关于AP1000循环水泵与凝汽器配合方案的讨论

刘 杰，张月红

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）

关于AP1000循环水泵与凝汽器配合方案的讨论

刘 杰，张月红

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）

归纳了核电机组中常见的循环水泵与凝汽器的配置方式，分析了各种配置方式对机组运行的影响。在极端情况下，需考虑单台或多台循环水泵突然停运时，对凝汽器背压产生的影响。如果某台循环水泵停运，将改变凝汽器的运行状态，并产生瞬时压力差，同时，给系统的安全运行带来隐患。

核电机组；AP1000；循环水泵；凝汽器；瞬时压力；配合；运行；方案

0 概 述

AP1000核电机组采用了较先进的第三代核电技术。核电机组中的循环水泵和凝汽器，是二回路热循环系统中的冷端设备，在系统内起着非常重要的作用。汽轮机乏汽在凝汽器内凝结，凝结后的水作为给水，最终将被泵入蒸汽发生器内，成为吸收一回路热量的介质，经蒸发重新成为蒸汽，再推动汽轮机叶片做功。在换热系统内，循环水泵迫使冷却水流动，汽轮机乏汽才能在凝汽器内不断凝结。因此，循环水泵与凝汽器的参数设定，有着密切的关系。现根据不同的配置方案，分析和研究泵与凝汽器在不同参数下对运行的影响。

1 循环水泵的配置方案

百万千瓦级核电厂的泵机配置中，常为1机2泵、1机3泵及1机4泵这三种配置模式。选用和优化配置模式，有赖于对机组进行全面的技术及经济性方面的比较。对于AP1000核电机组，目前，常接触到的循环水泵配置方案，主要是1机2泵的配置方案，如三门核电站、海阳核电一期工程等。也有采用1机3泵进行配置的，如陆丰一期工程的配置方案。

2 凝汽器的方案

现讨论的凝汽器方案基于AP1000的原型设计方案，即三壳体、单背压方案，目前已应用于三门、海阳核电项目，后续沿海AP1000核电站的设计方案，原则上也将采用此方案。至于内陆核电站可能会采取的双壳体或者多背压方案，也可参考原型设计方案进行分析。在方案设计中，相邻凝汽器的两个壳体间设置有联通管，可用以平衡壳体间的壳侧压力。

3 循环水泵与凝汽器配合的方案

由于循环水泵的配置方案不同，所以与凝汽器配合的方案也不同。事实上，随着循环水泵配置数量的不同，循环水对凝汽器的分配方式也存在差异，可称为母管制和独立制。三门核电站及海阳核电一期工程中，均采用了母管制，而在陆丰一期工程中，则采用了独立制。母管制的配置示意图，如图1、图2所示。独立制的配置示意图，如图3所示。

图1 三门核电的配置图

图2 海阳核电的配置图

图3 陆丰核电的配置图

4 不同配合方案对凝汽器的影响

4.1 总体分析

因配置泵的数量不同，可分为1机2泵，1机3泵等方案。但对于凝汽器而言，母管制均包含了2根母管，每根母管对应着半侧的凝汽器。当循环水泵组停运1台甚至2台时，凝汽器的三个壳体还可以同时实现单侧运行。由于参与换热的面积相同，则其背压，在理论上也是一致的，仍可保证稳定运行。

采用独立制配置的则不同，当某台循环水泵停运后，会出现不同的情况。以陆丰项目为例，该机组中凝汽器的运行参数，如表1所示。

表1 陆丰项目中凝汽器的运行参数

当切除1台循泵后，变成2台凝汽器为循环水单侧运行（换热面积为双侧运行时的一半），另1台凝汽器为循环水双侧运行，导致3台凝汽器的受热不均匀，单侧运行的凝汽器背压升高，蒸汽通过联通管进入双侧运行的凝汽器内，直到压力的再平衡。

4 .2 独立制配制循环水泵停运后的过程分析

4.2.1 按设计温度为24℃进行计算

（1）假想的瞬态压力

不考虑联通的情况下，双侧运行的凝汽器背压值保持不变，仍为5.7 kPa。对于半侧运行的凝汽器，其换热面积减半，冷却水量假定为设计值的55%，则计算所得的背压值约为9.6 kPa。但实际运行时，由于联通管的存在，这个瞬态压力是不能建立的。

