压差值上升较快，并且持续超过高高报警值 （0．1MPa）的问题，后续维修人员在更换和清洗滤网的过程中，发现滤网在管道出口位置堵塞较为严重，并存在滤网严重变形，甚至破损的现象 （见图2）。

如果滤网出现破损，将失去过滤作用，介质中的杂质和滤网碎片将进入压力级泵内，使叶轮产生涡流磨损，使泵的汽蚀能力变差，泵的振动温度升高，最终导致泵不可用。因此查找滤网压差高和容易变形的根本原因，并采取有效应对措施，是保证泵组稳定运行的关键。

图1 主给水泵组系统简图Fig．1 Sketch of main feedwater pump system

图2 滤网变形及破损Fig．2 The filter distortion and broken

3 滤网压差高问题原因分析

3．1 滤网通流面积的计算

滤网的通流面积是衡量滤网性能好坏的重要指标，通流性能主要表现在滤网有效过滤面积与进水面积之间的比值，比值越大表示通流面积越大 （参考文献 ［1］），滤网通流性能越好；反之越小。参照原滤网的相关尺寸 （参考文献 ［4］）通流面积计算如下 （见图3）。

图3 原滤网管道以及滤网尺寸Fig．3 Sizes of original strainer and its tube

注：滤网入口管道内径尺寸为482mm

注：网片水阻系数的算法为 （见图4），相邻4个孔的中心连成菱形，孔的面积 （过水）与菱形 （不过水）的面积的比值，就是网片水阻。

图4 原滤网的网片尺寸Fig．4 Size of single mesh of original filters

注：在一个边长为25．4mm的正方形面积内，所有正方形孔的面积与滤布总面积的比值，就是滤布的水阻系数。

将公式 （4）、（5）、（6）代入公式 （3）得到：

注：由于网片有两层，所以水阻要乘两次。将公式 （2）、（7）代入公式 （1）得到：

根据行业标准SH／T 3411—1999（参考文献 ［3］），永久性滤网的有效过滤面积与相连的管道通流面积之比不宜小于1．5，经过计算原滤网有效过滤面积与进水面积之比为0．85，低于行业标准要求。

3．2 滤网截面出水能力的计算

滤网截面出水能力是衡量滤网性能的又一重要指标，计算方式为截面面积与进水面积比值，该比值无明确的标准、规范要求，但行业通用规定为滤网截面面积应大于等于滤网的进水面积，这样可保证滤网出水通畅，不会发生反流或扰流现象。

从滤网的进水截面的侧视图可知，滤网的外径与管道内径形成一个圆环，圆环的面积计算如下：

由前面计算可知滤网进口面积是182 374mm2，原滤网截面面积小于滤网进口面积，低于行业通用规定。

从实际观察到的滤网堵塞情况也可以佐证这个结论，表现为滤网在过滤器出口对应的位置堵塞比较严重，而其他位置比较干净，说明滤网在出口侧水流比较通畅，且水流是单方向的，杂质容易留在滤网截面，而滤网其他位置水流扰流较大，水流方向复杂，杂质反而不容易留在滤网上。

3．3 滤网结构设计缺陷和强度不足

福清核电1号机组主给水泵原滤网在结构上存在前部弹性支撑刚度不足和后部止口长度偏短的缺陷。当滤网在水冲击力的作用下，前部弹性支撑变形量超过后部止口长度，滤网从止口处脱落，与管道内的支撑产生摩擦，导致滤网的外壁容易变形甚至破损 （见图5）。

图5 管道支撑和滤网对应位置产生的变形Fig．5 Deformation of pipe supporting and filters

同时，滤网在强度设计上也存在不足，网片壁厚1．5mm （参考文献 ［4］），整个滤网是两个网片拼接而成，所有接缝处均使用点焊连接 （见图6）。

图6 滤网接缝处全部采用点焊固定Fig．6 Spot welding at the conjunction of filters

福清核电1号机组主给水泵原滤网通流面积低于国家标准，截面出水能力也低于行业通用规定，是滤网压差高的根本原因，加上结构和强度上的设计缺陷，使滤网频繁变形和破损。因此，增大滤网通流面积、改善截面出水能力、改变结构以及增加强度是解决目前问题的关键。

4 新滤网改进设计分析

4．1 新滤网通流面积的计算

新滤网通过加长长度和改变形状，在确保80目过滤精度不变的基础上，增加滤网通流面积。下面从理论上计算新滤网的通流面积 （见图7）是否满足行业标准。

图7 新滤网尺寸图Fig．7 Size of new filters

将公式 （4）、（5）、（6）代入 （3），考虑滤网10mm 的厚度，计算 （参考文献 ［5］）如下：

图8 新滤网网片Fig．8 Mesh of new filters

通过计算，新滤网的通流面积比值为1．91，满足行业标准 SH／T 3411—1999要求，通流面积比原滤网增加了124%。

4．2 新滤网截面出水性能的计算

新滤网截面尺寸是经验值，如果这个值设置过大，虽然可以解决滤网截面出水性能的问题，但是滤网直径会因此减小，滤网通流面积就会减小；反之，设置太小可以增加滤网直径，但滤网截面的出水能力就会下降。

