第六章PWR常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)

(廣核第15章)6.1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(廣核15.1~15.2)6.1.1概述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(簡稱循環(huán)水系統(tǒng))的功能是通過兩條獨立的進水渠向每臺機組的凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水(海水)，對每臺機組所需的全部海水進行過濾，并對循環(huán)水進行氯化處理。循環(huán)水系統(tǒng)與下列系統(tǒng)及設備有關(guān)：(1)循環(huán)水過濾系統(tǒng)(2)循環(huán)水處理系統(tǒng)(3)陰極保護系統(tǒng)(4)循環(huán)水管系充水系統(tǒng)(5)凝汽器(6)二次濾網(wǎng)系統(tǒng)11/27/202316.1.2循環(huán)水及過濾系統(tǒng)11/27/202326.1.3循環(huán)水渠和管道11/27/202336.1.4循環(huán)水灌水系統(tǒng)11/27/202346.1.5聯(lián)合泵站設備簡介以大亞灣核電廠為例，聯(lián)合泵站可分為下列兩個主要部分：(1)進水，預過濾，細過濾；(2)泵房。泵站從建筑物南側(cè)供水渠道直接取水，通過預過濾和細過濾設施同時向循環(huán)水泵和核島重要生水系統(tǒng)水泵供水。每臺機組的循環(huán)水管道又分成兩個系列A和B，分別向三臺凝汽器的半側(cè)供水。11/27/202356.1.5.1預過濾設備

在每個系列的進水渠道中，按水流方向分別裝設：粗濾網(wǎng)、閘板門及帶有機械消除垃圾裝置的攔污柵。粗濾網(wǎng)的柵格間隔為200mm，用于阻攔體積較大的漂浮物體進入泵站。閘板門的作用是：當泵站內(nèi)部溝渠或濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)需要檢修時，可將閘板門放下隔斷海水；當設備正常運行時，則被取出儲存在專用的井坑中。在閘板門滑動的框架上裝有帶噴嘴的母管，此母管與循環(huán)水處理系統(tǒng)相連接，用于向進口循環(huán)水中注射次氯酸鈉。攔污柵的柵格間隔為50mm,柵格截面為40×8mm,垃圾清除耙的行走速度約為3.8m/min.攔污柵配備有垃圾清除器，清除器由裝有耙齒的翻動水槽組成。每臺攔污柵由下列主要部件組成：①一個柵格濾網(wǎng)：由下、中、上三部分組成，材料均為AISl316L不銹鋼，用螺栓固定在預埋混凝土中的凸耳上。②一個滑行導向道，由AISl316L不銹鋼材料制成。用螺栓固定在預埋混凝土中的凸耳上。③一個滑車。④一個裝備好的耙子，帶有與耙子同寬度的可翻水槽，用于收集垃圾等雜物。⑤驅(qū)動裝置及限位開關(guān)。⑥一個用鉸鏈裝設的活板。滑車和耙子水槽組合件由一臺卷揚機帶動，組合件用兩個繩扣通過一個減振器與鋼絲繩相連接。每臺攔污柵裝配有一臺浮子式差壓計和一臺氣動差壓計。它們控制垃圾清除器的運行周期：當攔污柵進出口壓力損失達到一個規(guī)定數(shù)值時，垃圾耙就會啟動運行，直到壓力損失降到正常值為止。垃圾清除器亦可由定時回路控制，每隔480min啟動垃圾耙一次，保持進出口壓差在閾值以下即<0.12m水柱。11/27/202366.1.5.2細過濾設備(一次濾網(wǎng))一次濾網(wǎng)為旋轉(zhuǎn)鼓型濾網(wǎng)，濾網(wǎng)鼓中心軸線呈水平布置，濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)如右圖所示，水自濾網(wǎng)外側(cè)流向網(wǎng)內(nèi)部，水中垃圾污物被留在網(wǎng)外圓表面。由于濾網(wǎng)以低速旋轉(zhuǎn)，在濾網(wǎng)鼓外圓表面裝設的傾斜角鋼將垃圾帶到水面以上。