（2）最终稳态压力

考虑联通管的作用，当压力平衡后，从3个凝汽器的整体上进行考虑，换热面积为设计值的2/3，冷却水量约为设计值的73.3%。假设蒸汽的流动不受限制，则计算所得的平均背压约为7.3 kPa。由于联通管的作用，压力较高凝汽器内的蒸汽，将会向压力较低的凝汽器内流动，相邻凝汽器之间的压差，不断趋向于平衡，3个低压缸的排汽始终可认为是均等的，而联通管的通流能力有限，那么在动态的平衡过程中，最终会形成一种稳定的状态。但相邻凝汽器之间的压力还是存在压差，不过，将远小于瞬态压力下的压差。

实际运行时，还存在两种状态，即1号循环水泵停运或3号循环水泵停运。当1号循环水泵停运，则B、C凝汽器为半侧运行。当3号循环水泵停运，则A、B凝汽器为半侧运行。两者运行状态下的热力模型是一致的，但3个凝汽器的稳态背压均不一致，双侧运行状态下的凝汽器压力最低，相邻凝汽器的压力稍高，其次位置的凝汽器压力为最高。经大致核算，A、B、C凝汽器（有时为C、B、A）压力，依次为6.6 kPa、7.9 kPa、8.1 kPa，其算术平均值为7.5 kPa。

当2号循环水泵停运时，A、C凝汽器为半侧运行。双侧运行的B凝汽器压力为最低，半侧运行的A、C凝汽器的压力稍高，且相等。经大致核算，A、B、C凝汽器的压力，依次为7.5 kPa、7.1 kPa、7.5 kPa，其算术平均值为7.4 kPa。

4.2.2 按极端高温34.7℃进行计算

（1）假想瞬态压力

同样，不考虑联通管的作用。双侧运行的凝汽器背压值不变，仍为9.9 kPa，半侧运行的凝汽器计算背压值约为15.8 kPa。

（2）最终稳态压力

考虑联通管的作用，当压力平衡后，计算所得的平均凝汽器背压约为12.3 kPa。当然，在实际运行时，也存在两种情况，可分为1号循环水泵停运或3号循环水泵停运，此时，A、B、C凝汽器（有时为C、B、A）压力，依次为11.3 kPa、13.3 kPa、13.6 kPa，其算术平均值为12.7 kPa。

当2号循环水泵停运时，A、B、C凝汽器的压力，依次为12.6 kPa、12.0 kPa、12.6 kPa，其算术平均值为12.4 kPa。

4.3 配置方案的分析

从计算结果可知，采用独立制的循泵配置方案后，当单台循泵停运时，3台凝汽器的压力会有差异，尤其在水温较高时，考虑到循环水泵刚停运，会出现瞬态较大的压力差。从汽轮机的安全运行进行分析，相邻低压缸之间的压差或者说温度差是有限制的。因此，如果采用独立制配置方案，当循环水泵故障时，无法保持3台凝汽器的压力平衡，需要根据汽轮机的运行要求，对极限压差进行核算，必要时，应采取措施，才能保证汽轮机的运行安全。

5 结 语

对常见的循环水泵与凝汽器的配置方式，进行了归纳和总结。选择何种配置方式，取决于各机组的运行情况和经济性分析。需考虑的是，在单台或多台循环水泵突然停运状态下，对凝汽器背压带来的影响。尤其是当处于极端水温下，因循环水泵的停运，将使凝汽器不均匀的半侧运行，并产生瞬时压力差。过大的压差或温差，会给轴系的安全运行带来隐患。压差的限制值，应由汽轮机生产厂家给出。如果瞬时压力差超过限制值，则有必要考虑降负荷运行，以降低压差增大带来的影响，确保汽轮机的安全运行。

[1]辛文军.吕瑞婷.某核电厂循环水泵配置方案[J].企业文化旬刊，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

刘杰（1981-），男，工程师，主要从事电站辅机设备及系统的设计和研究工作。