劉 杰，張月紅

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046）

關于AP1000循環(huán)水泵與凝汽器配合方案的討論

劉 杰，張月紅

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046）

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

核電機組；AP1000；循環(huán)水泵；凝汽器；瞬時壓力；配合；運行；方案

0 概 述

AP1000核電機組采用了較先進的第三代核電技術。核電機組中的循環(huán)水泵和凝汽器，是二回路熱循環(huán)系統(tǒng)中的冷端設備，在系統(tǒng)內起著非常重要的作用。汽輪機乏汽在凝汽器內凝結，凝結后的水作為給水，最終將被泵入蒸汽發(fā)生器內，成為吸收一回路熱量的介質，經(jīng)蒸發(fā)重新成為蒸汽，再推動汽輪機葉片做功。在換熱系統(tǒng)內，循環(huán)水泵迫使冷卻水流動，汽輪機乏汽才能在凝汽器內不斷凝結。因此，循環(huán)水泵與凝汽器的參數(shù)設定，有著密切的關系?，F(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)下對運行的影響。

1 循環(huán)水泵的配置方案

百萬千瓦級核電廠的泵機配置中，常為1機2泵、1機3泵及1機4泵這三種配置模式。選用和優(yōu)化配置模式，有賴于對機組進行全面的技術及經(jīng)濟性方面的比較。對于AP1000核電機組，目前，常接觸到的循環(huán)水泵配置方案，主要是1機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3泵進行配置的，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的原型設計方案，即三殼體、單背壓方案，目前已應用于三門、海陽核電項目，后續(xù)沿海AP1000核電站的設計方案，原則上也將采用此方案。至于內陸核電站可能會采取的雙殼體或者多背壓方案，也可參考原型設計方案進行分析。在方案設計中，相鄰凝汽器的兩個殼體間設置有聯(lián)通管，可用以平衡殼體間的殼側壓力。

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。事實上，隨著循環(huán)水泵配置數(shù)量的不同，循環(huán)水對凝汽器的分配方式也存在差異，可稱為母管制和獨立制。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，則采用了獨立制。母管制的配置示意圖，如圖1、圖2所示。獨立制的配置示意圖，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2泵，1機3泵等方案。但對于凝汽器而言，母管制均包含了2根母管，每根母管對應著半側的凝汽器。當循環(huán)水泵組停運1臺甚至2臺時，凝汽器的三個殼體還可以同時實現(xiàn)單側運行。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)定運行。

采用獨立制配置的則不同，當某臺循環(huán)水泵停運后，會出現(xiàn)不同的情況。以陸豐項目為例，該機組中凝汽器的運行參數(shù)，如表1所示。

表1 陸豐項目中凝汽器的運行參數(shù)

當切除1臺循泵后，變成2臺凝汽器為循環(huán)水單側運行（換熱面積為雙側運行時的一半），另1臺凝汽器為循環(huán)水雙側運行，導致3臺凝汽器的受熱不均勻，單側運行的凝汽器背壓升高，蒸汽通過聯(lián)通管進入雙側運行的凝汽器內，直到壓力的再平衡。

4 .2 獨立制配制循環(huán)水泵停運后的過程分析

4.2.1 按設計溫度為24℃進行計算

（1）假想的瞬態(tài)壓力

不考慮聯(lián)通的情況下，雙側運行的凝汽器背壓值保持不變，仍為5.7 kPa。對于半側運行的凝汽器，其換熱面積減半，冷卻水量假定為設計值的55%，則計算所得的背壓值約為9.6 kPa。但實際運行時，由于聯(lián)通管的存在，這個瞬態(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，當壓力平衡后，從3個凝汽器的整體上進行考慮，換熱面積為設計值的2/3，冷卻水量約為設計值的73.3%。假設蒸汽的流動不受限制，則計算所得的平均背壓約為7.3 kPa。由于聯(lián)通管的作用，壓力較高凝汽器內的蒸汽，將會向壓力較低的凝汽器內流動，相鄰凝汽器之間的壓差，不斷趨向于平衡，3個低壓缸的排汽始終可認為是均等的，而聯(lián)通管的通流能力有限，那么在動態(tài)的平衡過程中，最終會形成一種穩(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，將遠小于瞬態(tài)壓力下的壓差。

實際運行時，還存在兩種狀態(tài)，即1號循環(huán)水泵停運或3號循環(huán)水泵停運。當1號循環(huán)水泵停運，則B、C凝汽器為半側運行。當3號循環(huán)水泵停運，則A、B凝汽器為半側運行。兩者運行狀態(tài)下的熱力模型是一致的，但3個凝汽器的穩(wěn)態(tài)背壓均不一致，雙側運行狀態(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（有時為C、B、A）壓力，依次為6.6 kPa、7.9 kPa、8.1 kPa，其算術平均值為7.5 kPa。

當2號循環(huán)水泵停運時，A、C凝汽器為半側運行。雙側運行的B凝汽器壓力為最低，半側運行的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，其算術平均值為7.4 kPa。

4.2.2 按極端高溫34.7℃進行計算

（1）假想瞬態(tài)壓力

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

（2）最終穩(wěn)態(tài)壓力

考慮聯(lián)通管的作用，當壓力平衡后，計算所得的平均凝汽器背壓約為12.3 kPa。當然，在實際運行時，也存在兩種情況，可分為1號循環(huán)水泵停運或3號循環(huán)水泵停運，此時，A、B、C凝汽器（有時為C、B、A）壓力，依次為11.3 kPa、13.3 kPa、13.6 kPa，其算術平均值為12.7 kPa。

當2號循環(huán)水泵停運時，A、B、C凝汽器的壓力，依次為12.6 kPa、12.0 kPa、12.6 kPa，其算術平均值為12.4 kPa。

4.3 配置方案的分析

從計算結果可知，采用獨立制的循泵配置方案后，當單臺循泵停運時，3臺凝汽器的壓力會有差異，尤其在水溫較高時，考慮到循環(huán)水泵剛停運，會出現(xiàn)瞬態(tài)較大的壓力差。從汽輪機的安全運行進行分析，相鄰低壓缸之間的壓差或者說溫度差是有限制的。因此，如果采用獨立制配置方案，當循環(huán)水泵故障時，無法保持3臺凝汽器的壓力平衡，需要根據(jù)汽輪機的運行要求，對極限壓差進行核算，必要時，應采取措施，才能保證汽輪機的運行安全。

5 結 語

對常見的循環(huán)水泵與凝汽器的配置方式，進行了歸納和總結。選擇何種配置方式，取決于各機組的運行情況和經(jīng)濟性分析。需考慮的是，在單臺或多臺循環(huán)水泵突然停運狀態(tài)下，對凝汽器背壓帶來的影響。尤其是當處于極端水溫下，因循環(huán)水泵的停運，將使凝汽器不均勻的半側運行，并產生瞬時壓力差。過大的壓差或溫差，會給軸系的安全運行帶來隱患。壓差的限制值，應由汽輪機生產廠家給出。如果瞬時壓力差超過限制值，則有必要考慮降負荷運行，以降低壓差增大帶來的影響，確保汽輪機的安全運行。

[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，主要從事電站輔機設備及系統(tǒng)的設計和研究工作。