在圖的右上角處裝有沖洗噴嘴，高壓水自噴嘴中噴出，將附著于濾網(wǎng)表面的垃圾清除，通過一排水溝道排走。每臺濾網(wǎng)裝有2臺沖洗水泵。正常運行時，一臺泵運行，一臺泵備用。此外考慮到特殊海生物如水母等附著在網(wǎng)孔上不易清除，在沖洗回路中裝設有一臺升壓泵。此種高壓泵并不經(jīng)常使用，只有在大量海生物附著于濾網(wǎng)表面不易清除時才投入使用。另外在沖洗水回路中還裝有沖洗水濾網(wǎng)。濾網(wǎng)旋轉(zhuǎn)速度有3檔：低速、中速、高速，其速度分別為2.5m/min、10m/min、20m/min。在濾網(wǎng)的內(nèi)外兩側(cè)裝有壓差計(浮子式和氣動式壓頭損失指示器)，以測量濾網(wǎng)兩側(cè)的壓差。濾網(wǎng)的工作壓差分三級：一級為20cm水柱，二級為30cm水柱，三級為50cm水柱。當濾網(wǎng)在一級壓差下工作時，它從低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴龠\轉(zhuǎn)，在二級壓差下工作時，從中速轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚龠\轉(zhuǎn)，同時啟動沖洗水的升壓泵。鼓型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)與我國目前火電站常用的鏈式濾網(wǎng)相比較，具有下列特點：(1)當保護凝汽器冷卻面積不受污染成為主要問題時，一項安全準則是選用濾網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸約等于1/6凝汽器管子的內(nèi)徑。大亞灣凝汽器鈦管內(nèi)徑約為24mm，故選用3×3mm網(wǎng)孔尺寸，符合這一安全準則，能避免凝汽管由于污染而被迫停下清理；(2)濾網(wǎng)鼓的直徑隨潮位變化輻度加大而增大(大亞灣為15m)。(3)能適用于大流量。(4)濾網(wǎng)鼓速度可以變化，當用較快速度旋轉(zhuǎn)時，可以處理較多的浮懸物；(5)在濾網(wǎng)進出口壓差增大時，濾網(wǎng)鼓的驅(qū)動功率不增加；(6)與鏈式濾網(wǎng)相比較，鼓型濾網(wǎng)可用較淺的井坑；(7)鼓型濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)動與靜止部分的密封采用壓力式密封，密封性能較好；(8)鼓型濾網(wǎng)可靠性較好；(9)鼓型濾網(wǎng)的維修工作可以進行得更快更省。11/27/20237旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)反沖洗系統(tǒng)11/27/202386.1.5.3

循環(huán)冷卻水泵1.系統(tǒng)布置

大亞灣核電廠循環(huán)水泵系統(tǒng)的布置為每臺機組配備兩臺循環(huán)水泵，水泵與凝汽器采用單元連接方式。每臺汽輪機有三臺凝汽器，每臺凝汽器水室又被分割為兩個獨立的水室，每臺水泵與三臺凝汽器水室的一半連接形成獨立的回路。兩臺水泵采用兩條壓力管道輸送循環(huán)水到汽輪機廠房，這兩條壓力管道之間無任何管道連接，整個循環(huán)水系統(tǒng)形成無閥門回路。

11/27/202392.循環(huán)水泵大亞灣核電廠循環(huán)水泵采用英國NEIAllen公司生產(chǎn)的垂直布置混流式水泥蝸殼水泵，與國產(chǎn)金屬蝸殼(50ZLQ-50型)循環(huán)水泵比較，立式水泥蝸殼型水泵具有下列特點：(1)水泵蝸殼與進水通道均為混凝土澆制，從鼓型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)出口到水泵葉輪進口處形成進水通道，整個通道的型線和尺寸由制造廠通過模型試驗確定，施工中由制造廠提供木模圖紙，在香港一家NEI的工廠中加工成木模部件運到工地來裝配成整個木模后，才進行安裝和澆灌混凝土，因而能保證良好的進水水力特性。