常规岛冷却水系统

第五章PWR常规岛冷却水系统(2)5.1循环冷却水系统5.1.1概述

循环冷却水系统(简称循环水系统)的功能是通过两条独立的进水渠向每台机组的凝汽器和辅助冷却水系统提供冷却水(海水)，对每台机组所需的全部海水进行过滤，并对循环水进行氯化处理。循环水系统与下列系统及设备有关：

(1)循环水过滤系统

(2)循环水处理系统

(3)阴极保护系统

(4)循环水管系充水系统

(5)凝汽器

(6)二次滤网系统2/4/202315.1.2循环水及过滤系统2/4/202325.1.3联合泵站以大亚湾核电厂为例，联合泵站可分为下列两个主要部分：

(1)进水，预过滤，细过滤；(2)泵房。泵站从建筑物南侧供水渠道直接取水，通过预过滤和细过滤设施同时向循环水泵和核岛重要生水系统水泵供水。每台机组的循环水管道又分成两个系列A和B，分别向三台凝汽器的半侧供水。5.1.3.1循环水过滤系统循环水过滤系统可分成预过滤设备及细过滤设备(即一次滤网)。

1.预过滤设备

在每个系列的进水渠道中，按水流方向分别装设：粗滤网、闸板门及带有机械消除垃圾装置的拦污栅。粗滤网的栅格间隔为200mm，用于阻拦体积较大的漂浮物体进入泵站。闸板门的作用是：当泵站内部沟渠或滤网结构需要检修时，可将闸板门放下隔断海水；当设备正常运行时，则被取出储存在专用的井坑中。在闸板门滑动的框架上装有带喷嘴的母管，此母管与循环水处理系统相连接，用于向进口循环水中注射次氯酸钠。拦污栅的栅格间隔为50mm,栅格截面为40×8mm,垃圾清除耙的行走速度约为3.8m/min.

拦污栅配备有垃圾清除器，清除器由装有耙齿的翻动水槽组成。每台拦污栅由下列主要部件组成：①一个栅格滤网：由下、中、上三部分组成，材料均为AISl316L不锈钢，用螺栓固定在预埋混凝土中的凸耳上。②一个滑行导向道，由AISl316L不锈钢材料制成。用螺栓固定在预埋混凝土中的凸耳上。③一个滑车。④一个装备好的耙子，带有与耙子同宽度的可翻水槽，用于收集垃圾等杂物。⑤驱动装置及限位开关。⑥一个用铰链装设的活板。滑车和耙子水槽组合件由一台卷扬机带动，组合件用两个绳扣通过一个减振器与钢丝绳相连接。每台拦污栅装配有一台浮子式差压计和一台气动差压计。它们控制垃圾清除器的运行周期：当拦污栅进出口压力损失达到一个规定数值时，垃圾耙就会启动运行，直到压力损失降到正常值为止。垃圾清除器亦可由定时回路控制，每隔480min启动垃圾耙一次，保持进出口压差在阈值以下即<0.12m水柱。2/4/20233

2.细过滤设备(一次滤网)一次滤网为旋转鼓型滤网，滤网鼓中心轴线呈水平布置，滤网结构如右图所示，水自滤网外侧流向网内部，水中垃圾污物被留在网外圆表面。由于滤网以低速旋转，在滤网鼓外圆表面装设的倾斜角钢将垃圾带到水面以上。在图的右上角处装有冲洗喷嘴，高压水自喷嘴中喷出，将附着于滤网表面的垃圾清除，通过一排水沟道排走。每台滤网装有2台冲洗水泵。正常运行时，一台泵运行，一台泵备用。此外考虑到特殊海生物如水母等附着在网孔上不易清除，在冲洗回路中装设有一台升压泵。此种高压泵并不经常使用，只有在大量海生物附着于滤网表面不易清除时才投入使用。另外在冲洗水回路中还装有冲洗水滤网。滤网旋转速度有3档：低速、中速、高速，其速度分别为2.5m/min、10m/min、20m/min。在滤网的内外两侧装有压差计(浮子式和气动式压头损失指示器)，以测量滤网两侧的压差。滤网的工作压差分三级：一级为20cm水柱，二级为30cm水柱，三级为50cm水柱。当滤网在一级压差下工作时，它从低速转变为中速运转，在二级压差下工作时，从中速转变为高速运转，同时启动冲洗水的升压泵。鼓型旋转滤网与我国目前火电站常用的链式滤网相比较，具有下列特点：

