關(guān)于AP1000循環(huán)水泵與凝汽器配合方案的討論

劉 杰，張?jiān)录t

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046）

關(guān)于AP1000循環(huán)水泵與凝汽器配合方案的討論

劉 杰，張?jiān)录t

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046）

歸納了核電機(jī)組中常見的循環(huán)水泵與凝汽器的配置方式，分析了各種配置方式對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。在極端情況下，需考慮單臺(tái)或多臺(tái)循環(huán)水泵突然停運(yùn)時(shí)，對(duì)凝汽器背壓產(chǎn)生的影響。如果某臺(tái)循環(huán)水泵停運(yùn)，將改變凝汽器的運(yùn)行狀態(tài)，并產(chǎn)生瞬時(shí)壓力差，同時(shí)，給系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來隱患。

核電機(jī)組；AP1000；循環(huán)水泵；凝汽器；瞬時(shí)壓力；配合；運(yùn)行；方案

0 概 述

AP1000核電機(jī)組采用了較先進(jìn)的第三代核電技術(shù)。核電機(jī)組中的循環(huán)水泵和凝汽器，是二回路熱循環(huán)系統(tǒng)中的冷端設(shè)備，在系統(tǒng)內(nèi)起著非常重要的作用。汽輪機(jī)乏汽在凝汽器內(nèi)凝結(jié)，凝結(jié)后的水作為給水，最終將被泵入蒸汽發(fā)生器內(nèi)，成為吸收一回路熱量的介質(zhì)，經(jīng)蒸發(fā)重新成為蒸汽，再推動(dòng)汽輪機(jī)葉片做功。在換熱系統(tǒng)內(nèi)，循環(huán)水泵迫使冷卻水流動(dòng)，汽輪機(jī)乏汽才能在凝汽器內(nèi)不斷凝結(jié)。因此，循環(huán)水泵與凝汽器的參數(shù)設(shè)定，有著密切的關(guān)系。現(xiàn)根據(jù)不同的配置方案，分析和研究泵與凝汽器在不同參數(shù)下對(duì)運(yùn)行的影響。

1 循環(huán)水泵的配置方案

百萬千瓦級(jí)核電廠的泵機(jī)配置中，常為1機(jī)2泵、1機(jī)3泵及1機(jī)4泵這三種配置模式。選用和優(yōu)化配置模式，有賴于對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性方面的比較。對(duì)于AP1000核電機(jī)組，目前，常接觸到的循環(huán)水泵配置方案，主要是1機(jī)2泵的配置方案，如三門核電站、海陽核電一期工程等。也有采用1機(jī)3泵進(jìn)行配置的，如陸豐一期工程的配置方案。

2 凝汽器的方案

現(xiàn)討論的凝汽器方案基于AP1000的原型設(shè)計(jì)方案，即三殼體、單背壓方案，目前已應(yīng)用于三門、海陽核電項(xiàng)目，后續(xù)沿海AP1000核電站的設(shè)計(jì)方案，原則上也將采用此方案。至于內(nèi)陸核電站可能會(huì)采取的雙殼體或者多背壓方案，也可參考原型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析。在方案設(shè)計(jì)中，相鄰凝汽器的兩個(gè)殼體間設(shè)置有聯(lián)通管，可用以平衡殼體間的殼側(cè)壓力。

3 循環(huán)水泵與凝汽器配合的方案

由于循環(huán)水泵的配置方案不同，所以與凝汽器配合的方案也不同。事實(shí)上，隨著循環(huán)水泵配置數(shù)量的不同，循環(huán)水對(duì)凝汽器的分配方式也存在差異，可稱為母管制和獨(dú)立制。三門核電站及海陽核電一期工程中，均采用了母管制，而在陸豐一期工程中，則采用了獨(dú)立制。母管制的配置示意圖，如圖1、圖2所示。獨(dú)立制的配置示意圖，如圖3所示。

