APA泵冷却水流量不足问题研究

段征强

【摘 要】宁德项目APA（电动主给水泵）调试期间发现主泵机封冷却水达不到厂家要求的设计值10.8m3/h。设计人员同时开展了Flowmaster模拟计算和Excel编程计算进行平行分析论证，给出解决方案。

【Abstract】In the period of Ningde project APA （electric main water-feeding pump） adjustment， we find that the main pump sealing cooling water can not meet the manufacturer's design requirements， 10.8m3/h. Designers at the same time carried out the Flowmaster analog computing and Excel programming calculations， then do parallel analysis and proof， given solutions.

【关键词】电动主给水泵；常规岛闭式冷却水系统；模拟计算

【Keywords】electric main water-feeding pump； regular island closed cooling water system； analog computation

【中图分类号】TK414.2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0157-02

1 引言

宁德项目APA（电动主给水泵）调试期间发现主泵机封冷却水达不到厂家要求的设计值10.8m3/h。红沿河项目部也存在类似问题，现场通过测量手段，测得在10.8m3/h的设计流量下，机封冷却器前后隔离阀间压损为0.7bar，远超过厂家在接口中提供的0.4bar。为保证调试进度，现场采取临时措施撤掉该管路厂家提供节流孔板。拆掉孔板后3台APA泵的机封冷却水流量分别为8m3/h、7m3/h、7.8m3/h，仍达不到设计流量。该问题已成为机组升功率的潜在威胁之一。项目多次召开主给水泵机封冷却水不足问题专项讨论会，同时经过现场调试测量证实了主给水泵厂家机封冷却器供货范围内压降远大于厂家在接口中提交的数据，因此要求厂家处理此问题。然而该问题反馈给设备廠家后，经数月沟通，给水泵厂家、机械密封厂家均没能给出有效的解决方案，随着1号机组并网的节点的日益临近，该问题若不能及时解决，可能在机组升功率时由于主给水泵机封冷却水温高而造成跳泵，进而造成机组停运，严重阻碍调试进度。流体在管道中的流动是一个复杂多变的过程，设计人员同时开展了Flowmaster模拟计算和Excel编程计算进行平行分析论证，以便迅速、有效地找到最优解决方案。通过多方案的对比分析，最终向现场提出了方案一“更换换热器，增大现有换热器面积或增加旁路换热器”和方案二“扩大管径、优化管道布置”两种解决方案。

2 问题研究

常规岛闭式冷却水系统（SRI）为汽机辅助冷却器、发电机辅助冷却器、给水泵辅助冷却器提供冷却水，同时还向循环水泵和压缩空气系统冷却器提供冷却水，并为其他泵和电机轴承和密封提供冷却水。常规岛闭式冷却水系统用户多，管路覆盖整个核电厂的常规岛及BOP部分，其管线长且复杂。

第一，计算方法。本方案采用Flowmaster流体计算软件、excel等工具建立计算模型，数值模拟计算各用户、管道流量和压力分配情况，根据系统中各点的压力、压降、流量分配和其他性能参数，分析复杂管网中水量分配不足问题的症结所在。

第二，计算输入条件。

①安装单位管道施工图：DN80以下管道ISO图；②设计院DN80以上管道ISO图；③主给水泵厂家资料：冷却水需求量，孔板孔径，设备压降等；④现场调试数据：各用户冷却水量实测值；

第三，建立Flowmaster模型。根据输入条件建立APA003PO的SRI冷却水管道Flowmaster模型：根据计算结果可以看出，按照设计流量进行计算，给水泵电机冷却器管段和主泵密封冷却器管段压损较大，分别为11.21mH2O和16.27mH2O，阻力值高出其他管段较多，差值达4～8mH2O。

其中主泵密封冷却器管段压损较大的主要原因如下：

①主给水泵厂家供货范围的阻力过大：根据主泵厂家提资，主泵密封冷却器压降0.4bar，然而目前现场实测的情况，即使取消该支路上厂家供货的节流孔板，当流量达到设计值时，厂家范围内的阻力仍高达7m，即为0.7bar，超过原设计值0.4bar较多。②Φ48的管道布置得过于复杂（目前长达27.5m， 15个弯头），造成沿程阻力达到7m（而红沿河项目管道长度只有7m，8个弯头）。

根据上述情况，可初步判断在实际系统中，由于这两个支路压降过大，造成被并联支路抢水的现象，导致流量不能满足设计值。现场调试的实际情况也印证了该推论。

调试反馈的各支路冷却水量的数据见下表1：

根据计算结果可知：由于给水泵电机冷却器管段和主泵密封冷却器管段压损较大，系统将根据其阻力特性进行实际流量分配，建立新的平衡，使得每条支路的压降相同。根据计算，每条支路压降在0.9bar左右，此时进入APA003PO的冷却水总流量满足总量要求，说明APA泵冷却水管系总压降控制在0.9bar左右时，能够满足总冷却水量的要求。因此若要进行流量重新分配，在调整各支路阻力特性时，需控制管系总压降不高于0.9bar，则基本能保证APA泵的总冷却水流量充足，不会造成整个SRI系统水量产生大的变动。

第四，根据计算结果，建议采取以下措施，提高至主泵密封冷却器的水量：

方案一（减小换热器压降，同时优化管道布置）：①要求给水泵厂家降低换热器压降，简化厂家范围内的管道压降（拆除多余的节流孔板，优化管道布置等），将主泵密封冷却器支路厂家范围内的压降控制在0.4bar以内；②参考红沿河项目，优化主泵密封冷却器Φ48管道布置，减小管道长度和弯头数量，若长度控制在7m，弯头数量控制在8个以内，则可减少压力损失约4.5mH2O。③经上述调整后，设计流量下主泵密封冷却器支路的管道压降将保持在0.9bar左右，再通过微调AGM冷却器、电机冷却器、升压泵密封油冷却器等支路的管道阻力（如关小阀门等），使每个支路阻力均接近0.9bar，则能够满足流量分配，且不会影响APA泵冷却水总流量。

调整后的管道阻力见表2。计算条件是在设计流量下，拆除厂家范围节流孔板，换热器压降按0.4bar，厂家范围内的压降降至4 mH2O以内，Φ48管道布置优化为长度不超过7m，弯头不超过8个。

方案二（减小换热器压降，同时扩大管径）

①要求给水泵厂家降低换热器压降，简化厂家范围内的管道压降（拆除多余的节流孔板，优化管道布置等），将主泵密封冷却器支路厂家范围内的压降控制在0.4bar以内；

②在现场管路布置受限的情况下，可将主泵密封冷却器管径由Φ48改为Φ60，同时尽量优化布置；

③调整给水泵电机冷却器支路的节流孔板阻力。

本方案调整后的管道阻力见表3。

3 结语

综上计算分析，得到以下结论：①主给水泵密封冷却器流量不足的主要原因是：厂家换热器压降过大、厂家范围管道阻力过大；Φ48的管道布置过于复杂，管道过长，弯头过多，造成阻力过大。②解决措施：限制主给水泵厂家设计范围内的阻力（包括换热器压降及管道压降）在0.4bar以下，可采取更换换热器，增大现有换热器面积的方式或增加旁路换热器的方式；建议在小修的时间窗口，尽量优化Φ48的管道布置，在管道布置受限的条件下，可将主泵密封冷却器管径由Φ48改为Φ60，此时管道流速将低于推荐流速的下限，但可降低管道阻力，改善供水条件。endprint