(1)当保护凝汽器冷却面积不受污染成为主要问题时，一项安全准则是选用滤网网眼尺寸约等于1/6凝汽器管子的内径。大亚湾凝汽器钛管内径约为24mm，故选用3×3mm网孔尺寸，符合这一安全准则，能避免凝汽管由于污染而被迫停下清理；

(2)滤网鼓的直径随潮位变化辐度加大而增大。

(3)能适用于大流量。

(4)滤网鼓速度可以变化，当用较快速度旋转时，可以处理较多的浮悬物；

(5)在滤网进出口压差增大时，滤网鼓的驱动功率不增加；

(6)与链式滤网相比较，鼓型滤网可用较浅的井坑；

(7)鼓型滤网的转动与静止部分的密封采用压力式密封，密封性能较好；

(8)鼓型滤网可靠性较好；

(9)鼓型滤网的维修工作可以进行得更快更省。2/4/202345.1.3.2循环冷却水泵

1.系统布置

大亚湾核电厂循环水泵系统的布置为每台机组配备两台循环水泵，水泵与凝汽器采用单元连接方式。每台汽轮机有三台凝汽器，每台凝汽器水室又被分割为两个独立的水室，每台水泵与三台凝汽器水室的一半连接形成独立的回路。两台水泵采用两条压力管道输送循环水到汽轮机厂房，这两条压力管道之间无任何管道连接，整个循环水系统形成无阀门回路。

2.循环水泵大亚湾核电厂循环水泵采用英国NEIAllen公司生产的垂直布置混流式水泥蜗壳水泵，与国产金属蜗壳(50ZLQ-50型)循环水泵比较，立式水泥蜗壳型水泵具有下列特点：

(1)水泵蜗壳与进水通道均为混凝土浇制，从鼓型旋转滤网出口到水泵叶轮进口处形成进水通道，整个通道的型线和尺寸由制造厂通过模型试验确定，施工中由制造厂提供木模图纸，在香港一家NEI的工厂中加工成木模部件运到工地来装配成整个木模后，才进行安装和浇灌混凝土，因而能保证良好的进水水力特性。需要指出的是：在循环水泵的进水通道上，通道断面由方形收缩变为圆形，形成收敛形混凝土弯头。此种结构可消除滞流区及旋蜗，因而可避免带入空气造成的振动及海生物的沉积和污染。

(2)水泥蜗壳无腐蚀，无振动，不需要大量的维修工作。

(3)水泵轴承与海水隔离，油润滑磨损小，温度检查方便，使用寿命至少十年，维修简便。

(4)泵轴在机械密封处装有轴套，因此处于干燥状态，不与海水接触，无腐蚀。

(5)检查维修方便简单,无重的荷载,检查时不需要解体,一般5~7年大修一次。

(6)与海水接触的金属部件均用防海水腐蚀的不锈钢或不锈铸铁(静止部件)制作，结构较简单且转速较低，故运行可靠性较高。2/4/202355.1.3.3核岛重要生水泵(EssentialServiceSystem)这里还需要指出的是：水泵叶轮型式在国外多采用离心式(法国Bergeron厂)和混流式(英国NEIAllen厂)，而国内较多地采用轴流式(50ZLQ-50型水泵)。与轴流式水泵相比，离心式或混流式水泵具有下列优点：

(1)轴流式叶轮对进水方式更为敏感，因为其大部分作功是在叶轮进口处完成，不正确的进水方式可导致压头-流量曲线的改变、效率的降低和工况的不稳定，往往会产生振动和噪音，这是轴流泵的一个缺点，而离心式或混流式水泵正是克服了此缺点。

(2)此种水泵的特点为大流量低扬程，其比转速范围为80~250。在水泵以比转速为函数的最大效率曲线中，当比转速从60~80开始，水泵的效率逐步下降，大亚湾循环水泵的比转速为95.5(混凝土蜗壳立式泵的设计中一般70~125)，而国产50ZLQ-50型轴流式循环水泵的比转速为156左右，因而效率较低。