圖1 三門核電的配置圖

圖2 海陽核電的配置圖

圖3 陸豐核電的配置圖

4 不同配合方案對(duì)凝汽器的影響

4.1 總體分析

因配置泵的數(shù)量不同，可分為1機(jī)2泵，1機(jī)3泵等方案。但對(duì)于凝汽器而言，母管制均包含了2根母管，每根母管對(duì)應(yīng)著半側(cè)的凝汽器。當(dāng)循環(huán)水泵組停運(yùn)1臺(tái)甚至2臺(tái)時(shí)，凝汽器的三個(gè)殼體還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)單側(cè)運(yùn)行。由于參與換熱的面積相同，則其背壓，在理論上也是一致的，仍可保證穩(wěn)定運(yùn)行。

采用獨(dú)立制配置的則不同，當(dāng)某臺(tái)循環(huán)水泵停運(yùn)后，會(huì)出現(xiàn)不同的情況。以陸豐項(xiàng)目為例，該機(jī)組中凝汽器的運(yùn)行參數(shù)，如表1所示。

表1 陸豐項(xiàng)目中凝汽器的運(yùn)行參數(shù)

當(dāng)切除1臺(tái)循泵后，變成2臺(tái)凝汽器為循環(huán)水單側(cè)運(yùn)行（換熱面積為雙側(cè)運(yùn)行時(shí)的一半），另1臺(tái)凝汽器為循環(huán)水雙側(cè)運(yùn)行，導(dǎo)致3臺(tái)凝汽器的受熱不均勻，單側(cè)運(yùn)行的凝汽器背壓升高，蒸汽通過聯(lián)通管進(jìn)入雙側(cè)運(yùn)行的凝汽器內(nèi)，直到壓力的再平衡。

4 .2 獨(dú)立制配制循環(huán)水泵停運(yùn)后的過程分析

4.2.1 按設(shè)計(jì)溫度為24℃進(jìn)行計(jì)算

（1）假想的瞬態(tài)壓力

不考慮聯(lián)通的情況下，雙側(cè)運(yùn)行的凝汽器背壓值保持不變，仍為5.7 kPa。對(duì)于半側(cè)運(yùn)行的凝汽器，其換熱面積減半，冷卻水量假定為設(shè)計(jì)值的55%，則計(jì)算所得的背壓值約為9.6 kPa。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于聯(lián)通管的存在，這個(gè)瞬態(tài)壓力是不能建立的。

（2）最終穩(wěn)態(tài)壓力

考慮聯(lián)通管的作用，當(dāng)壓力平衡后，從3個(gè)凝汽器的整體上進(jìn)行考慮，換熱面積為設(shè)計(jì)值的2/3，冷卻水量約為設(shè)計(jì)值的73.3%。假設(shè)蒸汽的流動(dòng)不受限制，則計(jì)算所得的平均背壓約為7.3 kPa。由于聯(lián)通管的作用，壓力較高凝汽器內(nèi)的蒸汽，將會(huì)向壓力較低的凝汽器內(nèi)流動(dòng)，相鄰凝汽器之間的壓差，不斷趨向于平衡，3個(gè)低壓缸的排汽始終可認(rèn)為是均等的，而聯(lián)通管的通流能力有限，那么在動(dòng)態(tài)的平衡過程中，最終會(huì)形成一種穩(wěn)定的狀態(tài)。但相鄰凝汽器之間的壓力還是存在壓差，不過，將遠(yuǎn)小于瞬態(tài)壓力下的壓差。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，還存在兩種狀態(tài)，即1號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)或3號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)。當(dāng)1號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)，則B、C凝汽器為半側(cè)運(yùn)行。當(dāng)3號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)，則A、B凝汽器為半側(cè)運(yùn)行。兩者運(yùn)行狀態(tài)下的熱力模型是一致的，但3個(gè)凝汽器的穩(wěn)態(tài)背壓均不一致，雙側(cè)運(yùn)行狀態(tài)下的凝汽器壓力最低，相鄰凝汽器的壓力稍高，其次位置的凝汽器壓力為最高。經(jīng)大致核算，A、B、C凝汽器（有時(shí)為C、B、A）壓力，依次為6.6 kPa、7.9 kPa、8.1 kPa，其算術(shù)平均值為7.5 kPa。

當(dāng)2號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)時(shí)，A、C凝汽器為半側(cè)運(yùn)行。雙側(cè)運(yùn)行的B凝汽器壓力為最低，半側(cè)運(yùn)行的A、C凝汽器的壓力稍高，且相等。經(jīng)大致核算，A、B、C凝汽器的壓力，依次為7.5 kPa、7.1 kPa、7.5 kPa，其算術(shù)平均值為7.4 kPa。

