單臺CCW泵四列水室運行分析

王寧寧 張曉暉

摘 ?要：本文主要對單臺海水冷卻循環(huán)泵同時四列凝汽器水室運行的工況進行分析，當前機組計劃性功率期間停運一臺CCW泵，需要隔離一列凝汽器水室，即被隔離的凝汽器水室的汽側(cè)抽真空隔離閥，兩個旁排閥，進出口電動隔離閥關閉。汽側(cè)抽真空隔離閥如果隔離不嚴會影響真空泵運行甚至損壞真空泵。汽側(cè)抽真空隔離閥及兩個旁排閥需要現(xiàn)場手動關閉，且閥門行程幾百圈，操作費力費時。隔離一列水室后需要將凝汽器水室抽真空系統(tǒng)停運，其他三列水室失去抽真空，低潮位時可能不滿水。因此本文進行分析，以便在單臺CCW泵短時停運情況下（如CCW泵萬向節(jié)加油油脂），減少現(xiàn)場操作;避免水室抽真空系統(tǒng)停運;降低凝汽器抽真空泵受損風險。

關鍵詞：CCW泵 ?流量 ?性能 ?分析

中圖分類號：TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0077-03

Analysis of four condenser water chamber operation of single CCW pump

WANG Ningning ?ZHANG Xiaohui

（CNNC Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Jiaxing ?Zhejiang Province， 314300 ?China）

Abstract： This paper mainly analyzes the operation condition of four rows of condenser water chambers of a single seawater cooling circulating pump at the same time. When a CCW pump is shut down during the planned power period of the unit， it is necessary to isolate one row of condenser water chamber， that is， the steam side vacuum isolation valve， two side discharge valves and the inlet and outlet electric isolation valve of the isolated condenser water chamber are closed. If the isolation valve of steam side vacuum pumping is not strictly isolated， the operation of vacuum pump will be affected， and even the vacuum pump will be damaged. The steam side vacuum isolation valve and two by-pass valves need to be closed manually on site， and the valve stroke is hundreds of turns， so the operation is laborious and time-consuming. After isolating one row of water chambers， it is necessary to shut down the vacuumizing system of the water chamber of the condenser. The other three rows of water chambers lose vacuumizing， and may not be full of water at low tide level. Therefore， this paper analyzes in order to reduce the field operation， avoid the shutdown of the water chamber vacuum system and reduce the risk of damage to the condenser vacuum pump in the case of short-term shutdown of a single CCW pump （such as lubricating oil on the universal joint of CCW pump）.

Key words： CCW pump; Flow; Performance; Analysis

1 ?CCW系統(tǒng)簡介

杭州灣的海水經(jīng)過4條地下取水方涵進入泵房前池，然后進入12條尺寸、形狀均一致的取水通道，如圖1所示每臺機組6條，其中四條用于CCW泵取水，每臺機組有兩臺CCW泵，每臺有兩條取水通道，每條均為25%容量;另外兩條用于RSW系統(tǒng)取水，每條50%容量[1]。前池海水先后通過攔污格柵、前池閘門、胸墻、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)等設施后進入CCW泵，升壓后送入地下水泥方涵管，再由二次濾網(wǎng)過濾，進入凝汽器，帶走熱量，同RSW系統(tǒng)的排水在排水口混合后排入杭州灣[2]。

1.1 CCW泵

每臺機組設置了兩臺容量為50%的CCW泵，位于海水泵房內(nèi)CCW泵為立式混流泵，設計流量為18069L/s，設計壓頭為12.7m水柱。CCW泵電機額定功率3034kW，由4級電源6.3kV供電，額定轉(zhuǎn)速1000rpm，為防水型空氣冷卻馬達，CCW泵配備有一個中心齒輪減速箱，電機與其通過一根萬向軸和一根空心軸相連，兩個軸通過中間軸承連接[3]。

1.2 凝汽器

每臺機組有兩臺凝汽器，每臺凝汽器分為兩列水室，每列水室有獨立的進出口水室和電動隔離閥，可以對每列水室進行單獨隔離，便于泄漏處理和維修。凝汽器海水側(cè)設計壓力為345kPa，高于系統(tǒng)瞬態(tài)壓力。

