秦山二厂安全厂用水系统运行缺陷及原因分析

李建业 马国栋 马泽龙 闫明

摘 要：安全厂用水系统（SEC）是用来将设备冷却水系统（RRI）收集的热负荷输送到最终热阱—海水，同时作为冷却系统的一部分，它又具有安全功能，在正常运行和事故工况下能把从安全有关构筑物、系统和部件来的热量输送到最终热阱。SEC系统的正常、可靠运行是整个机组正常运行的前提。该文在通过分析杭州湾水质特殊情况，结合安全厂用水系统运行中出现的问题，分析原因，探讨解决办法和改进措施。

关键词：安全厂用水 泥沙磨损 汽蚀

中图分类号：TL36 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0063-01

秦山二厂安全厂用水系统（SEC）作为核电站的一个重要辅助系统，其功能是将设备冷却水系统（RRI）的热负荷传递给最终热阱—海水。它由两组与安全有关的冗余系列组成。无论在正常运行工况下或在事故工况下，都应将与安全有关系统的设备和部件（如EAS、DVH、RRA、PTR等）中的热量转移给最终热阱。

1 SEC系统运行中的问题

SEC系统作为核岛设冷水热负荷的最终热阱，只有在本系统能正常连续运行的条件下，才能保证核岛其余系统的正常运行和热量的正常导出。秦山二期SEC系统投运以来，相关的检修记录表明其设备的故障率较高，而故障原因大部分为设备因磨损损坏。根据工作票统计，2013年秦山二期核电厂1SEC反冲洗水泵解体、轴封漏水消缺类检修工作共18次。由于SEC泵和反冲洗水泵为核安全相关设备，每次检修都涉及I0工作，频繁检修隔离导致安全厂用水系统的可靠性严重降级。

2 原因分析

2.1 泥沙磨损

当泵停运时，泥沙淤积在泵入口管道和泵壳内。当泵重新启动后的一段时间内，叶轮带动泥沙拌着水流高速搅动，开始时就象沙纸打磨一样，对泵的水力部件产生严重的泥沙磨蚀，当泵平稳运行后，水中的泥沙在离心力的作用下，大部分集中在叶轮流道的外侧和高压区，并继续对泵体内各部件进行磨损。

杭州湾为东西走向的喇叭型强潮河口湾.杭州湾河床起伏不大，但是平面收缩强烈，沿程潮差急剧增大，在长江口南下水、钱塘江径流和东海潮波共同影响下，具有潮强流急、含沙量高的特点，构成杭州湾北岸滩地和水下斜坡的沉积物主要为细沙、粉砂、砂质粉砂和粘土质粉砂。

海水所含沙型以石英和正长石为主， 为直径小于0.1 mm（95.1%）的细颗粒粉沙，它的硬度很高，形状多为棱片状，海水中CL离子含量5677.87 mg/L，DO（溶解氧）含量8.9 mg/L，杭州湾海水为含有大量细沙和腐蚀性介质的固液两相流，所以对秦山二期的安全厂用水系统运行影响较大（表1）。

2.2 汽蚀

当泵运转时，在叶轮中心处会形成低压，当叶片入口附近的压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体就在该处发生汽化并产生气泡，在离心力的作用下，气泡随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压作用下，迅速凝结，气泡的消失产生局部真空，瞬间内周围的液体即以极高的速度冲向气泡中心，众多的液体质点象细小的高频水锤撞击着叶片，造成冲击和振动，泵在这种状态下长期运转，将导致水力部件金属表面的剥蚀，并在其表面形成大小不一、蜂窝状的孔洞。这种现象就是汽蚀。

核二院2003年6月根據SEC泵自2002年4月—2003年4月间运行的历史数据，找出泵入口的最低压力，并计算出此期间泵的NPSHa为12.16 m，大于泵所要求的NPSHr（10.3 m），故SEC泵在正常运行状况下是不会发生汽蚀。那么为什么SEC泵会存在汽蚀现象呢？

在原设计中，为防止泥沙在暗渠中沉积，设置了搅冲装置，但搅冲装置的设计流量过小，未能起到预期的作用。在泵切换运行或停运检修时，SEC泵在暗渠的入口部位以及入口管道和泵体内余留海水中的泥沙开始淤积，泥沙将堵塞管道或泵吸入口，使有效过流面积减小。

SEC泵在启动时泵吸入的不是水，而是大量的泥沙。这些泥沙会使泵入口的通流截面积减小，水的吸入量减小，流速升高，而压强相应降低，当该处的压强等于或小于输送温度下水的饱和蒸汽压时，泵内就会发生汽蚀，而当泵处于频繁地间断性停启状态时，泵内就会多次发生汽蚀，久而久之就会造成泵内各部件的损坏。

3 改进措施

3.1 通过改变运行方式来改善泥沙淤积现象

在机组运行之初，根据设计要求，A.B列4台100%SEC泵只要求运行一台即可。由于备用列SEC泵入口泥沙淤积严重，故A.B列正常运行时均保持一台泵运行。在机组运行之初，根据定期试验管理要求，SEC反冲洗泵是4周切换一次，随着机组运行时间越来越长，SEC反冲洗泵入口泥沙淤积严重，现在将SEC反冲洗泵的切换周期缩短为2周一次。用于电厂排污的SEO系统，在SEC泵和CRF泵运行的房间，需要定期切换A1.A2（A：自动控制状态）位置，让优先启动的泵定期改变，以应对长期不运行的泵出口常被泥沙堵死的现象，而在机组运行之初，并无此项操作。

3.2 改变泵的水力设计

根据泵的汽蚀相似定律：

△hrp/△hr=nP2DP2/n2D2

式中△hr、n、D分别为模型泵的必需汽蚀余量、转速、叶轮直径，△hr P、nP、DP分别为实型泵的必需汽蚀余量、转速、叶轮直径。

对于同一台泵，不同转速的相似工况下：因Dp=D，故△hrp/△hr=nP2/n2。这说明一台泵当转速n升高时，必需汽蚀余量将随转速的平方增加，泵的抗汽蚀性能大大降低。因此，高转速泵的必需汽蚀余量较大，抗汽蚀性能较差。所以在满足流量和扬程的情况下，应考虑选择较低的转速，来改善泵的汽蚀性能。同时，鉴于秦山地区的海水中泥沙含量大的这种性质，若降低转速，还可降低泥沙磨损，提高叶轮及泵的使用寿命。

4 结语

SEC系统属于安全相关系统，无论核电站在正常运行或事故工况下，必须能够把安全有关的构筑物、系统和部件来的热量输送到最终热阱。通过表面处理的方式增加叶轮耐磨性、更换反冲洗泵型号、改变系统运行方式等方法极大的改善了运行工况，提高系统运行的可靠性。

参考文献

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[2] 刘苍字，虞志英.杭州湾北岸的侵蚀/淤积波及其形成机制[M].上海：华东师范大学河口海岸研究所，2000.

[3] 王震亚，谢圣华，汤国祥.以可靠性为中心的核电厂厂用水系统维修分析[J].核动力工程，2011（5）：113-116，120.