厂用水系统改造实践与问题研究

2020-03-25俞景伟

装备维修技术 2020年20期

俞景伟

摘要：厂用水系统设置两台泵，在机组大修进行循环水泵检修期间无法满足技术规格书要求。厂用水C泵改造工作量大，工期长，改造期间影响厂用水系统可用性。C泵改造项目的完成近期确保机组具备装料条件，远期解决了大修时不能维修两台循环水泵的问题。本文介绍了厂用水C泵改造的原因、改造方案、实施过程中的难点和应对措施，并对改造后的问题进行研究，提出了解决思路。

关键词：厂用水;改造;检修备用泵;可靠性

厂用水系统设置A/B两列，每列100%容量，每个系列在电厂正常运行功率下具有100%容量的冷却能力。厂用水系统增设C泵作为A/B泵的检修备用泵，增加了厂用水系统检修的灵活性。在机组各运行模式下，均可由C泵替代A泵或B泵，整个机组仍可维持厂用水双列运行条件，增加了厂用水供水可靠性，提高了机组的可用率和经济性。

1.厂用水系统简介

厂用水系统是一个以海水作为冷却介质的开环冷却系统，它向设备冷却水热交换器提供冷却水，带走一回路和部分二回路电站设备的热量，最终排往循环水排放管道。厂用水系统由具有相同配置的两列设备和管道组成;每一列包括一台100%容量的厂用水泵、一个自动反冲洗滤网、一台设备冷却水热交换器以及相关阀门和管道等设备组成;泵取水管线淹没在与循环水引水渠道与取水管道相连的湿井里。

2.厂用水系统非安全相关功能及运行方式

厂用水系统提供冷却水到设备冷却水系统热交换器，支持CCS系统的纵深防御功能。

停堆冷却：在RCS系统冷却和冷停堆运行模式时，厂用水和设备水系统提供冷却水给正常余热排出系统热交换器以及泵，去避免或最小可能的非能动余热排出热交换器的触发。

乏燃料池冷却：电厂所有运行模式下，厂用水系统和CCS提供冷却水给乏燃料池冷却系统热交换器，阻止由于来自池中乏燃料储存架的显热而引起的乏燃料池中池水加热和沸腾。

CVS小流量热交换器冷却：厂用水系统和CCS系统为CVS系统的小流量热交换器和泵提供冷却水。使CVS补水泵在系统需要时投入运行，避免堆芯补水箱低水位信号触发安注系统。

降低水装量冷却：RCS系统半管运行期间，厂用水系统和CCS系统提供冷却水到RNS热交换器和泵。此功能被认为是非安全系统监管措施中重要的功能。

厂用水系统在正常运行情况下有四种运行方式和操作：单列運行（功率运行工况）;两列运行（停堆工况）;切换泵;切换热交换器。

电厂正常运行时，一台泵运行另一台备用，如果运行泵跳泵或者检测到运行泵出口压力低，备用泵会接到一个自动启动信号。在主控室或者远方停堆站通过电站控制系统控制泵的启停，厂用水泵手动或者自动启动的允许条件有两个：两台厂用水泵的出口阀必须关闭;排放管道阀门需要开启。厂用水泵正常启动过程为：发出启泵信号，泵出口电动蝶阀在最初10秒内仍保持关闭用于排出泵出口管线内可能存在的空气，之后阀门开启至中间位置并保持30秒，然后在90秒内达到全开位置。整个启动过程的设计主要是避免泵电机过载。每台泵出口位置的膨胀节用来防止厂用水出口管线负荷过大时泵管嘴过应力，泵运行导致的震动过大时需要隔离下游管线。如果在启泵信号发出15秒后泵出口阀门仍未开启则会自动停泵。

3.厂用水系统改造原因

厂用水系统属于纵深防御系统，在STAC中要求在特定模式下保证两列厂用水系列运行，并且在进入特定模式前保证每台厂用水泵的流量。我厂厂用水初始设计为两台泵，A、B两台泵分别从循环水B、C流道取水，存在两点运行和检修方面设计缺陷：

正常运行，仅要求厂用水一列运行;在电厂运行模式5（冷停堆）和模式6（换料）衰变热导出期间，厂用水的运行对乏燃料池的冷却很重要，必须投入厂用水两系列运行。如果在模式5和模式6期间因设备故障、检修导致一台厂用水泵不可用，一回路水装量必须在12小时内提升至堆芯以上，72小时内退出上述运行模式。

