谷 鐵，朱克勤，顧傳俊，董恩興，高云飛，姚嘉俊

（福建福清核電有限公司，福建福清 350300）

0 引言

電動主給水泵是核電站二回路及其重要的轉(zhuǎn)動設(shè)備，泵運行時從除氧器吸水，經(jīng)高加后為蒸汽發(fā)生器提供給水。主給水泵的可靠安全運行，對于機組安全運行及其重要，當(dāng)主給水泵故障時可能引起甩負(fù)荷、停機停堆的風(fēng)險。

為保證電動主給水泵正常安全啟動，給水泵啟動前需要進行充分的暖泵，如果暖泵不充分，將由于熱膨脹不均，會使上下殼體出現(xiàn)溫差而產(chǎn)生拱背變形。在這種情況下一旦啟動給水泵，就可能造成動靜部分的嚴(yán)重磨損，使轉(zhuǎn)子的動平衡精度受到破壞，結(jié)果必然導(dǎo)致泵的有害振動，損壞軸承，縮短軸封的使用壽命。

另外備用主給水泵在未暖泵的情況下啟動，將冷水泵送到高加系統(tǒng)，進而到蒸汽發(fā)生器，將導(dǎo)致高加疏水突然大量增加可能引起高加隔離，導(dǎo)致一回路引入不必要的正反應(yīng)性，導(dǎo)致熱功率和核功率上漲，有超功率的風(fēng)險。同時影響蒸汽發(fā)生器給水的安全，存在引起停堆停機的風(fēng)險。由于暖泵不充分不達標(biāo)引起的相關(guān)事件如下。

（1）2011 年8 月27 日，美國San Onofre 核電站3 號機組給水泵由于排水冷卻過程中閥門故障導(dǎo)致給水泵上下溫差達40 ℃（標(biāo)準(zhǔn)是40 ℉），引起泵軸抱死，導(dǎo)致機組在65%功率水平下延長4 天檢修時間更換給水泵軸承。

（2）2011 年12 月24 日，某一核電執(zhí)行TP4APA50 主給水泵切換試驗時，備用停運的主給水泵在未暖泵（設(shè)計上無持續(xù)暖泵的管線）的情況下自動啟動，導(dǎo)致大量冷水進入高加，使得高加因疏水增加到高三水位時，兩列高加自動解列，同時冷水進入SG，向一回路引入正反應(yīng)性，引起一回路超功率。

（3）2015 年6 月14 日，某一核電運行的一臺主給水泵控制卡件故障，主控手動啟動未暖泵（設(shè)計上無持續(xù)暖泵的管線）的備用主給水泵，同樣的原因引起高加解列，一回路因超功率停堆。

可知，啟動主給水泵前對給水泵啟動進行充分的暖泵和設(shè)計能夠持續(xù)進行暖泵的管線是非常必要的。

1 核電主給水泵暖泵

當(dāng)汽機額定功率運行時，電動主給水泵系統(tǒng)（APA 系統(tǒng)）兩臺給水泵運行，另一臺備用停運。處于備用停運的電動主給水泵泵殼溫度、給水管道溫度、給水管道內(nèi)不流動的流體、泵腔室內(nèi)不流動的流體均將因散熱而緩慢下降，除氧器內(nèi)水溫和備用泵管道和泵體內(nèi)水溫逐漸增大，備用泵停運時間越長則備用泵的給水管道和泵體內(nèi)的水溫度越低。

給水泵主要使用正暖和逆暖兩種暖泵方式。正暖主要是通過開啟主給水泵體疏水閥門，排走泵體內(nèi)相對較冷的水，用除氧器的熱水補充進泵體。而逆暖（倒暖）方式即從泵出口取熱水，流經(jīng)泵體將冷水通過入口管道帶入除氧器。

在給水泵檢修后啟動或系統(tǒng)第一臺給水泵啟動即（冷態(tài)啟動）時，一般采用正暖。給水泵熱態(tài)啟動（已有其他給水泵處于運行）或泵處于備用停運狀態(tài)需要持續(xù)暖泵時，一般采用逆暖。