1.3 現(xiàn)場布置

四臺CCW泵的電機位于海水泵房地下一層（91m），CCW泵體及其出口電動閥位于地下二層（79.2m），凝汽器入口電動閥位于TB底層81.7m（主凝結(jié)水泵區(qū)域），凝汽器出口電動閥位于TB底層81.7m（凝汽器氣側(cè)抽真空泵區(qū)域）。

2 ?運行分析目的

當前機組計劃性功率期間停運一臺CCW泵，需要隔離一列凝汽器水室，即被隔離的凝汽器水室的汽側(cè)抽真空隔離閥，兩個旁排閥，進出口電動隔離閥關閉。汽側(cè)抽真空隔離閥如果隔離不嚴會影響真空泵運行甚至損壞真空泵。汽側(cè)抽真空隔離閥及兩個旁排閥需要現(xiàn)場手動關閉，且閥門行程幾百圈，操作費力費時。隔離一列水室后需要將凝汽器水室抽真空系統(tǒng)停運，其他三列水室失去抽真空，低潮位時可能不滿水[4]。

結(jié)合上述，分析單臺CCW運行時同時四列凝汽器水室運行的可行性，以便在單臺CCW泵短時停運情況下（如CCW泵萬向節(jié)加油油脂），減少現(xiàn)場操作;避免水室抽真空系統(tǒng)停運;減少凝汽器抽真空泵受損風險。

3 ?CCW泵運行工況分析

一臺CCW 泵運行，不論是否隔離一列凝汽器水室，流過凝汽器的冷卻水流量降低，將導致凝汽器真空，上升到25.3kPa時汽輪機跳機。將導致低壓缸排氣溫度，上升到107℃時汽輪機跳機，一般要停泵前根據(jù)海水溫度決定功率水平，因此需要分析隔離一列水室與不隔離一列水室時凝汽器流量偏差，已確定不會因不隔離水室而導致過多的降功率幅度，但海水溫度及反應堆功率仍是凝汽器真空能否維持的關鍵[5]。

單臺CCW泵運行在四列水室與三列水室對比，流量應變大，因此凝汽器不是考慮重點，后續(xù)將根據(jù)參數(shù)計算對比兩者流量區(qū)別。對于泵而言，由于流量變大，出口壓力降低，泵是否會發(fā)生汽蝕，震動程度、溫度變化等是需要驗證的，且是單臺CCW泵能否帶四列凝汽器水室長期運行的關鍵。

4 ?運行試驗結(jié)果及參數(shù)分析

4.1 停運1#CCW泵帶四列水室運行

（1）在機組停運大修期間，不隔離凝汽器水室停運1#CCW泵，現(xiàn)場檢查各項參數(shù)記錄，隔離一列水室后記錄各項參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行簡單分析[6]。

（2）機組大修啟動階段，先停運一臺CCW泵，記錄相關參數(shù)，進行分析。

數(shù)據(jù)簡單分析：單臺泵運行時，出口壓力明顯變小，振動變大較多，凝汽器入口壓力明顯變小。

結(jié)合以上數(shù)據(jù)分析，單臺CCW泵運行四列水室時，對泵的運行具有一定挑戰(zhàn)：出口壓力明顯降低，（凝汽器入口壓力也相應有較大幅度降低），振動也有明顯上升，現(xiàn)場檢查人員反饋噪音也相應變大，且在海水潮位較低時，參數(shù)變化更加明顯。因此，不建議低潮位時單臺CCW泵運行四列凝汽器水室。而潮位高于多少能夠短時在這一工況下運行，還需進一步分析[7]。

4.2 單臺CCW泵四列水室運行凝汽器流量分析

由于CCW循環(huán)冷卻水管道直徑較大，采用外接流量計的方式無法測量，而系統(tǒng)內(nèi)部沒有裝設流量計。通過實際測量的方式不可行。對于凝汽器設計了入口二次濾網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計了出入口壓差變送器，可以通過伯努利方程粗略計算不同工況下的流量變化。從而分析單臺泵運行時四列水室相對三列水室時的流量區(qū)別，得出初步結(jié)論[8]。

根據(jù)伯努利方程，忽略位差（H1=H2），二次濾網(wǎng)出入口流速認為不變，則△P=KV2，若流過每個二次濾網(wǎng)的冷卻水流量為Q，則有。而壓差Δp是已知的，我們可以查詢不同工況下的壓差，從而定性的分析流量差別，得出以下結(jié)論。

