三門核電循環(huán)水系統(tǒng)排水方案簡析

李河洋

摘要：三門核電采用三代核電技術(shù)，循環(huán)水系統(tǒng)采用一次循環(huán)冷卻的供水方式。循環(huán)水管道設(shè)計(jì)上較二代核電布置更低，系統(tǒng)停運(yùn)后管道無法自動排水。每次機(jī)組大修期間的維修和防腐工單需要將循環(huán)水系統(tǒng)徹底排水。介紹了利用當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采取有效措施縮短循環(huán)水系統(tǒng)排水時(shí)間的方案。提出了一些設(shè)計(jì)改進(jìn)建議，以更利于循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行和排水。

關(guān)鍵字：三門核電；循環(huán)水系統(tǒng)；排水；虹吸

1. 引言

三門核電循環(huán)水系統(tǒng)采用一次循環(huán)冷卻的供水方式，將汽輪機(jī)凝汽器和汽輪機(jī)輔機(jī)的熱量傳輸至海水。三門核電機(jī)組額定功率1251MW，所需要的海水流量大，為了更好的利用虹吸、降低循環(huán)水泵功率，三門核電循環(huán)水系統(tǒng)管道布置更低，系統(tǒng)停運(yùn)后管道無法自動排水。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)預(yù)防性維修大綱，每次機(jī)組大修時(shí)需要對一臺循環(huán)水泵進(jìn)行整修；根據(jù)三門核電設(shè)備防腐大綱，每次大修需要對循環(huán)水系統(tǒng)主管道、凝汽器海水進(jìn)出口電動隔離閥、二次濾網(wǎng)進(jìn)行內(nèi)部腐蝕檢查。因?yàn)榇笮奁陂g循環(huán)水系統(tǒng)相關(guān)的工作，所以每次機(jī)組大修都需要對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行徹底的排水。通過三門核電1/2號機(jī)組熱態(tài)功能試驗(yàn)和啟動試驗(yàn)階段執(zhí)行循環(huán)水排水的實(shí)際情況，循環(huán)水系統(tǒng)排水耗時(shí)長，需要運(yùn)行人員和維修人員緊密配合，易成為維修工單開工的制約因素。采取有效措施縮短循環(huán)水系統(tǒng)排水時(shí)間，可以有效的縮短大修期間循環(huán)水系統(tǒng)維修工期。

2. 三門核電循環(huán)水系統(tǒng)簡介

三門核電循環(huán)水系統(tǒng)采用單次循環(huán)冷卻的設(shè)計(jì)，循環(huán)水取自三門灣，經(jīng)過凝汽器加熱后排入三門灣。

每臺機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)包含2臺50%額定容量的循環(huán)水泵、4個(gè)取水前池鋼閘門和2個(gè)虹吸井鋼閘門，取水前池和虹吸井2臺循環(huán)水泵公用。循環(huán)水泵采用單級、浸入式、可調(diào)葉片角的立式混流泵，每臺循環(huán)水泵出口設(shè)置1臺電動隔離閥，每半側(cè)凝汽器進(jìn)、出口各設(shè)置1臺電動隔離閥（共計(jì)12臺）。每臺循環(huán)水泵入口設(shè)置有2臺旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，每半側(cè)凝汽器進(jìn)口設(shè)置有1臺二次濾網(wǎng)，以防止碎屑及海生物進(jìn)入凝汽器。每半側(cè)凝汽器出口設(shè)置有1臺收球網(wǎng)，用于收集凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的膠球。

3. 循環(huán)水系統(tǒng)管道布置

采用北取南排的方式：取水采用海底混凝土涵洞，設(shè)置取水前池；排水采用混凝土排水渠，設(shè)置虹吸井和排水口。單機(jī)組的1條取水涵洞在取水前池處分4個(gè)流道、經(jīng)4臺旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后匯流成2條流道，每條流道對應(yīng)1臺循環(huán)水泵。2條鋼質(zhì)循環(huán)水進(jìn)水母管（DN4100）進(jìn)入汽機(jī)房，然后每條循環(huán)水母管分成3條支管（DN2700），每條支管對應(yīng)1臺凝汽器的半側(cè)水室（共3臺凝汽器），循環(huán)水經(jīng)過凝汽器后又匯流成2條循環(huán)水排水母管（DN4100），流入虹吸井。虹吸井經(jīng)2條混凝土排水渠后排入三門灣。同時(shí)虹吸井下游設(shè)置有混凝土的排水工作井，用于核島廠用水系統(tǒng)的海水排放。

三門核電機(jī)組額定電功率1251MW，為滿足三門核電凝汽器的冷卻，保證凝汽器的背壓，循環(huán)水設(shè)計(jì)流量279600m3/h。雖然循環(huán)水泵采用了適用于大流量工況的立式混流泵，但為降低循環(huán)水泵的功率、減小循環(huán)水泵的尺寸，循環(huán)水泵房、汽機(jī)房和虹吸井布置相比于M310機(jī)組標(biāo)高更低。