厂用水泵与循环水泵共用流道，大修时不能维修两台循环水泵。换料期间的CWS流道清淤或检修工作将会导致对应的厂用水泵不可用，严重影响系统执行纵深防御功能;循环水泵检修时，对应进水流道须排干，对应流道上布置的厂用水泵不能运行，无法支持厂用水泵双列运行，机组状态将不能满足装料时核岛厂用冷却水系统必须双列投运的要求。

厂用水系统原设计没有考虑上述设备故障和检修窗口问题，对机组运行经济性、可靠性产生较大影响。

4.厂用水系统改造方案和影响

在原有2台厂用水泵基础上增加一台检修备用泵，仅用于停堆换料期间有一列相应的循环水泵取水明渠设备需要检修时投运，为设备冷却水系统提供两列冷却。原取水方式：厂用水泵从循环水泵进水流道上开孔取水：A厂用水泵从B循环水泵进水流道上取水，B厂用水泵从C循环水泵进水流道上取水。增加第三台厂用水泵后取水方式：新增加的C泵从A循环水泵流道取水，通过连通管及电动阀V003A/B与原厂用水泵A/B出水管相连。

工艺系统部分增加一台泵。增加第三台厂用水泵的影响：提高了正常功率运行期间和停堆期间的备用手段，系统可靠性增加;可以在停堆期间进行循环水和厂用水泵停运进行检修，窗口时间大大增加，经济性增加;新增泵与原泵参数一致，通用性强，维修和备件采购方便。

电气改造部分相对复杂，因厂用水系统执行纵深防御功能，厂用水系统C泵只能取电中压1/2段，中压1/2段本身负荷已满，且距离循环水泵房相对距离较远，为减少对现有系统影响，设置中压切换柜进行电源切换，从检修的厂用水系统A/B泵取电。

厂用水系统V003A/B电动阀通过电源切换柜取电自现有阀门V002A/B，切换示例如下：

仪控方便涉及C泵出口压力表PT003C，就地设置3个仪表切换箱及切换开关进行PT003A/PT003B/PT003C压力表切换。

电仪设计方面为避免影响西屋设计范围内容，存在以下特殊之处：一是C泵必须通过替代A泵或者B泵进行运行，执行替代时相关的供电由被替代泵切换至C泵，相关的仪控信号也进行切换，C被接入同时被替代的泵退出电气和仪控连接;二是主控室画面没有任何变化，替代后C泵的相关参数在主控室显示为被替代泵的参数。

5.厂用水系统改造实施困难和解决措施

厂用水C泵项目包括新增C泵的泵本体、管道、电仪安装调试和原A/B列的电气仪控改造。在A/B列电气仪控改造期间，A/B列将停电、停运，一回路将失去厂用冷却水，机组状态将不能满足装料时核岛厂用冷却水系统必须双列投运的要求。这使得厂用水新增C泵改造项目成为制约机组装料的关键因素之一，成为机组阶段性的重点工作。

为消除该装料制约因素，成立了厂用水系统新增C泵专项工作小组，全面梳理设计、采购、施工和调试工作内容，研究A/B列双列同时停运、单列先后停运两种方案，编制专项计划，分析确定关键路径，优化施工顺序、调试逻辑，重点协调推动关键路径相关工作，经过多次研究确定了B/A列先后停运安装调试方案，详见下图。

项目实施过程中，工程人员集中力量完成B/A列电仪改造施工和C列管道与B/A列管道接口施工;调试人员连续加班完成中压切换柜调试和B/A泵电仪改造后调试工作;设计采购人员积极协调中间继电器闭锁变更、电机加热器双路电源并列问题。在专项组及各方人员精诚合作下，优先使厂用水系统A/B列全部恢复运行，使一回路厂用冷却水系统满足了装料要求。

A/B列恢复运行后，泵本体安装和管道支架施工上升为关键路径。为确保C泵尽早可用，维修人员连续加工，确保了调整垫片提前完成;工程人员24小时进行焊接施工，使管道组对焊接顺利完成，系统实现封闭，确保了C泵调试前提条件满足;调试人员提前准备试验文件，积极协调人力，在调试先决条件满足后立即连夜开展调试工作;计划人员全程跟踪施工调试中出现的新问题，有力协调各方资源，积极创造前提条件，动态调整计划逻辑，确保各项工作按照计划目标时间推进。

随着厂用水C泵A列流道性能试验结束，厂用水新增C泵调试工作全部完成，C泵具备投用条件，这标志着厂用水C泵改造项目关键路径工作结束。厂用水C泵改造项目的顺利完工，近期内确保机组具备装料条件，远期解决了大修时不能维修两台循环水泵的问题。