需要指出的是：在循環(huán)水泵的進水通道上，通道斷面由方形收縮變?yōu)閳A形，形成收斂形混凝土彎頭。此種結(jié)構(gòu)可消除滯流區(qū)及旋蝸，因而可避免帶入空氣造成的振動及海生物的沉積和污染。(2)水泥蝸殼無腐蝕，無振動，不需要大量的維修工作。(3)水泵軸承與海水隔離，油潤滑磨損小，溫度檢查方便，使用壽命至少十年，維修簡便。(4)泵軸在機械密封處裝有軸套，因此處于干燥狀態(tài)，不與海水接觸，無腐蝕。(5)檢查維修方便簡單,無重的荷載,檢查時不需要解體,一般5~7年大修一次。(6)與海水接觸的金屬部件均用防海水腐蝕的不銹鋼或不銹鑄鐵(靜止部件)制作，結(jié)構(gòu)較簡單且轉(zhuǎn)速較低，故運行可靠性較高。11/27/202310離心式或混流式水泵的優(yōu)點這里還需要指出的是：水泵葉輪型式在國外多采用離心式(法國Bergeron廠)和混流式(英國NEIAllen廠)，而國內(nèi)較多地采用軸流式(50ZLQ-50型水泵)。與軸流式水泵相比，離心式或混流式水泵具有下列優(yōu)點：(1)軸流式葉輪對進水方式更為敏感，因為其大部分作功是在葉輪進口處完成，不正確的進水方式可導致壓頭-流量曲線的改變、效率的降低和工況的不穩(wěn)定，往往會產(chǎn)生振動和噪音，這是軸流泵的一個缺點，而離心式或混流式水泵正是克服了此缺點。(2)此種水泵的特點為大流量低揚程，其比轉(zhuǎn)速范圍為80~250。在水泵以比轉(zhuǎn)速為函數(shù)的最大效率曲線中，當比轉(zhuǎn)速從60~80開始，水泵的效率逐步下降，大亞灣循環(huán)水泵的比轉(zhuǎn)速為95.5(混凝土蝸殼立式泵的設計中一般70~125)，而國產(chǎn)50ZLQ-50型軸流式循環(huán)水泵的比轉(zhuǎn)速為156左右，因而效率較低。(3)軸流式水泵需要有更大的NPSH值(對相同的流量和壓頭而言)。因而軸流式水泵的葉輪需要裝設在比離心式和混流式葉輪更低的位置。(4)在相同的壓頭下，離心式和混流式水泵中水流速度較低，這可減輕腐蝕和浸蝕現(xiàn)象。當用海水冷卻時，這一點尤為重要。11/27/2023116.1.5.4核島重要生水泵(EssentialServiceSystem)核島重要生水泵屬于核島重要生水系統(tǒng)，其安全等級為三級，其功能為向核島設備冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的冷卻器不間斷地供給冷卻水。每臺機組配備有四臺核島重要生水水泵，它們布置在兩臺循環(huán)水泵之間的井坑內(nèi)，每臺泵占有一個井坑，彼此間相互隔離。水泵進水來自鼓型濾網(wǎng)出口通往循環(huán)水泵入口的通道上。每兩臺核島重要生水泵的出水管并聯(lián)在一起，通過一條輸水管輸水到核島廠房。每臺機組裝有兩條輸水管。11/27/2023126.1.5.5消防水泵消防水泵的容量設計準則為：用4臺泵瞬間提供常規(guī)島需用的最大消防水量。按汽機主油箱起火事故計算，大亞灣核電廠需要的消防水量為1043m3/h，加上同時幾個水龍帶耗用水量為200m3/h，總共需用消防水量為1243m3/h。(不考慮兩臺機組同時發(fā)生上述設計基準事故。)每臺泵出口均裝有再循環(huán)管，因此不管需用的流量大小，水泵均能安全運行。四臺消防水泵均安裝在聯(lián)合泵站內(nèi)。每臺機組的兩臺消防水泵裝在兩個鄰近濾網(wǎng)側(cè)的核島重要生水泵坑內(nèi)。消防水水源為大容積的混凝土池。每兩臺泵共用一個混凝土池。此混凝土池亦布置在聯(lián)合泵站內(nèi)的濾網(wǎng)區(qū)，消防水源由飲用水系統(tǒng)供給，再由生水系統(tǒng)作備用。當?shù)畠Υ嬗帽M，飲用水和生水系統(tǒng)都供不上淡水時，在迫切需要的緊急情況下，通過打開與核島重要生水系統(tǒng)的連接閥，也可以用海水直接供給消防水泵用水。11/27/2023136.1.6循環(huán)冷卻水處理為防止海生物在凝汽器和管溝內(nèi)滋生，對循環(huán)水進行氯化處理是有效的措施。但目前國內(nèi)外廣泛采用的還有機械處理的方法，即膠球清洗凝汽器管子和二次濾網(wǎng)裝置。實踐經(jīng)驗證明，濱海電站如采用機械處理方法，必須與氯化處理相結(jié)合才能收到預期效果。6.1.6.1循環(huán)水氯化處理方式