新滤网在过滤器出口对应位置设计成圆台形状 （见图7），这样可以增加滤网截面的出水能力，后端设计成圆柱形状，可保证滤网的通流面积。新滤网改进如下：一是新滤网外部筒体直径由660mm增加到760mm；二是在圆台滤网后增加一个圆柱形滤网 （圆柱直径550mm，圆台顶面直径430mm）。截面面积详细计算如下：

通过理论计算，新滤网截面面积为229 010．5mm2，大于滤网进水面积，高于行业通用规定，新滤网比原滤网截面面积增加77%。

4．3 新滤网结构和强度的设计改进分析

新滤网通过增加轴向限位柱、平衡孔和增长止口长度来解决滤网容易脱出止口的问题；通过设计ф89mm×2 600mm×5mm的龙骨以及相应的筋板 （见图9）来增加滤网的整体抗变形能力。经过上述改进，使得新滤网整体的抗变形能力较原滤网增加了1倍以上，理论上可以承受0．3～0．4MPa的压差，新滤网整体强度满足现场使用要求。

图9 新滤网弹性支撑、限位柱、龙骨和连接方式Fig．9 Elastic supporting／limited post／keel beam of new filters and their conjunction

4．4 滤网参数对比

有效通流面积新滤网 347 034mm2 229 010．5mm2原滤网 154 612mm2 129 682mm2增 幅 124% 77%

通过上表对比，新滤网在性能上比原滤网有较大改善，且新滤网在结构上解决了限位、强度等问题，因此从理论上计算，应能解决原滤网存在的问题。

5 新滤网验证

5．1 验证数据

福清核电2号机组3号主给水泵，从2015年6月8日开始安装，7月1日安装工作完成。各流量下滤网压差结果记录如下：

1 800m3／h 2 000m3／h 2 500m3／h 3 000m3／h 3 300m3／h0．003MPa 0．01MPa 0．02MPa 0．02MPa 0．03MPa0．02MPa 0．03MPa 0．04MPa 0．07MPa 0．074MPa0．02MPa 0．03MPa 0．05MPa 0．08MPa 0．09MPa0．03MPa 0．03MPa 0．04MPa 0．06MPa 0．069MPa

根据上表得出，新滤网在相同流量下的压差值下降明显，最大降幅达57%，大幅提升了设备的运行可靠性。

5 结论

通过分析福清核电主给水泵滤网压差高的原因，在保证新滤网过滤精度的基础上，对尺寸、结构进行了改进，使得通流面积高于标准，截面出水能力满足行业通用规定要求。经验证，新滤网在相同流量下较原滤网压差最大降幅达57%，改进效果明显，正常运行的压差小于0．08MPa，满足系统设计要求，彻底解决滤网压差高的问题。该滤网的设计改进经验，对后续机组处理类似问题具有借鉴意义。

［1］孙东坡，宋永军，宫鹏杰，等 ．流道滤网微观阻力机理试验研究及应用 ［M］．北京：水动力学研究与进展出版社，2010：218－220．SUN DonG－po，SONG YonG－jun，Gong PenG－jie，Wang Er－ping．Analysis and application of microresistance mechanism for filtration net in inlet conduit［J］．Chinese Journal of Hydrodynamics，2010，25（6）：751－757．

［2］克莱德泵业有限公司 ．主给水泵运行维护手册［DB］．英 国： 克 莱 德 泵 业 有 限 公 司，2009：338－350．Clyde Union Pumps．Equipment operation and maintance manual of main feedwater pump ［DB］．British：Clyde Union Pumps，2009：338－350．

［3］国家石油和化学工业局 ．SH／T 3411—1999：石油化工泵用过滤器选用、检验及验收 ［S］．北京：国家石油和化学工业局，1999．SH／T 3411—1999［S］．SHJ of China，1999．

［4］中国核电工程有限公司 ．福清核电主给水泵技术规格书 ［DB］．北京：中国核电工程有限公司，2010：66－67．Technical specifications of main feed pump in Fuqing nuclear power plant ［DB］．Beijing：China Nuclear Power Engineering Co．，Ltd．，2010：66－67．

［5］袁寿其，施卫东，刘厚林 ．泵理论与技术 ［M］．北京：机械工业出版社，2014：121－125．YUAN Shou－qi，SHI Wei－dong，LIU Hou－lin．Pump theory and technology ［M］．Beijing： Mechanical industry，2014：121－125．

Cause Analysis and Design Improvement for the Filter Pressure Difference of Main Feedwater Pump

LIU Xing
（Fujian Fuqing Nuclear Power Co．，Ltd．，Fuqing，Fujian Prov．350300，China）

This paper analyzes the high pressure difference of strainer at the inlet of high pressure pump based on Unit 1of Fuqing nuclear power plant．It finds out that the problem lies in the limited strainer flow area and less flowage．The maximum pressure difference decreases by 57%after modifying the shape and structure of strainer．This modification will provide guidance for future similar problem

high pressure difference；flow area；crosS－section capacity

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0405－06

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0405－06

10．12058／zghd．2017．03．405

2017－06－07

刘 星 （1984—），男，江苏邗江人，学士，工程师，现主要从事核电厂泵类设备技术管理工作 （E－mail：liuxing＠fqnp．com）。

（责任编辑：白佳）