贝类捕集器滤网设计改进对重要厂用水系统及换热器的影响分析

2017-11-06刘星

科技创新与应用 2017年32期

刘星

摘要：国内某核电3号机组贝类捕集器为解决压差频繁升高问题，对滤网网孔进行了扩大，解决了压差问题。但改进后的滤网，会使用重要厂用水系统流量有所增加，经过理论计算与实际验证，对重要厂用水系统的安全功能没有影响，对系统内设备的影响在设计承受范围内，通过大数据分析，对下游系统的换热器压差影响甚微。因此，该滤网的设计改进经验，对后续机组处理类似问题具有借鉴意义。

关键词：贝类捕集器；滤网；设计

中图分类号：TM623 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0125-03

前言

国内某核电3号机组海水系统中过滤沙石的滤网主要有两个设备，一个是鼓型滤网，过滤精度3mm，另一个是贝类捕集器，过滤精度2mm。机组热式期间，贝类捕集器滤网压差持续升高，通过前池清淤及多次滤网清洗，未能解决压差高问题，主要原因是贝类捕集器滤网过滤精度小于鼓网，容易被2-3mm直径的沙石堵塞（如图1），因此，根据同行经验将贝类捕集器滤网孔径扩大至3mm，彻底解决了贝类捕集器滤网压差高问题。贝类捕集网孔径的增加，会增加重要厂用水系统的流量，是否对系统及换热器的运行造成影响，评估分析如下。

1 系统概述

1.1 系统配置

安全重要厂用水系统（简称SEC系统，下同）是直接与核安全相关的重要系统，其主要功能是将核岛中产生的余热，通过设备冷却水系统的（简称RRI系统，下同）换热器排放到最总热阱（海水）中，流程简图如图2所示。

SEC系统有两个互为冗余的系列，每个系列各有2台并联安装的SEC泵、1台贝类捕集器和2台并联安装的换热器。机组正常状态可以只投运1个系列的1台SEC泵，在机组停堆过程中为了控制NS/RRA模式下一回路的降温速率，可能会同时投运2个系列，每个系列可能同时投运2台SEC泵；在机组发生LOCA事故时，只需要1个系列的1台SEC泵正常投运，即足以保证换热器RRI侧出口温度不超过45℃。

1.2 安全准则

该核电机组SEC系统相关的安全准则是：在SEC设计最低水位下，单泵运行提供的海水流量不低于3360m3/h。即无论换热器流动阻力大小，SEC系统只需要确保系统提供的流量达到安全准则要求即可。

1.3 流量设计要求

SEC系统流量设计满足三方面要求：

（1）安全准则要求

在SEC设计最低水位下，单泵运行提供的海水流量不低于3360m3/h。

（2）机组运行经济型要求

为了保证机组正常功率运行和启停堆期间的排热速率，要求SEC系统单个系列双泵运行时，在SEC设计最低水位下，流量不低于4500m3/h。如果上述要求无法满足，将可能影响机组的可用率、延长启停堆时间，但对机组安全没有影响。

（3）设备可承受能力要求

单台换热器SEC侧流量承受上限为3000m3/h，贝类捕集器流量承受上限为6500m3/h，单台泵运行可承受流量上限为4080m3/h。每个系列有2台SEC泵，1台贝类捕集器和2台换热器，因此要求：单泵运行时，SEC系统流量不超过4080m3/h，双泵运行时，SEC流量不超过5600m3/h。

综上：SEC系统的流量主要取决于SEC泵，单泵运行流量范围3360-4080m3/h，双泵运行流量限制范围4500-5600m3/h。

2 对SEC系统的影响分析

贝类捕集器滤网网孔扩大至3mm，滤网水阻系数降低，SEC系统的流量会升高，升高的流量是否会对SEC系统的设备造成影响，具体计算如下：

2.1 SEC系統流量理论计算方式

泵的特性曲线是变的，以制造完工报告为准。计算时需要考虑的变化因素包括：进口水位h1、贝类捕集器流动阻力系数ζFI和换热器流动阻力系数ζRF、显然h1、ζFI、ζRF对SEC系统流量q影响均为单值性的，h1越低、ζFI越大、ζRF越大，q越小；h1越大、ζFI越小、ζRF越小，q越大。

2.1.1 进口水位变化

SEC进口水位h1变化范围为设计最低水位到设计最高水位，即-5.87m-+8.58m。设计最低水位（hmin）和设计最高水位（hmax）是SEC系统运行的限制范围；百年一遇低潮位（hhyl）和千年一遇高潮位（htyh）是循环水泵运行的水位范围，因此作为SEC泵运行的主要水位范围；平均海平面（ha）是最常见的水位范围。上述5个水位作为SEC系统计算分析的主要水位值。依据《厂评报告》，以上5个水位的数值分别为：hmin=-5.87m、hhyl=-2.28m、ha=0.28m、htyh=2.83m、hmax=8.58m。

2.1.2 贝类捕集器阻力变化

贝类捕集器随着运行会有部分滤网固体不溶物堵塞，使得流动阻力较干净时有所增加，并且需要考虑反冲洗动作无法清洁部分被堵塞的滤网网孔。干净的贝类捕集器流动阻力系数ζFI，O设实际运行时贝类捕集器流动阻力系数ζFI，M=a·ζFI，O，显示a≥1；设实际运行是允许a的最大值为aMAX，工程上根据现有经验aMAX=2.0。

2.1.3 换热器阻力变化

换热器随着介质流动会有部分流道被固定不溶物堵塞，使得流动阻力较干净时有所增加。干净的换热器流动阻力系数ζRF，O，设实际运行的换热器流动阻力系数ζRF，M=b·ζRF，O，显然阻力系数比b≥1。在原设计中，换热器阻力系数比b=1.6。阻力系数比反映了换热器允许冷侧流动阻力增加的幅度。RRI换热器冷却工质为海水，随着运行时间累积，水生物和其他固体颗粒在换热器中沉积和阻塞会造成换热器流动阻力系数上升。当流动阻力系数上升到一定程度时，就需要对换热器进行清洗。endprint

2.2 SEC系统流量理论计算

计算时考虑换热器、贝类捕集器滤网（按2mm孔径计算）以及管道阀门的阻力特性，SEC系统流量理论计算如表1所示。

贝类捕集器滤网孔径为3mm时，SEC系统流量范围如表2所示。

由表1、表2计算结果可知，贝类捕集器滤网孔径扩大后，SEC系统流量增加约1%，在系统和设备的设计承受范围内，满足SEC系统流量限值要求。

2.3 SEC系统流量实际统计

该核电3号机组在2016年3月将3SEC A/B列的贝类捕集器的滤网孔径该为3mm，3-11月SEC系统运行流量数据统计结果见表3。

根据上表可得，SEC流量增加了1.35%，经过估算，高潮位时平均最高流量为3782m3/h，在系统和设备的设计承受范围内，与理论计算结果基本一致。

2.4 总结

经过运行数据统计，该核电3号机组SEC系统贝类捕集器滤网网孔扩大后，SEC流量增加了1.35%，不影响SEC系统安全功能要求，增加的流量均在SEC系统设备设计承受范围内，因此，该设计改进，对SEC系统的安全功能和设备运行无影响。

3 对RRI系统换热器的影响分析

该核电核电3号机组RRI系统换热器为兰石换热器设备有限公司提供，其板片波纹深度4.0mm（如图3），换热器SEC侧流道宽度变化范围为0-8mm。

经分析，贝类捕集器滤网设计改进后，进入设备内部的沙砾、海生物会增多，对RRI换热器运行维护的影响主要体为增加换热器的压差和增加板片的破损几率。