只有正暖（“充排”模式）暖泵的缺點和風(fēng)險：①因排水進入到常規(guī)島廢液收集系統(tǒng)SEK 坑而浪費大量的給水，而且為防止排出的較熱的給水產(chǎn)生大量蒸汽，需要使用常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)SER 的水來冷卻，進而浪費大量SER 冷卻水。②暖泵直接對空排出水相對比較熱，可能產(chǎn)生大量蒸汽，需要緩慢進行，暖泵耗費時間長。同時產(chǎn)生的蒸汽有觸發(fā)區(qū)域內(nèi)消防動作的風(fēng)險，消防一旦動作泵電機和就地電加熱器控制柜、轉(zhuǎn)速控制柜等主給水泵相關(guān)的電氣設(shè)備存在被噴淋的風(fēng)險。

2 福清核電暖泵方案的設(shè)計研究

2.1 從運行的給水泵的中壓管道上引暖泵水的暖泵方案設(shè)計

方案1：從運行泵永久濾網(wǎng)處的排水管線引暖泵水，熱水接入備用泵永久濾網(wǎng)排水管線暖泵。將3 臺主給水泵永久濾網(wǎng)排水管線連接到一個總管道上，正常運行時，這些排水閥APA181，182VL，281VL，282VL，381VL，382VL 均置于開啟狀態(tài)，通過引用處于運行泵的中壓管道上的帶壓熱水到“暖泵總管”上，在“暖泵總管”上增加一個壓力表APA001LP，通過調(diào)節(jié)排水閥門開度進行節(jié)流降壓，調(diào)節(jié)壓力使得表APA001LP 壓力約大于備用泵中壓管道上的壓力（APA101MP，201MP 或301MP）0.2～0.3 MPa，以提供暖泵水動力，克服管網(wǎng)阻力進行暖泵暖管。通過調(diào)節(jié)閥門節(jié)流降壓（也可以設(shè)置節(jié)流孔板降壓）后的帶壓熱水，經(jīng)備用泵中壓管道永久濾網(wǎng)排水閥逆向進入備用泵的中壓管道對備用泵進行暖泵。

例如正常運行時若APA102PO 處于備用狀態(tài)，APA202PO，302PO 處于運行狀態(tài)，通過開啟APA281VL，282VL，381VL，382VL，從運行的泵的中壓跨接管線上引壓（滿負(fù)荷時運行泵的中壓管道上壓力約3.3 MPa），利用閥門節(jié)流降壓，將引出的運行泵的熱水壓力降到約1.3～1.4 MPa（停運的備用泵中壓管道壓力約1.0 MPa，壓差用于克服管網(wǎng)壓力和泵與除氧器約20 m的高度差），用于暖備用泵的熱水經(jīng)APA181VL，182VL 進入1APA101PO，102PO 然后進入除氧器，進行連續(xù)暖泵暖管。

在調(diào)試和運行初期，永久濾網(wǎng)經(jīng)常因壓差高需要停泵隔離排水后更換濾網(wǎng)。所以另外可以考慮在永久濾網(wǎng)（APA102FI，202FI，302FI）的排水管線上加裝小濾網(wǎng)（圖1 中a，b，c），當(dāng)永久濾網(wǎng)壓差高時，不需要將運行的泵停運，只需開啟永久濾網(wǎng)的排水管線上的閥門，將濾網(wǎng)上的雜物沖洗到小濾網(wǎng)上，通過隔離檢修小濾網(wǎng)即可。

圖1 方案1 原理

上述暖泵方案從壓力相對較低的前置泵出口中壓管道引暖泵水，避開從泵出口的高壓管道引水，減少了暖泵取水的降壓負(fù)擔(dān)，無需在主給水管道上開孔，利用現(xiàn)有的管道引暖泵水，增加的閥門較少。開展技改工作時可以一定程度上保證主給水仍處于可用狀態(tài)，開工的窗口比較寬松。