4.2.2 按極端高溫34.7℃進(jìn)行計(jì)算

（1）假想瞬態(tài)壓力

同樣，不考慮聯(lián)通管的作用。雙側(cè)運(yùn)行的凝汽器背壓值不變，仍為9.9 kPa，半側(cè)運(yùn)行的凝汽器計(jì)算背壓值約為15.8 kPa。

（2）最終穩(wěn)態(tài)壓力

考慮聯(lián)通管的作用，當(dāng)壓力平衡后，計(jì)算所得的平均凝汽器背壓約為12.3 kPa。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，也存在兩種情況，可分為1號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)或3號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)，此時(shí)，A、B、C凝汽器（有時(shí)為C、B、A）壓力，依次為11.3 kPa、13.3 kPa、13.6 kPa，其算術(shù)平均值為12.7 kPa。

當(dāng)2號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)時(shí)，A、B、C凝汽器的壓力，依次為12.6 kPa、12.0 kPa、12.6 kPa，其算術(shù)平均值為12.4 kPa。

4.3 配置方案的分析

從計(jì)算結(jié)果可知，采用獨(dú)立制的循泵配置方案后，當(dāng)單臺(tái)循泵停運(yùn)時(shí)，3臺(tái)凝汽器的壓力會(huì)有差異，尤其在水溫較高時(shí)，考慮到循環(huán)水泵剛停運(yùn)，會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)較大的壓力差。從汽輪機(jī)的安全運(yùn)行進(jìn)行分析，相鄰低壓缸之間的壓差或者說溫度差是有限制的。因此，如果采用獨(dú)立制配置方案，當(dāng)循環(huán)水泵故障時(shí)，無法保持3臺(tái)凝汽器的壓力平衡，需要根據(jù)汽輪機(jī)的運(yùn)行要求，對(duì)極限壓差進(jìn)行核算，必要時(shí)，應(yīng)采取措施，才能保證汽輪機(jī)的運(yùn)行安全。

5 結(jié) 語

對(duì)常見的循環(huán)水泵與凝汽器的配置方式，進(jìn)行了歸納和總結(jié)。選擇何種配置方式，取決于各機(jī)組的運(yùn)行情況和經(jīng)濟(jì)性分析。需考慮的是，在單臺(tái)或多臺(tái)循環(huán)水泵突然停運(yùn)狀態(tài)下，對(duì)凝汽器背壓帶來的影響。尤其是當(dāng)處于極端水溫下，因循環(huán)水泵的停運(yùn)，將使凝汽器不均勻的半側(cè)運(yùn)行，并產(chǎn)生瞬時(shí)壓力差。過大的壓差或溫差，會(huì)給軸系的安全運(yùn)行帶來隱患。壓差的限制值，應(yīng)由汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家給出。如果瞬時(shí)壓力差超過限制值，則有必要考慮降負(fù)荷運(yùn)行，以降低壓差增大帶來的影響，確保汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

[1]辛文軍.呂瑞婷.某核電廠循環(huán)水泵配置方案[J].企業(yè)文化旬刊，2013（8）：170-171.

Discussion Regarding the Cooperation Scheme of Circulating Water Pump and Condenser in AP1000 Project

LIU Jie，ZHANG Yue-hong
（Harbin turbine Co.，Ltd.，Harbin 150046，Heilongjiang，China）

The configuration mode of circulating water pump and condenser in nuclear power unit was summarized and the influence of various configuration modes on the operation of the unit was analyzed in this paper.In the extreme situation，the single or multiple circulating water pump is suddenly stopped and impact on the back pressure of the condenser，which must be considered.If a circulating water pump is stopped，the operation state of the condenser will be changed，and the instantaneous pressure difference will be generated，and the system safe will be infected.

nuclear power unit；AP1000；circulating water pump；condenser；instantaneous pressure；cooperate；operation；scheme

TL353

A

1672-0210（2016）02-0020-03

2016-03-21

劉杰（1981-），男，工程師，主要從事電站輔機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究工作。