(3)轴流式水泵需要有更大的NPSH值(对相同的流量和压头而言)。因而轴流式水泵的叶轮需要装设在比离心式和混流式叶轮更低的位置。

(4)在相同的压头下，离心式和混流式水泵中水流速度较低，这可减轻腐蚀和浸蚀现象。当用海水冷却时，这一点尤为重要。核岛重要生水泵属于核岛重要生水系统，其安全等级为三级，其功能为向核岛设备冷却水系统内的冷却器不间断地供给冷却水。每台机组配备有四台核岛重要生水水泵，它们布置在两台循环水泵之间的井坑内，每台泵占有一个井坑，彼此间相互隔离。水泵进水来自鼓型滤网出口通往循环水泵入口的通道上。每两台核岛重要生水泵的出水管并联在一起，通过一条输水管输水到核岛厂房。每台机组装有两条输水管。2/4/202365.1.3.4消防水泵消防水泵的容量设计准则为：用4台泵瞬间提供常规岛需用的最大消防水量。按汽机主油箱起火事故计算，大亚湾核电厂需要的消防水量为1043m3/h，加上同时几个水龙带耗用水量为200m3/h，总共需用消防水量为1243m3/h。(不考虑两台机组同时发生上述设计基准事故。)

每台泵出口均装有再循环管，因此不管需用的流量大小，水泵均能安全运行。四台消防水泵均安装在联合泵站内。每台机组的两台消防水泵装在两个邻近滤网侧的核岛重要生水泵坑内。消防水水源为大容积的混凝土池。每两台泵共用一个混凝土池。此混凝土池亦布置在联合泵站内的滤网区，消防水源由饮用水系统供给，再由生水系统作备用。当淡水储存用尽，饮用水和生水系统都供不上淡水时，在迫切需要的紧急情况下，通过打开与核岛重要生水系统的连接阀，也可以用海水直接供给消防水泵用水。为防止海生物在凝汽器和管沟内滋生，对循环水进行氯化处理是有效的措施。但目前国内外广泛采用的还有机械处理的方法，即胶球清洗凝汽器管子和二次滤网装置。实践经验证明，滨海电站如采用机械处理方法，必须与氯化处理相结合才能收到预期效果。5.1.4循环冷却水处理2/4/202375.1.4.1循环水氯化处理海水氯化可通过以下三种方式来实现：

1)直接加氯处理；

2)用次氯酸钠溶液处理；

3)就地注入电解海水产生的次氯酸钠溶液。经过考察表明，以上三种过程具有十分接近的效果，都取决于溶液中形成的次氯酸，这种次氯酸构成对海生物的主抑制剂。当氯溶解于水中时它的水解化学反应式如下：

Cl2+H2O→H++Cl－+HOCl

次氯酸分解产生氢和次氯酸离子：

HOCl→H++OCl－在这些反应式中出现三种形式可用的氯，它们是：氯离子Cl，未离子化的次氯酸HOCl及次氯酸离子OCI－。此三种形式以平衡状态存在，其相互间比例取决于溶液的pH值和温度。此外不管引进的方式如何，是气体氯还是次氯酸，其相互间比例是相同的。当pH为2~7时，HOCI占绝对优势；当pH＝7.4时，HOCl和OCl－大致相等；在pH>7.4时，OCl－的比例增大。当pH=8.0~8.5(这是海水的一般情况)和海水温度达15℃时，所有的氯离子趋于消失。此时等值活性氯化物由下列混合物组成：以次氯酸钠形式出现的次氯酸离子(OCl－)(约为80%)和次氯酸(HOCl)(约为20%)。当pH≥9.5时所有的可用氯以次氯酸离子(OCl－)的方式出现。当NaCl溶液被电解时，产生下列总反应式：

