貝類捕集器濾網設計改進對重要廠用水系統及換熱器的影響分析

劉星

摘 要：國內某核電3號機組貝類捕集器為解決壓差頻繁升高問題，對濾網網孔進行了擴大，解決了壓差問題。但改進后的濾網，會使用重要廠用水系統流量有所增加，經過理論計算與實際驗證，對重要廠用水系統的安全功能沒有影響，對系統內設備的影響在設計承受范圍內，通過大數據分析，對下游系統的換熱器壓差影響甚微。因此，該濾網的設計改進經驗，對后續機組處理類似問題具有借鑒意義。

關鍵詞：貝類捕集器；濾網；設計

中圖分類號：TM623 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0125-03

前言

國內某核電3號機組海水系統中過濾沙石的濾網主要有兩個設備，一個是鼓型濾網，過濾精度3mm，另一個是貝類捕集器，過濾精度2mm。機組熱式期間，貝類捕集器濾網壓差持續升高，通過前池清淤及多次濾網清洗，未能解決壓差高問題，主要原因是貝類捕集器濾網過濾精度小于鼓網，容易被2-3mm直徑的沙石堵塞（如圖1），因此，根據同行經驗將貝類捕集器濾網孔徑擴大至3mm，徹底解決了貝類捕集器濾網壓差高問題。貝類捕集網孔徑的增加，會增加重要廠用水系統的流量，是否對系統及換熱器的運行造成影響，評估分析如下。

1 系統概述

1.1 系統配置

安全重要廠用水系統（簡稱SEC系統，下同）是直接與核安全相關的重要系統，其主要功能是將核島中產生的余熱，通過設備冷卻水系統的（簡稱RRI系統，下同）換熱器排放到最總熱阱（海水）中，流程簡圖如圖2所示。

SEC系統有兩個互為冗余的系列，每個系列各有2臺并聯安裝的SEC泵、1臺貝類捕集器和2臺并聯安裝的換熱器。機組正常狀態可以只投運1個系列的1臺SEC泵，在機組停堆過程中為了控制NS/RRA模式下一回路的降溫速率，可能會同時投運2個系列，每個系列可能同時投運2臺SEC泵；在機組發生LOCA事故時，只需要1個系列的1臺SEC泵正常投運，即足以保證換熱器RRI側出口溫度不超過45℃。

1.2 安全準則

該核電機組SEC系統相關的安全準則是：在SEC設計最低水位下，單泵運行提供的海水流量不低于3360m3/h。即無論換熱器流動阻力大小，SEC系統只需要確保系統提供的流量達到安全準則要求即可。

1.3 流量設計要求

SEC系統流量設計滿足三方面要求：

（1）安全準則要求

在SEC設計最低水位下，單泵運行提供的海水流量不低于3360m3/h。

（2）機組運行經濟型要求

為了保證機組正常功率運行和啟停堆期間的排熱速率，要求SEC系統單個系列雙泵運行時，在SEC設計最低水位下，流量不低于4500m3/h。如果上述要求無法滿足，將可能影響機組的可用率、延長啟停堆時間，但對機組安全沒有影響。

（3）設備可承受能力要求

單臺換熱器SEC側流量承受上限為3000m3/h，貝類捕集器流量承受上限為6500m3/h，單臺泵運行可承受流量上限為4080m3/h。每個系列有2臺SEC泵，1臺貝類捕集器和2臺換熱器，因此要求：單泵運行時，SEC系統流量不超過4080m3/h，雙泵運行時，SEC流量不超過5600m3/h。

綜上：SEC系統的流量主要取決于SEC泵，單泵運行流量范圍3360-4080m3/h，雙泵運行流量限制范圍4500-5600m3/h。

2 對SEC系統的影響分析

貝類捕集器濾網網孔擴大至3mm，濾網水阻系數降低，SEC系統的流量會升高，升高的流量是否會對SEC系統的設備造成影響，具體計算如下：

2.1 SEC系統流量理論計算方式

泵的特性曲線是變的，以制造完工報告為準。計算時需要考慮的變化因素包括：進口水位h1、貝類捕集器流動阻力系數ζFI和換熱器流動阻力系數ζRF、顯然h1、ζFI、ζRF對SEC系統流量q影響均為單值性的，h1越低、ζFI越大、ζRF越大，q越??；h1越大、ζFI越小、ζRF越小，q越大。

2.1.1 進口水位變化

SEC進口水位h1變化范圍為設計最低水位到設計最高水位，即-5.87m-+8.58m。設計最低水位（hmin）和設計最高水位（hmax）是SEC系統運行的限制范圍；百年一遇低潮位（hhyl）和千年一遇高潮位（htyh）是循環水泵運行的水位范圍，因此作為SEC泵運行的主要水位范圍；平均海平面（ha）是最常見的水位范圍。上述5個水位作為SEC系統計算分析的主要水位值。依據《廠評報告》，以上5個水位的數值分別為：hmin=-5.87m、hhyl=-2.28m、ha=0.28m、htyh=2.83m、hmax=8.58m。

