核电厂空气系统和冷却水系统调试逻辑分析

吴　越

（山东核电有限公司，山东 海阳 610059）

核电厂空气系统和冷却水系统调试逻辑分析

吴越

（山东核电有限公司，山东 海阳 610059）

文章针对AP1000核电厂调试过程中，压缩空气和仪用空气系统（CAS）调试和设备冷却水系统（CCS）调试逻辑之间存在的冲突进行了描述，并提出用临时冷却装置来冷却压缩机的办法，从而解决了两个系统的调试逻辑的冲突；描述了可选择的各种临时冷却装置方案，综合比较各种方案之后，最终选用利用空冷换热器对压缩机进行冷却的方案。

压缩机；空冷换热器；冷却水

压缩空气和仪用空气系统（CAS）、设备冷却水系统（CCS）是第三代核电AP1000的两个工艺子系统［1］。CAS是核电厂的辅助系统，为各个系统的气动阀、气动泵、气动风阀和气动工具提供合格的压缩空气。CAS系统的压缩机为水冷式螺杆压缩机，正常运行需要冷却水对其进行冷却，正常冷却水由设备冷却水系统（CCS）提供，这就要求CCS系统可用，但是CCS系统调试的前提是CAS系统可用，因为CCS系统的气动阀需要CAS系统向其供气，这样CAS系统和CCS系统互为对方调试的前提条件，调试逻辑存在冲突。为解决这个冲突，本文提出了利用临时冷却装置对CAS系统压缩机进行冷却的办法，并对各种临时冷却方案做了比较，最终选取了利用空冷换热器对压缩机进行冷却的方案。

1　技术要求

压缩机冷却水参数要求如表1所示。

临时冷却方案是基于表1的参数来进行制定的，冷却水的流量和温度是临时冷却装置选型的重要参数。在CAS系统调试中，考虑两台压缩机有同时运行的要求，所以临时冷却装置应该能提供≥22 m3/h流量的冷却水。

表1　压缩机冷却水参数Table1　Compressor cooling water parameters

2　各方案比较

2.1开式水冷却

利用核电厂水厂或者消防生活水对空压机进行开式冷却，找好取水点和排水点，需要水源的压力＞0.3 MPa，并且流量≥22 m3/h，温度≤27 ℃。配以相关的管道和阀门以及温度、压力、流量仪表即可实现对空压机的冷却。

此方案的优点为：需采购的设备较少，安装简单，不需要电源。

缺点为：水源的可靠性较差，水源水质不一定能满足空压机的要求。

2.2闭式水冷却

利用闭式环路对空压机进行冷却，需配置换热装置和相关的管道和阀门，闭式冷却的水源来自现场搭建的装有除盐水的波动箱。流程如图1所示。

主要设备有：除盐水头箱、2台除盐水泵、泵入口滤网、风冷换热器、空压机入口除盐水温度和压力表、空压机出口除盐水流量计及相关的管道和阀门。选用2台泵的目的是为了冗余，一列运行，一列备用，1台泵失效后不会导致失去冷却水驱动力。入口温度表和压力表实时监测空压机入口冷却水的温度和压力，保证冷却水的温度和压力在正常范围内，出口流量计用于监测冷却水流量。

（1）空冷换热器闭式冷却

空冷换热器的原理为：空压机产生的高温热量由冷却水通过水泵强制循环带走，带出后的高温水通过空冷换热器将高温水降温，高温水在铜管铝翅片式散热器内闭式循环，通过风机将热量强制排出，达到冷却降温的目的。

根据管道和换热器总容积计算后，除盐水头箱体积为0.5 m3，根据空压机说明书对冷却水的要求，滤网选用20目，泵选用出口压力在0.3～1 MPa，流量在25 m3/h左右即可。

图1　闭式冷却流程图Fig.1　Closed cooling flow

空冷换热器根据国内的厂家对比调研，得出了以下的结果，换热量按2台空压机366 kW的能力选取，用10台风扇的空冷换热器，换热效果根据两个环境温度25 ℃和38 ℃，用换热软件模拟得出表2的数据，在环境高温的条件下，同时启动10台风扇，可以达到冷却的效果，在环境低温的条件下，可以运行部分风机即可达到冷却的效果，因此在一年四季当中，空冷换热器都能达到冷却的效果。