4. 循環(huán)水系統(tǒng)排水方案

4.1 循環(huán)水系統(tǒng)水量計(jì)算

循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)后，按照三門灣平均高潮位+2.30m計(jì)算，循環(huán)水進(jìn)出口母管和支管基本滿水狀態(tài)，凝汽器內(nèi)部分循環(huán)水管道留存海水（虹吸破壞閥開啟）。依據(jù)管徑和管道長度計(jì)算各部分的海水量見表2（海水量取整m3）。

4.2 循環(huán)水系統(tǒng)排水步驟

三門核電在熱態(tài)功能試驗(yàn)和啟動試驗(yàn)期間進(jìn)行多次循環(huán)水系統(tǒng)排水，不斷的對排水方案進(jìn)行優(yōu)化，排水時(shí)間不斷縮短。優(yōu)化后的排水方案如下：

1） 凝汽器入口側(cè)排水

循環(huán)水泵出口隔離閥至汽機(jī)房之間的DN4100的管道排水，通過打開循環(huán)水泵出口電動隔離閥，只要吸水前池的海水潮位低于該段循環(huán)水管道的標(biāo)高，依靠重力就可以倒流至吸水前池。凝汽器入口支管的海水通過二次濾網(wǎng)排污閥排至汽機(jī)房海廢水池，再通過海廢水泵排至虹吸井，其中包括凝汽器內(nèi)留存的海水。吸水前池的閘門放置到位后，通過前池的海淡原水泵和臨時(shí)潛水泵排水。因?yàn)槲俺靥巸膳_循環(huán)水泵的流道是相互隔開的，此部分的排水兩列可以單獨(dú)進(jìn)行。

2） 凝汽器出口側(cè)排水

因?yàn)楹缥畠?nèi)兩條流道是互通的，所以需要等兩臺循環(huán)水泵都停運(yùn)后再對凝汽器出口至虹吸井段進(jìn)行排水。虹吸井閘門放下后，利用虹吸井海淡原水泵和臨時(shí)潛水泵排水，排水范圍包括凝汽器出口母管和虹吸井內(nèi)海水。此部分排水結(jié)束后，凝汽器出口支管的海水通過收球網(wǎng)的排污閥排至汽機(jī)房海廢水池，再通過海廢水泵排至虹吸井。

吸水前池和虹吸井的海淡原水泵各有2臺，額定流量1000m3/h，排水至海水淡化系統(tǒng)的混凝沉淀池。因?yàn)樵O(shè)置有低液位保護(hù)，海淡原水泵不能將前池和虹吸井排空，但因?yàn)楹５昧髁勘扰R時(shí)潛水泵大，所以也可以有效縮短排水時(shí)間。

5. 設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

因?yàn)楹Ｋ械哪嗌场⒑Ｉ锏仍颍鞒隹谥Ч苌螪N2700的電動蝶閥關(guān)閉后多次出現(xiàn)內(nèi)漏，導(dǎo)致汽機(jī)房海廢水泵排水至虹吸井后又返回至汽機(jī)房。當(dāng)需要單臺循環(huán)水泵停運(yùn)檢修時(shí)，可能導(dǎo)致汽機(jī)房內(nèi)循環(huán)水管道排水不凈。鑒于這些問題，提出如下設(shè)計(jì)改進(jìn)建議：

虹吸井兩條流道隔開。當(dāng)前設(shè)計(jì)循環(huán)水的兩條流道在虹吸井處是互通的，必須要兩臺循環(huán)水泵都停運(yùn)才可以放下虹吸井閘門。虹吸井的兩條流道實(shí)體隔開后，可以實(shí)現(xiàn)單臺循環(huán)水泵停運(yùn)隔離和排水。

汽機(jī)房海廢水泵排水變更至排水工作井。當(dāng)前設(shè)計(jì)汽機(jī)房海廢水泵排水至虹吸井，虹吸井閘門放下且虹吸井排水至循環(huán)水管口液位以下后，汽機(jī)房海廢水泵的排水才真正的有效。將汽機(jī)房海廢水泵排水變更至排水工作井，虹吸井閘門放下后，汽機(jī)房海廢水泵、臨時(shí)潛水泵、海淡原水泵可以同時(shí)對凝汽器出口母管/支管和虹吸井進(jìn)行排水。

6. 結(jié)論

通過優(yōu)化的循環(huán)水系統(tǒng)排水方案，設(shè)備/閥門正常的情況下，可以滿足三門核電循環(huán)水系統(tǒng)檢修和防腐檢查的需要。同時(shí)針對當(dāng)前存在的問題，提出了一些改進(jìn)建議，可以優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行和檢修的靈活度。

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