海水氯化可通過以下三種方式來實現(xiàn)：1)直接加氯處理；2)用次氯酸鈉溶液處理；3)就地注入電解海水產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液。11/27/2023146.1.6.2循環(huán)水氯化處理化學反應式經(jīng)過考察表明，以上三種過程具有十分接近的效果，都取決于溶液中形成的次氯酸，這種次氯酸構(gòu)成對海生物的主抑制劑。當氯溶解于水中時它的水解化學反應式如下：Cl2+H2O→H++Cl－+HOCl次氯酸分解產(chǎn)生氫和次氯酸離子：HOCl→H++OCl－在這些反應式中出現(xiàn)三種形式可用的氯，它們是：氯離子Cl，未離子化的次氯酸HOCl及次氯酸離子OCI－。此三種形式以平衡狀態(tài)存在，其相互間比例取決于溶液的pH值和溫度。此外不管引進的方式如何，是氣體氯還是次氯酸，其相互間比例是相同的。當pH為2~7時，HOCI占絕對優(yōu)勢；當pH＝7.4時，HOCl和OCl－大致相等；在pH>7.4時，OCl－的比例增大。當pH=8.0~8.5(這是海水的一般情況)和海水溫度達15℃時，所有的氯離子趨于消失。此時等值活性氯化物由下列混合物組成：以次氯酸鈉形式出現(xiàn)的次氯酸離子(OCl－)(約為80%)和次氯酸(HOCl)(約為20%)。當pH≥9.5時所有的可用氯以次氯酸離子(OCl－)的方式出現(xiàn)。當NaCl溶液被電解時，產(chǎn)生下列總反應式：NaCl+H2O→NaOCl+H2NaOCl+H2O→HOCl+NaOHHOCI→H++OCl－重要的產(chǎn)物為次氯酸HOCl及次氯酸離子(OCl)。這兩種產(chǎn)物能進入有機生物體內(nèi)，破壞其生態(tài)機制，從而能有效地防止循環(huán)冷卻水回路中的海生物滋長。11/27/2023156.1.6.3氯化處理對環(huán)境的影響循環(huán)水氯化濃度以達到何種程度為最佳?這取決于三方面因素：(1)能控制海生物的滋生；(2)經(jīng)濟方面的考慮；(3)環(huán)境保護方面的考慮。法國EDF曾會同環(huán)保部和工業(yè)部針對循環(huán)水氯化處理進行過各種試驗，旨在對每一座海濱電站氯化處理確定出最低有效的氯化水平。自1979年以來，EDF在Graveline電站曾進行過循環(huán)水氯化處理對生態(tài)影響的長期試驗。試驗結(jié)果認為：當循環(huán)水中活性氯濃度達1ppm左右時，能有效地控制海生物的生長。在Graveline電站，循環(huán)水的Cl2濃度限制在0.8ppm而在香港青山B站，Cl2濃度則控制在1.25ppm。試驗研究表明，含氯濃度在此水平下，在距離循環(huán)水排水口較遠處，氯化濃度迅速降低，對海域微生物及藻類無顯著影響。11/27/2023166.1.6.4就地注入電解海水產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液系統(tǒng)流程11/27/2023176.2輔助冷卻水系統(tǒng)(廣核15.3)6.2.1概述輔助冷卻水系統(tǒng)的功能是為常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)冷卻器和凝汽器真空系統(tǒng)真空泵封水冷卻器提供過濾了的海水作為冷卻水之用。冷卻水泵、濾網(wǎng)等主要設計均布置于汽機房低層的地坑內(nèi)。