單臺CCW泵4列水室運行：

停運一臺CCW泵前，凝汽器二次濾網(wǎng)的壓差在12～13kPa左右，停運CCW后，壓差在4～5kPa左右。

單列水室，冷卻水流量大約下降至之前流量的60%，即流入凝汽器總流量變?yōu)樵瓉淼?0%。

單臺CCW泵來說，為之前的1.2倍。

單臺CCW泵帶3列水室運行：

查詢PDS參數(shù)計算結(jié)果如下：（兩臺泵四列水室運行時壓差取平均值大約13kPa，一臺CCW泵帶三列水室壓差平均值約7.5kPa），同樣的計算結(jié)果為：

對單列水室，隔離一列水室后流量約為之前的0.76倍;凝汽器總流量，為之前的0.57倍。

對于運行泵，流量上升為原來的1.14倍。

（3）單臺CCW泵帶4列水室與單臺泵帶3列水室流量對比。

運行的CCW泵在四列水室運行時流量偏大，較三列水室時多約5%～6%，較四列正常運行時多約20%。

結(jié)合以上流量分析，可以看出，對于凝汽器冷卻水流量角度，若單臺CCW泵四列凝汽器水室運行與三列凝汽器水室運行對比，流量變多，可以滿足流量需求。另，以上參數(shù)在趨勢圖上看與海水潮位基本無關。

4.3 泵性能曲線分析

結(jié)合上述，單臺CCW泵運行時，CCW泵的運行工況、運行參數(shù)能否滿足自身要求，即不會對泵體產(chǎn)生損壞，成為能否帶四列水室運行的關鍵。并且在海水潮位較低的情況下，由于凈正吸入壓頭的減少，泵的運行參數(shù)變差明顯，通過分析泵的性能曲線（原設計圖），粗略得出該工況下最低潮位要求[9]。

可以發(fā)現(xiàn)，單臺泵運行四列水室，揚程最小，功率最小，效率最低，汽蝕余量最高，與現(xiàn)場實際測量結(jié)果吻合。如果單臺泵運行三列水室可以長期運行，那么若運行四列水室時海水潮位能保證三列水室的最低汽蝕余量，理論上泵也可以保持運行。

5 ?最終分析結(jié)論

結(jié)合以上分析，若在單臺CCW泵短時停運情況下，不隔離一列凝汽器水室運行，需要海水潮位至少87.5m以上，那么短時運行就有時間限制。根據(jù)海水潮位的趨勢圖，海水潮位超過87.5m的時間間隔大約為6h。因此，在計劃性的功率運行期間，在海水潮位高于87.5m時停運一臺CCW泵，并且能夠在6h內(nèi)重新啟動，可以不隔離一列凝汽器，保持單臺CCW泵及四列凝汽器水室運行。

參考文獻

[1] 98-71200-DM-000Primary Heat Transport System Design Manual（秦山三核系統(tǒng)設計手冊）.

[2] 98-71200-9022-MM-Pump Installation， Operationand Maintenance Manual（海水冷卻循環(huán)泵安裝、運行和維修手冊）.

[3] 98-71200/42130-OM-001 Condenser Circulating Water System（凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)運行手冊）.

[4] HQ-7-71200 Condenser Circulating WaterSystem（Gentilly-2電廠系統(tǒng)培訓教材）.

[5] 胡琨，張鵬，李瑩瑩.閉式循環(huán)冷卻水泵節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)[J].南方能源建設，2017，4（S1）：52-55.

[6] 陳宗賀.混流泵啟動過程瞬態(tài)空化特性數(shù)值模擬與試驗研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2018.

[7] 馬凌凌.混流泵啟動過程模型預測與瞬態(tài)特性的研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2020.

[8] 李偉，馬凌凌，施衛(wèi)東，等.混流泵啟動過程進口流動特性的數(shù)值模擬[J].中國機械工程，2020（6）：30.

[9] 靳曉樂，鄭廣新，劉偉.某核電廠輔助冷卻水泵電機振動故障診斷[J].噪聲與振動控制，2020，40（6）：140-143，152.