某AP1000核電廠循環水系統主要設備選型

張晉堂 李悅

摘 要：AP1000核電廠循環水系統不同于常規火電項目，且沒有成熟的經驗可供借鑒。該核電廠結合AP1000核電項目特點，通過對循環水系統主要設備的技術經濟比較，打破傳統設計理念，首次采用立式混流泵和鼓形旋轉濾網設備的組合方式，選擇了經濟合理的設備選型及配置方案，為后續的濱海AP1000核電廠及大型火電廠循環水系統主要設備的選型提供技術參考。

關鍵詞：循環水系統 設備 選型 核電廠

中圖分類號：TL353 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0098-02

伴隨著AP1000核電技術的引進、消化和吸收，AP1000核電廠在國家電力、能源規劃中占據了重要地位。電廠的循環冷卻水系統在整個電廠的建設與運行中起著非常重要的作用，而其主要設備的選型和配置，則是循環冷卻水系統設計的核心工作，其方案的合理與否，對AP1000核電廠的循環冷卻水系統運行起著關鍵作用。

1 工程概況

某核電廠 ，一期工程建設2臺AP1000核電機組，循環冷卻水采用直流供水系統，水源為海水。流程為：海生物攔截設施→取水明渠→泵房前池→粗格柵（帶移動式清污機）→鋼閘門→細格柵（帶固定式清污機）→鼓形旋轉濾網→循環水泵→電動蝶閥→循環水壓力進水管→凝汽器及輔機→循環水壓力回水管→虹吸井→排水暗溝→排水口→排水明渠→大海。

2 循環水泵的選擇

2.1 循環水泵配置方式

結合相近機組容量的火電及核電廠的循泵配置實例，該工程考慮一機配兩泵、一機配三泵及一機配四泵3種配置方式。針對一機配兩泵又考慮立式混流泵和立式混凝土蝸殼泵兩種泵型。

根據核電廠的冷端優化計算的結果，一機配四泵方案的年費用遠遠高于其他方案的年費用，因此首先排除此配置方案。

一機配兩泵方案中，為增加系統運行的靈活性，考慮采用雙速泵或動葉可調泵型。鑒于如此大流量雙速泵的電機昂貴，價格遠高于動葉可調循環水泵，而土建及運行費用兩者基本相當，因此不推薦造價高的雙速泵配置方案。

在初步篩選的基礎上，該工程做了以下泵型及配置的方案比較。

2.1.1 兩泵方案

動葉可調立式混流泵、立式混凝土蝸殼泵技術經濟比較詳見表1。

通過表1可以看出，從經濟方面，兩臺動葉可調立式混流泵方案明顯優于兩臺立式混凝土蝸殼泵方案，年總費用相差約358.53萬元，因此不推薦兩臺立式混凝土蝸殼泵方案。

2.1.2 立式混流泵三泵方案與兩泵方案比較

排除兩臺立式混凝土蝸殼泵方案后，進行了一機配兩動葉可調立式混流泵及一機配三臺固定葉片立式混流泵方案比較，詳見表2。

由表2可以看出：從經濟方面，兩臺動葉可調泵方案略優于3臺固定葉片泵方案，兩者年總費用相差約26.3萬元。但從技術方面來說，固定葉片的循環水泵安裝、檢修方便，運行安全、可靠性高；動葉可調泵結構復雜，安裝、檢修難度大，運行可靠性低。一機配三泵方案，冬季流量調節方便靈活，停運一臺泵即可，而且每臺泵的流量變小，有利于AP1000核電廠循環水泵的國產化；一機配兩泵方案，采用動葉可調后，其可靠性難以保證，而核電廠對設備的安全穩定性要求較高，且兩泵經濟性并沒有較大優勢，因此在兩種方案年費用相差很小的情況下，推薦一機配三臺固定葉片立式混流泵方案。

綜上所述，該AP1000核電廠的循環水泵推薦型式為固定葉片式立式混流泵。配置方式為一機配三泵：夏季及春秋季運行3臺水泵，水量基數為1；冬季運行兩臺泵，水量基數為0.75。