6.厂用水系统改造后出现的新问题

6.1厂用水泵的运维方式

厂用水泵移交生产后，生产部门相关人员考虑到厂用水泵C的设计定位和泵本身的运维特点，制定厂用水泵的运维方式如下：

预防性维修：厂用水泵和其电机的预防性维修分别为每1.5年进行检查维护和每4.5年进行解体检查。

定期试验：每2个月进行一次定期试验。

然而定期试验执行存在的风险：由于厂用水泵C运行需要进行A泵或B泵向其进行电源和相关仪控信号的切换，切换操作中的电气切换耗时最长，需将厂用水泵电源开关转试验，然后在下游处进行大量复杂的开关切换操作，期间厂用水系统丧失备用列（单次切换时间保守估计为2～3h），切换期间只有单列运行，无备用列。因此每次C泵定期试验都会导致厂用水系统失去备用列4h左右，给模式1的安全稳定运行带来了一定的挑战，增加了机组发生瞬态或事故的概率。

6.2检修备用泵的主要失效风险

定期试验期间造成仅单列可用的风险确实存在，但C泵作为检修备用泵长期停运对泵的可靠性和可用性也存在一定的风险。结合调试期解体检查经验反馈，分析厂用水泵检修备用泵存在的主要失效风险：一是海生物滋生（叶轮、蜗壳流道、叶轮口环间隙，以及海水浸没处的导轴承间隙等滋生海生物）;二是腐蚀。

检修备用泵长时间处于停运状态，失效模式主要是隐性失效。从厂用水系统可用性和可靠性角度综合考虑，优先缩短电源不可用时间，主要措施如下：进一步研究电源切换优化方案，明确制约因素，找出与三门差异，缩短启泵电源切换时间;适当延长检修备用泵定期试验周期，减少电源切换次数;

6.3检修备用泵的维护策略

厂用水泵检修备用泵失效模式分析，检修备用泵主要失效模式为隐性失效，建议检修备用泵采取预测性维修为主、定期检修为辅的维护策略：

运行巡檢：重点关注外供机械密封冲洗水和机械密封泄漏情况进行检查，周期参照运行值巡检要求执行;

定期试验（6-9M）：检修备用泵采取的定期试验周期建议与泵检查维护周期保持一致，或与A、B泵检查维护切换周期保持一致（合理切换周期为检查维护周期的1/2-即9M），为保证可用性建议在检查维护前一个月进行C泵试验;建议每次连续运行时间至少6小时以上，以便同步采集性能趋势分析数据;建议当前按照6—9M周期执行，后期根据具体执行效果和实际需要进行调整。

性能趋势分析（周期与定期试验周期同步）：建议每次连续运行时间至少6小时以上，以便采集性能趋势分析数据;

定期盘车（3M）：《核岛设备保养管理》程序明确停运时间超过3个月，且不具备试转条件的，每3个月要执行手动盘车保养;

解体检查（9Y）：重点清理叶轮、泵蜗壳、叶轮口环、导轴承等部件，检查各部件腐蚀情况等。

当盘车或试验发现厂用水系统C泵性能下降时，系统设备处组织机械、电气、运行各专业讨论，如果通过缺陷排查确认是由于延长试验周期带来的问题时，对周期进行重新调整，缩短试验周期。

7.厂用水系统改造设计问题

厂用水系统原设计上的A/B泵互为备用，运行泵跳泵或者检测到运行泵出口压力低，备用泵会接到一个自动启动信号联锁启动。此次改造增加的厂用水C泵为检修备用泵存在如下问题：

C泵的中压电源、工艺流道、控制回路、出口压力表和主控画面显示均与原A/B泵共用，若需要切换至C泵运行或备用，需要运行人员手动切换电源、出口压力表和阀门控制回路，C泵不是真正意义上的备用泵;

在泵切换期间，只有一台泵可用，其余两台泵均不可用，时间长达3小时，此时若运行泵出现故障，机组将失去冷却水被迫后撤;

厂用水C泵设计为检修备用泵，长期处于停运状态，需要进行定期启动试验和检查维护，在定期切换厂用水泵期间无备用泵，给机组造成一定风险;

厂用水C泵主控画面显示借用原A/B泵，无法在主控独立监视运行状态和参数，需要就地检查确认。

鉴于厂用水C泵的上述问题，需要进一步研究和设计，增加厂用水C泵独立的中压电源、控制回路、出口压力表和主控室控制显示画面，以彻底解决目前C泵存在的上述备用、切换风险和监视控制问题。

参考文献：