2.1.2 貝類捕集器阻力變化

貝類捕集器隨著運行會有部分濾網固體不溶物堵塞，使得流動阻力較干凈時有所增加，并且需要考慮反沖洗動作無法清潔部分被堵塞的濾網網孔。干凈的貝類捕集器流動阻力系數ζFI，O設實際運行時貝類捕集器流動阻力系數ζFI，M=a·ζFI，O，顯示a≥1；設實際運行是允許a的最大值為aMAX，工程上根據現有經驗aMAX=2.0。

2.1.3 換熱器阻力變化

換熱器隨著介質流動會有部分流道被固定不溶物堵塞，使得流動阻力較干凈時有所增加。干凈的換熱器流動阻力系數ζRF，O，設實際運行的換熱器流動阻力系數ζRF，M=b·ζRF，O，顯然阻力系數比b≥1。在原設計中，換熱器阻力系數比b=1.6。阻力系數比反映了換熱器允許冷側流動阻力增加的幅度。RRI換熱器冷卻工質為海水，隨著運行時間累積，水生物和其他固體顆粒在換熱器中沉積和阻塞會造成換熱器流動阻力系數上升。當流動阻力系數上升到一定程度時，就需要對換熱器進行清洗。endprint

2.2 SEC系統流量理論計算

計算時考慮換熱器、貝類捕集器濾網（按2mm孔徑計算）以及管道閥門的阻力特性，SEC系統流量理論計算如表1所示。

貝類捕集器濾網孔徑為3mm時，SEC系統流量范圍如表2所示。

由表1、表2計算結果可知，貝類捕集器濾網孔徑擴大后，SEC系統流量增加約1%，在系統和設備的設計承受范圍內，滿足SEC系統流量限值要求。

2.3 SEC系統流量實際統計

該核電3號機組在2016年3月將3SEC A/B列的貝類捕集器的濾網孔徑該為3mm，3-11月SEC系統運行流量數據統計結果見表3。

根據上表可得，SEC流量增加了1.35%，經過估算，高潮位時平均最高流量為3782m3/h，在系統和設備的設計承受范圍內，與理論計算結果基本一致。

2.4 總結

經過運行數據統計，該核電3號機組SEC系統貝類捕集器濾網網孔擴大后，SEC流量增加了1.35%，不影響SEC系統安全功能要求，增加的流量均在SEC系統設備設計承受范圍內，因此，該設計改進，對SEC系統的安全功能和設備運行無影響。

3 對RRI系統換熱器的影響分析

該核電核電3號機組RRI系統換熱器為蘭石換熱器設備有限公司提供，其板片波紋深度4.0mm（如圖3），換熱器SEC側流道寬度變化范圍為0-8mm。

經分析，貝類捕集器濾網設計改進后，進入設備內部的沙礫、海生物會增多，對RRI換熱器運行維護的影響主要體為增加換熱器的壓差和增加板片的破損幾率。

3.1 對換熱器壓差的影響

貝類捕集器濾網網孔擴大，對SEC系統流量增加了1.35%，使得板片表面的堵塞與結垢速度有所增加，從而增加換熱器的壓差，進而增加設備維護清理頻率。根據RRI換熱器運行準則，如果運行的一列出現堵塞，需在三天內完成該列的清洗。

3.1.1 換熱器壓差變化趨勢

該核電3號機組RRI換熱器壓差2016年1月-11月壓差統計見圖4。

根據上表可得，使用濾網設計改進后，A列RRI板換壓差平均升漲約10%，B列RRI板換壓差平均升漲約8%。

3.1.2 換熱器壓差趨勢同機組對比

該核電1-3號機組RRI換熱器壓差趨勢對比，見表4。

根據上表可得，隨機組運行，板換壓差均會有上升趨勢，屬于正?，F象，3機組與1-2號機組上升趨勢基本一致，且3SEC A/B列板換壓差均值最低，換熱器運行效果最高。

3.1.3 小結

通過11個月的運行，濾網擴大網孔后，3SEC換熱器壓差小幅上升，是機組運行累積導致，屬于正常現場，且壓差值距離報警值有一定裕量，因此，濾網網孔擴大后對換熱器的壓差影響大不。

3.2 對換熱器板片的影響

流量增加堵塞流道時，會造成局部流速過高，從而導致泥沙對版板片表面的沖刷力增加，增加板片磨損風險，嚴重時會導致板片破損。

如果RRI板片破損，直接會從RRI側的CL離子含量中發現，該核電3號機組，16年1-11月份RRI側CL離子含量趨勢，見表5。

根據表5可得，該核電3號機組換熱器RRI側CL離子含量穩定，距離報警值有較大余量，沒有異常升高趨勢，判斷換熱器板片沒有破損現象。

3.3 總結

貝類捕集器濾網網孔擴大后，換熱器壓差穩定，距離報警值余量較大，換熱器RRI側CL離子含量沒有異常升高，且均在合格范圍內，可判斷板換板片未出現破損，因此，該設計改進，對RRI換熱器的運行沒有影響。

4 結束語

該核電3號機組貝類捕集器濾網網孔擴大后，解決貝類捕集器濾網頻繁堵塞問題，對SEC系統的安全功能、設備及換熱器的運行無影響，且提升了SEC系統運行可靠性，為機組穩定運行增加了保障，因此，該濾網的設計改進經驗，對后續機組處理類似問題具有借鑒意義。

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