2.2 將備用泵內(nèi)的帶壓冷水排向他處，引入除氧器內(nèi)熱水補充的“充排”的暖泵方案設(shè)計

方案2：利用GSS190PO 動力抽水暖泵方案。從APA 泵或管道排水點如APA181VL，182VL，281VL，282VL，381VL，382VL引排水管接到GSS190PO 入口處，GSS190PO 將APA 管道和泵體內(nèi)的冷水抽送到除氧器，進行暖泵。GSS190PO 和主給水泵組都位于-7.5 m，且相距較近。APA 泵備用時管道內(nèi)壓力為1.1 MPa，GSS190PO 入口壓力也約為1.0 MPa 左右，滿功率時GSS103BA 溫度約為175 ℃左右，和除氧器溫度相近，有將給水泵暖泵到除氧器溫度的條件。該方案的優(yōu)點：利用GSS 疏水泵將APA 備用泵內(nèi)的冷水抽出送到除氧器ADG 內(nèi)，能保主給水泵處于持續(xù)暖泵；缺點：存在使得GSS103BA 疏水不暢，導(dǎo)致GSS103BA 液位到1700 mm 導(dǎo)致汽機跳機的風(fēng)險，需要在GSS103BA 去GSS190PO 的入口管道上增加逆止閥（圖2 中閥門A），防止水倒流引起GSS103BA 液位異常上升引起汽機跳機。另外當(dāng)主給水泵啟動時將使得GSS190PO 入口壓力升到約3.3 MPa 的高壓，故需要在APA 管線去GSS190PO 的管線上設(shè)置背壓調(diào)節(jié)閥門（圖2 中閥門B），當(dāng)管線中的壓力上漲到一定值時，自動關(guān)閉該閥門，以防止主給水泵啟動后，壓力達3.3 MPa的水進入GSS190PO 入口，影響GSS103BA 內(nèi)疏水的排放。

圖2 方案2 原理

方案3：向ACO 水箱排冷水暖泵方案。從APA 泵組的最低排水點APA181VL，182VL，281VL，282VL，381VL，382VL 處引排水管道到ACO 疏水箱ACO301BA，對于處于備用停運的泵，通過給水泵中壓管道與ACO 水箱之間的壓差，將中壓管道中的冷水排水到ACO 水箱，排出的水經(jīng)ACO 泵送到4 號低加管側(cè)入口經(jīng)4 號低加蒸汽加熱后進入除氧器，相當(dāng)于“充排”模式暖泵。正常運行時3 號低加殼側(cè)：0.21 MPa，138.7 ℃，4 號低加殼側(cè)參數(shù)大概為0.38 MPa，196.4 ℃左右，ACO 水箱的參數(shù)為0.42 MPa，溫度120 ℃，在備用泵去ACO301BA 的排冷水管線上設(shè)置備用調(diào)節(jié)閥C，以便調(diào)節(jié)去ACO301BA 的排水壓力，在備用泵啟動時背壓調(diào)節(jié)閥C 自動關(guān)閉。這種方式有利于提高機組熱效率，減少二回路水的損失。

3 結(jié)論

采用“從運行的給水泵的中壓管道上引暖泵水”暖泵設(shè)計方案或是“將備用泵內(nèi)的帶壓冷水排向他處引入除氧器內(nèi)熱水補充”暖泵方案。這兩種方案均可以避免“正暖（充排）”方式暖泵時浪費大量的給水和SER 冷卻水，也可以避免出現(xiàn)“旁通逆止閥的暖泵管線方案”引起的大量暖泵水流旁通泵的情況，也可以避免“從給水泵出口高壓管道取暖泵水”方案存在的降壓負(fù)擔(dān)和高壓水沖刷和泄漏的風(fēng)險。

同時通過“從中壓管道上引暖泵水”的方案，在永久濾網(wǎng)（APA102FI，202FI，302FI）的排水管線上加裝小濾網(wǎng)的設(shè)計，可以實現(xiàn)在永久濾網(wǎng)壓差高時，不需要將運行的泵停運，只需開啟永久濾網(wǎng)的排水管線上的閥門，將濾網(wǎng)上的雜物沖洗到小濾網(wǎng)上，通過隔離檢修小濾網(wǎng)即可解決問題，避免調(diào)試和大修啟動階段因水質(zhì)差導(dǎo)致永久濾網(wǎng)堵塞，停運主給水泵進行清洗永久濾網(wǎng)所帶來的排水檢修及檢修后充水排氣暖泵引起的人力物力浪費。