此方案的优点为：系统稳定，不依靠外部水源，水质合格，冷却效果达标。

缺点为：系统相对复杂，需要一定的成本。

（2）冷冻机组闭式冷却

此方案的原理和空冷换热器基本一样，只是用冷冻机组代替了风冷换热器。

冷冻机组的冷却效果很好，能将40 ℃左右的水冷却到10 ℃左右，能充分满足空压机对冷却水温度的要求。

表2　换热软件模拟结果Table2　Exchange heat software simulated results

此方案的优点为：系统稳定，冷却效果很好，水质合格。

缺点为：系统复杂，成本高。

（3）水冷换热器闭式冷却

此方案是利用水冷换热器对空压机进行冷却，换热器一次侧是用除盐水对空压机进行冷却，二次侧用开式水对换热器一次侧水进行冷却。

此方案的优点为：系统相对简单，不需要电源。

缺点为：对外部水源的稳定性要求较高。

3　选取空冷换热器的原因

基于上面各种方案的介绍和比较，本文推荐利用空冷换热器对压缩机进行冷却的方案。

开式水冷却和水冷换热器闭式冷却一个共同的缺点都是对外部水源的依靠较大，如果外部水源失去，将失去冷却功能，然而核电厂建设阶段，可用的水源大多为临时消防水和临时施工用水，很容易出现水源中断的风险。如果水源稳定并且水质合格，使用开式水冷却还是比较好的，因为成本低廉，不需要任何附加的大型设备和电源。

冷冻机组闭式冷却，虽然冷却效果很好，但是一个很大的缺点是价格昂贵，成本大约为60万元人民币，对于只是核电厂建设过程中使用的临时设施来说，过于浪费。

空冷换热器闭式冷却，相对其他方案，是一个比较折中的选择，一次侧冷却水为除盐水，水质合格，最终冷却媒介为空气，可靠性较高，目前多数核电都在海边，风量能达到要求，除了夏季高温天气，冷却效果都很好，如果空压机调试阶段处于夏季40 ℃的高温天气，虽然冷却水不能达到最优的27 ℃的要求，但是进入空压机的冷却水温度不会超过46 ℃，只要冷却水进入空压机的温度不超过极限温度46 ℃，对空压机都不会造成损坏。

空冷换热器的成本大约在30万元人民币，价格为冷冻机组的一半，因此价格具有很大的优势，在核电站1号机组CAS系统调试至CCS系统可用后，可将设备重复利用于后期的其他机组。

4　海阳核电项目临时冷却方案的实现方式

海阳核电项目方案的实现可分为两部分：空冷换热器和水泵采取国内采购的方式，把主要机械设备集成在一个模块内，预留三个接口，分别为头箱与模块的接口、模块与供水管线接口、回水管线与模块的接口；水泵和风机的电气控制柜集成为一个控制箱，风机和水泵的启停、保护和运行指示均在控制箱内实现；除盐水头箱和模块外的管道及阀门委托建安单位进行制造、采购和安装。换热器风机和水泵的电源使用调试期间离空压机厂房最近的箱式变压器供电。

5　结论

由于CAS系统和CCS系统的调试互为先决条件，调试逻辑是互相冲突的，并且CAS系统是核电厂调试的早期辅助系统，为全厂的气动阀调试提供气源，因此必须利用临时措施来满足CAS的调试工作，临时措施目的就是用临时冷却水来冷却空压机。本文对比了几种不同的空压机冷却方案，最终选取用空冷换热器闭式冷却的方案，该方案能向空压机提供水质合格、温度压力和流量满足要求、稳定的冷却水，能够满足CAS系统调试的需求，可以解决AP1000核电厂中压缩空气系统和设备冷却水系统调试的逻辑冲突。

［1］ 林诚格. 非能动安全先进核电厂AP1000［M］. 北京：原子能出版社，2008.（LIN Cheng-ge. Passive safety advance nuclear power plant［M］. Beijing：Atomic Energy Press，2008.）

Commissioning Logic Analysis for the Compressor Air System and Component Cooling System in Nuclear Power Plant

WU Yue
（Shandong Nuclear Power Co.，Ltd.，Haiyang of Shandong Prov. 610059，China）

The conflict between commissioning logic of compressor air and instrument air system （CAS） and component cooling system （CCS） in AP1000 nuclear power plant is described in the paper. And the method of using the temporary cooling device to cool the compressor is put forward， so this can settle the debugging logical conflict between two system. The paper describes some temporary cooling methods which can be used. After comparing these methods，we choose to use air cooling exchanger to cool down the compressor finally.

compressor； air cooling exchanger； cooling water

TL37 Article character：A Article ID：1674-1617（2015）04-0312-04

TL37

A

1674-1617（2015）04-0312-04

2015-09-06

吴 越（1984—），男，四川成都人，工程师，工学硕士，从事核电厂工艺系统调试和运行工作。