NaCl+H2O→NaOCl+H2NaOCl→H2O→HOCl+NaOH

HOCI→H++OCl－重要的产物为次氯酸HOCl及次氯酸离子(OCl)。这两种产物能进入有机生物体内，破坏其生态机制，从而能有效地防止循环冷却水回路中的海生物滋长。2/4/202385.1.4.2氯化处理对环境的影响循环水氯化浓度以达到何种程度为最佳?这取决于三方面因素：(1)能控制海生物的滋生；(2)经济方面的考虑；(3)环境保护方面的考虑。法国EDF曾会同环保部和工业部针对循环水氯化处理进行过各种试验，旨在对每一座海滨电站氯化处理确定出最低有效的氯化水平。自1979年以来，EDF在Graveline电站曾进行过循环水氯化处理对生态影响的长期试验。试验结果认为：当循环水中活性氯浓度达1ppm左右时，能有效地控制海生物的生长。在Graveline电站，循环水的Cl2浓度限制在0.8ppm而在香港青山B站，Cl2浓度则控制在1.25ppm。试验研究表明，含氯浓度在此水平下，在距离循环水排水口较远处，氯化浓度迅速降低，对海域微生物及藻类无显著影响。2/4/202395.2辅助冷却水系统5.2.1概述辅助冷却水系统的功能是为常规岛闭路冷却水系统冷却器和凝汽器真空系统真空泵封水冷却器提供过滤了的海水作为冷却水之用。冷却水泵、滤网等主要设计均布置于汽机房低层的地坑内。5.2.2系统描述2/4/2023105.2.2系统描述每台汽轮发电机组设有一套辅助冷却水系统，向其常规岛闭路冷却水系统的水冷却器和凝汽器真空泵轴封水冷却器提供冷却水。水源为循环水进水暗沟内的海水。大亚湾核电厂该系统共设置辅助冷却水泵四台，均为半容量，平时两台运行，两台备用。每条循环水暗沟接有辅助冷却水泵两台。海水经辅助冷却水泵升压后，送经能自动清洗的滤网，然后提供常规岛闭路冷却水系统的三台半容量水冷却器以及凝汽器真空泵轴封水冷却器。从这些冷却器排出的海水排入汽机房内主凝汽器循环水排水暗沟，送返大海。大亚湾核电厂该系统的设计压力为0.5MPa，设计温度为40℃。辅助冷却水泵的进出口跨接有水位开关，它与电动机联锁，防止泵在未充水情况下起动。常规岛闭路冷却水系统的水温控制依靠该系统的温度控制阀调节旁路水量，并不依靠调节辅助冷却水水量，因除盐水温度低些对其冷却的辅助设备(如水泵轴封的冷却)并无坏处。大亚湾核电厂该系统设计考虑海水正常温度为23℃，最高温度为33℃。2/4/2023115.2.3系统运行5.2.3.1起动辅助冷却水泵分别与循环水进水暗沟相接，暗沟则由循环水泵供水。在正常情况下，与暗沟相接的辅助冷却水泵中，每沟有一台泵投入运行，另一台备用，两泵间具有联锁。当泵体内已充水、水泵出口阀已全开的情况下，即由手动起动冷却水泵。此时另一台接于同一暗沟上的水泵即自动处于备用状态。当以下情况出现时，备用泵将能自动投入运行：运行泵出口压力过低(备用泵在迟5秒后投入)；运行泵停止运行；接于另一暗沟上的两泵均停止运行；向另一暗沟供水的循环水泵停止运行。5.2.3.2停役运行人员在必要时可以通过手动按钮停止辅助冷却水泵的运行，此时本系统的冷却水即告中断。2/4/2023125.3常规岛闭路冷却水系统5.3.1概述常规岛发电主、辅机械设备中有不少在运行过程中会发热。例如汽机组的轴承、发电机的定子和转子、主给水泵组、负荷开关等，它们运行时发出的热量必须直接或间接地排给冷却水，以便以其工作温度不致过高，保证长期安全运行，为此必须设置常规岛闭路冷却水系统。为了防止冷却器结垢，本系统中的冷却水采用除盐水，并让它闭路循环，以便重复使用，保证除盐水的质量。受热升温后的除盐冷却水，在专用除盐水冷却器中用海水冷却，降温后再参加循环。此后，系统还向海边循环水泵电动机的空气冷却器供应冷却水，向厂内空气压缩机系统供应冷却水。2/4/2023135.3.2系统流程本系统除盐水的循环依靠冷却水泵来提供动力。冷却水泵从高位除盐水箱吸入水，从水泵出口依次流经除盐水冷却器、流量控制发讯孔板后送往各路负荷。图上仅示出一些主要负荷，如励磁机及整流器的空气冷却器、发电机氢冷却器、定子水冷却器、调节抗燃液冷却器、汽轮机组冷油器、发电机空侧密封油冷却器、氢侧密封油冷却器、发电机母线冷却器。负荷开关冷却器、主给水泵的各种冷却器、循环水泵电动机空气冷却器、空压机冷却器、辅助给水除氧器冷却器以及取样冷却器等。2/4/2023145.3.3系统运行5.3.3.1正常运行本系统的正常运行是：系统冷却水用二台冷