2.2 循環水泵主要參數的確定

經過技術經濟比較，循環水泵采用一機三泵方案，型式為二層安裝、轉子可抽式、固定葉片立式混流泵，采用層上出水結構。

泵型確定后，結合電廠的系統布置，根據廠址各季節工況的平均低潮位、99%低潮位進行循環水系統水力計算，確定循環水泵主要參數：Q=（21.67～24.92）m3/s，H=（12.5～9.2）m，效率不低于87%。考慮海水的腐蝕性及核電廠較高的安全、可靠性要求，水泵接觸海水部分采用雙相不銹鋼，防護等級為IP55。

3 主要配套設施的選擇

經調研，在旋轉濾網的選擇上，國內外大型火電、核電機組主要采用鼓形旋轉濾網和板框式旋轉濾網兩種形式，針對這兩種設備，進行了技術比較。

3.1 鼓形濾網與板框式旋轉濾網的配置

該核電廠一期循環水流量130 m3/s，廠用水流量4 m3/s， 總取水流量為134 m3/s，選用鼓形濾網與板框式旋轉濾網說明：鼓形濾網：數量6臺，直徑φ19 m，有效寬度4 m，清潔狀態水頭損失34 mm，50%堵塞水頭損失86 mm；板框式旋轉濾網：數量12臺，出水口寬度：2 m；有效寬度：4 m，清潔狀態水頭損失135 mm，50%堵塞水頭損失213 mm。

3.2 旋轉濾網驅動運行方式的比較

（1）鼓形濾網：每臺鼓形濾網由一個旋轉的筒形骨架組成，在骨架圓周方向上安裝有過濾網片。水流由鼓形濾網兩側流入內側，經網片過濾后沿徑向流出，即：網內進水，網外出水。當鼓網工作時，由網片及撈污斗收集到的污物被提升到地面操作平臺上，并被沖洗水沖到排水槽中，最終排到泵房外。

（2）板框式旋轉濾網：旋轉濾網由電機驅動行星擺線針輪減速機，并通過傳動鏈條驅動主軸裝配系統中的從動大鏈輪，帶動掛在主軸工作鏈輪上的鏈條及網板上下往復循環運動，將水室中的懸浮污物撈起并提升至地面操作平臺，經沖洗后將污物排放到排水溝中，進而排放到泵房外。

3.3 最大允許設計水位差比較

（1）鼓形濾網：鼓形濾網受其獨特結構的影響，可承受較高的設計水位差，通常可達到4～5 m；有些鼓形濾網甚至可設計成在一側承受最高水位所造成的壓差，而在另一側無水位；其驅動電機功率并不隨著運行水位差的增大而迅速增大。

（2）板框式旋轉濾網：其污物的清除方式與鼓形濾網相似，但實際設計應用時通常限制其最大運行水位差在1～2 m之間；其驅動電機功率隨著運行水位差的增大而急劇增大，特別是對于尺寸又寬又長的板框式旋轉濾網。

3.4 土建比較

（1）鼓形濾網：鼓形濾網的土建基礎相對要復雜些，但這些可通過所減少的維護和運行費用來補償。

（2）板框式旋轉濾網：旋轉濾網的土建基礎比較簡單，僅需一直通的流道，并在出水口側基礎墻上開設一出水口即可；在設計中，濾網采用全框架結構，整機可連成一體，直接放在出水口側基礎墻前即可。

3.5 維護比較

（1）鼓形濾網：鼓形濾網所需維護極少，在20～30年運行期間內僅需偶爾更換小齒輪和密封橡膠。

（2）板框式旋轉濾網：旋轉濾網由于鏈條上相對運動部件較多，在運行期間必須定期進行維護。滾輪、鏈板、軸套等磨損部件的使用壽命一般在5年左右，相對于濾網30年的常規使用壽命要求，至少需要6套備件，費用與購買一臺旋轉濾網相當。

經過以上的技術比較可以總結，鼓形濾網的設備龐大、土建施工復雜，但其過水量大、運行可靠、穩定，維護工作量小，這些特點更適合于核電廠的應用，因此推薦使用該核電廠采用鼓形濾網方案。

4 結語

經過技術、經濟分析和選型及配置比選，該AP1000核電廠循環水系統主要設備的選型和配置方案為：循環水泵采用一機三泵方案，型式為二層安裝、轉子可抽式、固定葉片立式混流泵；旋轉濾網采用鼓形濾網方案。該方案經濟合理，并首次采用立式混流泵與鼓形濾網的組合方式，可以保證核電廠安全、穩定地運行，同時，為后續的AP1000核電廠循環水系統的設計開拓了思路。

參考文獻

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