1.核电站给水系统简介
核电站给水系统包括从除氧器给水箱到给水泵,以及从给水泵经过高压加热器到蒸汽发生器(Steam Generator) 的全部设备。核电站给水系统的功能与常规电站并无多大区别,前者是将给水加热并送至蒸汽发生器,后者送至锅炉省煤器入口。给水系统在输送过程中需保证满足各种工况下蒸汽发生器的压力和温度要求,同时考虑系统中设备、阀门及管道的选型、投资、运行维护等各方面因素,制定合理的工艺流程、控制参数要求等。在常规电站中,给水管路系统可分为4种:单母管制系统、切换母管制系统、单元制系统、扩大单元制系统;在核电站中,给水系统对应多个蒸汽发生器,因此为母管制系统。
2.CPR及EPR的主给水系统对比分析
(1)CPR1000堆型核电站主给水系统
CPR1000核电站汽轮机有两种型式:一种是以法国 ALSTOM技术为代表的电站,如红沿河核电站;另外一种是以德国 SIEMENS 技术为代表的电站,如防城港核电站。就CPR1000核电站来说,无论主机采用ALS-TOM还是SIEMENS技术,常规岛热力系统基本相同。例如,给水回热系统为7级,由4级低压加热器、1级除氧器和2级高压加热器组成;给水系统配置3台容量为最大给水量50% 的电动给水泵;同时,机组还包括其它辅助系统,如辅助冷却水系统、闭式冷却水系统、蒸汽转换系统、除氧器再循环系统、高、低压加热器疏水系统以及热水生产和分配系统等,以保证机组安全高效运行。
(2)EPRR 核电站主给水系统
EPR是FRAMATOME和SIEMENS联合设计的改进型核电站,它是以法国N4型和德国KONVOI型核电站为主要设计参考,充分吸收了法国和德国核电多年的设计、建造和运行经验, 以《欧洲核电用户要求文件》(EUR) 为设计规范,由法、德共同开发的新一代改进型第三代压水堆核电机组。EPR 核电站的设计理念是根据现役核电厂的设计、建设和运行经验,在传统设计的基础上对系统的设计、布置和运行进行了适当的改进和优化,增加了安全系统多重性,使其瞬态特性及抵御事故和灾害的能力明显改善,安全水平得到提高。
(3)系统对比分析
对CPR1000、EPR机组常规岛给水系统的配置方式进行比较,由比较结果可见(详见表 1),CPR1000和EPR机组在常规岛给水系统的配置上存在差别较小
表1 给水系统配置方式比较
3、给水泵再循环系统区别分析
核电给水泵的流量调节是随蒸汽发生器的负荷而变化的,在启动时或在低负荷时,给水泵很可能在给水量很小或给水量为零的情况下运行, 给水在泵体内长时间受叶轮摩擦生热,使水温升高,水温升高到一定程度上会发生汽化,造成汽蚀,对给水泵造成损坏。为避免上述现象的发生,在给水泵出口至除氧器水箱之间设置了流量再循环系统(也称最小流量系统),在给水泵启动初期或给水流量极小的情况下,可打开再循环系统,将一部分给水引回至除氧器水箱,以确保有部分水量流过泵体(一般为额定流量的30%),而不致使泵内水温过高造成汽化;当给水流量处于正常情况下,再循环系统将关闭。
对于CPR 项目,采用两路并列的再循环流量管线(共承担额定给水流量 30% 的份额)。CPR采用 on-off 型调节阀控制,优点在于控制简单; 主要缺点是 on-off 阀不能连续调节,开关阀门时会对下游流量造成较大冲击和扰动。
EPR 核电同 CPR 一样,也采用两路并列的再循环流量管线(共承担额定给水流量 30% 的份额),但采用了连续型调节阀控制, 主要优点是可实现连续调节,避免对下游造成流量扰动;但控制相对较为复杂,多了一个控制环节。
4、减震性能对比
对于 CPR1000 项目,给水泵组是直接布置在水泥基础上,而对于 EPR1700 机组,则采用了类似于汽轮机底座的弹簧隔振器布置方案,该布置形式有效地提高了基础的刚度和抗震能力,弹簧隔振基础主要有以下优点:
(1)使机组快速对中与调平, 并对基础不均匀沉降有非常方便的补偿作用。
不均匀沉降较小范围内,各组弹簧会自动调整受力状态;不均匀沉降较大范围内,用千斤顶在沉降的柱顶上将台板顶起,填进相应的垫片,台板便可回复到原来的水平,一般耗时1~2天,且在调平时可以不停机;对于常规固定基础,如果出现不均匀沉降,必须将固定地脚螺栓的二次灌浆敲掉,从轴承座下面的垫片开始重新对中与调平,一般费时2月左右。
(2)提高基础的刚度和抗震能力。
综合上述弹簧隔振系统的介绍, 考虑到在常规火电及核电中弹簧隔振器在汽轮机、凝汽器等重要设备及系统中的应用,在不考虑经济性的前提下,EPR 将弹簧隔振装置引入核电主给水泵组对于提高泵组的刚度、抗震性能以及基础不均匀沉降有明显的提高和调整作用,对于今后给水泵组的基础设计有较大的借鉴意义。
5.结语
通过对比CPR机组与EPR机组两种技术路线下主给水系统、给水泵再循环系统等,可知EPR主给水系统及设备相对于CPR虽然有诸多优点,但其造价却远高于CPR,考虑到核电站的建设费用,经济性也是选择机组类型时需要考虑的重要因素之一,但结合长期运行经验,EPR主给水系统设备的配置更优于CPR 项目。因此,将EPR主给水系统及设备的选型和配置应用于CPR 机组,将会提高CPR机组APA系统运行的可靠性和安全性,而如何降低设备采购及维护费用,提高整体效益,则是后续关注的重点。
参考文献:
【1】郭建林.压水堆核电站主给水系统调节方式与给水泵选择方案探讨[J].核电期刊,2004(6).
【2】胡友情.CPR1000 主给水泵设计输入选择及裕量取值分析[J].电力勘测设计,2010(5).