6.2.2系統(tǒng)描述11/27/2023186.2.2系統(tǒng)描述每臺汽輪發(fā)電機組設有一套輔助冷卻水系統(tǒng)，向其常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)的水冷卻器和凝汽器真空泵軸封水冷卻器提供冷卻水。水源為循環(huán)水進水暗溝內(nèi)的海水。大亞灣核電廠該系統(tǒng)共設置輔助冷卻水泵四臺，均為半容量，平時兩臺運行，兩臺備用。每條循環(huán)水暗溝接有輔助冷卻水泵兩臺。海水經(jīng)輔助冷卻水泵升壓后，送經(jīng)能自動清洗的濾網(wǎng)，然后提供常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)的三臺半容量水冷卻器以及凝汽器真空泵軸封水冷卻器。從這些冷卻器排出的海水排入汽機房內(nèi)主凝汽器循環(huán)水排水暗溝，送返大海。大亞灣核電廠該系統(tǒng)的設計壓力為0.5MPa，設計溫度為40℃。輔助冷卻水泵的進出口跨接有水位開關(guān)，它與電動機聯(lián)鎖，防止泵在未充水情況下起動。常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)的水溫控制依靠該系統(tǒng)的溫度控制閥調(diào)節(jié)旁路水量，并不依靠調(diào)節(jié)輔助冷卻水水量，因除鹽水溫度低些對其冷卻的輔助設備(如水泵軸封的冷卻)并無壞處。大亞灣核電廠該系統(tǒng)設計考慮海水正常溫度為23℃，最高溫度為33℃。11/27/2023196.2.3系統(tǒng)運行6.2.3.1起動輔助冷卻水泵分別與循環(huán)水進水暗溝相接，暗溝則由循環(huán)水泵供水。在正常情況下，與暗溝相接的輔助冷卻水泵中，每溝有一臺泵投入運行，另一臺備用，兩泵間具有聯(lián)鎖。當泵體內(nèi)已充水、水泵出口閥已全開的情況下，即由手動起動冷卻水泵。此時另一臺接于同一暗溝上的水泵即自動處于備用狀態(tài)。當以下情況出現(xiàn)時，備用泵將能自動投入運行：運行泵出口壓力過低(備用泵在遲5秒后投入)；運行泵停止運行；接于另一暗溝上的兩泵均停止運行；向另一暗溝供水的循環(huán)水泵停止運行。6.2.3.2停役運行人員在必要時可以通過手動按鈕停止輔助冷卻水泵的運行，此時本系統(tǒng)的冷卻水即告中斷。11/27/2023206.3常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)(廣核15.4)6.3.1概述常規(guī)島發(fā)電主、輔機械設備中有不少在運行過程中會發(fā)熱。例如汽機組的軸承、發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子、主給水泵組、負荷開關(guān)等，它們運行時發(fā)出的熱量必須直接或間接地排給冷卻水，以便使其工作溫度不致過高，保證長期安全運行，為此必須設置常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)。為了防止冷卻器結(jié)垢，本系統(tǒng)中的冷卻水采用除鹽水，并讓它閉路循環(huán)，以便重復使用，保證除鹽水的質(zhì)量。受熱升溫后的除鹽冷卻水，在專用除鹽水冷卻器中用海水冷卻，降溫后再參加循環(huán)。此外，系統(tǒng)還向海邊循環(huán)水泵電動機的空氣冷卻器供應冷卻水，向廠內(nèi)空氣壓縮機系統(tǒng)及輔助給水系統(tǒng)除氧器供應冷卻水。11/27/2023216.3.2系統(tǒng)流程本系統(tǒng)除鹽水的循環(huán)依靠冷卻水泵來提供動力。冷卻水泵從高位除鹽水箱吸入水，從水泵出口依次流經(jīng)除鹽水冷卻器、流量控制發(fā)訊孔板后送往各路負荷。圖上僅示出一些主要負荷，如勵磁機及整流器的空氣冷卻器、發(fā)電機氫冷卻器、定子水冷卻器、調(diào)節(jié)抗燃液冷卻器、汽輪機組冷油器、發(fā)電機空側(cè)密封油冷卻器、氫側(cè)密封油冷卻器、發(fā)電機母線冷卻器。負荷開關(guān)冷卻器、主給水泵的各種冷卻器、循