機(jī)電工翟拭術(shù)2012年第41卷第02期經(jīng)驗(yàn)交流DOl:10.3969/jisn10099492.2012.02.020AP1000核電循環(huán)水泵選型及配置分析徐智淵’,程亮(1中國電能成套設(shè)備有限公司,北京100011;2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局,北京100088)摘要:循環(huán)水泵與方案配置是否合理直接影響整個(gè)核電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性。從循環(huán)水泵的選型原則、方案選擇和經(jīng)濟(jì)性比較等方面,通過分析比較后給出金屬混流泵及混凝土蝸殼泵的優(yōu)缺點(diǎn),并指出這兩個(gè)技術(shù)方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍關(guān)鍵詞:AP1000核電;循環(huán)水泵;系統(tǒng)設(shè)計(jì);選型分析中圖分類號:TL353文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-9492(2012)02-0075-05analysis of Circulating Water Pump Selection and Configurationof aP1000 Nuclear Power plantXU Zhi-yuan, CHENG Liang(1. China Power Complete Equipment Co, Ltd, Beijing 100011, China; 2. State Intellectual Property Office of theP.RC, Beijing 100088, China)Abstract: The proper choose of circulating water pump model is direct affect the economic and security of Nuclear Power Unit. This articlegives the recommendatory scheme after comparison of metallic pump and volute pump form the aspect of type choosing, scheme choiceand economy comparison, and points out the merits, defects and the applicable scope of each scheme.Key words: AP1000 nuclear power; circulating water pump; system design; model choosing1引言廠用水系統(tǒng)(SWs)是非安全相關(guān),因此循環(huán)水循環(huán)水泵作為核電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的重要設(shè)泵房的設(shè)計(jì)與核安全無關(guān),按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備,負(fù)責(zé)將經(jīng)過過濾的冷卻水輸送到冷凝器,保計(jì),常規(guī)設(shè)計(jì)按三十三年一遇水位設(shè)計(jì),百年證汽輪機(jī)排汽在凝汽器中不斷凝結(jié),帶走機(jī)組的遇水位校核。余熱。因此對于循環(huán)水泵的選型及配置的方案對2核電循環(huán)水泵常用泵型及其特點(diǎn)核電機(jī)組的安全性及經(jīng)濟(jì)性有著非常重要的作用目前核電站循環(huán)水泵主要可分為兩大類,即某APl000核電站循環(huán)水系統(tǒng)流程為:海生物混凝土渦殼泵(離心式泵)和金屬混流泵(包括攔截設(shè)施→取水明渠→泵房前池→粗格柵(附帶固定葉或動(dòng)葉可調(diào))兩種。歐洲的核電廠及采用加氯框)→鋼閘門→欄污柵→鼓型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→循歐洲核電技術(shù)的國內(nèi)廠址主要采用混凝土渦殼式環(huán)水泵→液控蝶閥→循環(huán)水壓力進(jìn)水管→凝汽器的循環(huán)水泵,如大亞灣核電、嶺澳核電、秦山核及輔機(jī)→循環(huán)水壓力回水管→虹吸井→排水暗溝電等。美國、日本的核電廠多釆用金屬混流式循一排水口→排水明渠→大海。環(huán)水泵,如日本泊3核電、臺(tái)灣龍門核電等。由其循環(huán)水量(海水)每臺(tái)機(jī)組約為67m/于AP1000核電采用美國西屋的設(shè)計(jì)思路,因此在(包括常規(guī)島開式冷卻水量lm3s,及核島開式冷其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中也推薦釆用金屬混流式循環(huán)水泵。卻水量2m/),一期工程兩臺(tái)機(jī)組總海水量約為核電站循環(huán)水系統(tǒng)流量比較大,百萬千瓦核134m/s。由于本工程核島采用西屋公司先進(jìn)的非電機(jī)組循環(huán)TH中國煤化工揚(yáng)程通常在能動(dòng)AP00技術(shù),核島的最終熱阱為大氣,核島10-13m左右CNMHG循環(huán)水泵常收稿日期:2011-09-25C75經(jīng)驗(yàn)交流帆電工攫木2012年第41卷第02期Q-7HQ-HQ-NNPSHo/(m/s)m3/(a)離心泵(b)混流泵圖1離心泵與混流泵性能曲線采用低速離心泵或混流泵。離心泵與混流泵的主離開此區(qū)間,泵的效率隨偏離而降低,偏離該數(shù)要性能差別:(1)離心泵起動(dòng)功率低,Q-N曲線越大降低的越多。比轉(zhuǎn)數(shù)n決定泵的結(jié)構(gòu),進(jìn)而沿流量方向上升;而混流泵起動(dòng)功率高,Q-N沿影響泵的效率區(qū)間,所以合理選擇泵的比轉(zhuǎn)速對流量方向下降;(2)離心泵的Q-H曲線均勻下設(shè)計(jì)選型具有重要的意義降,無拐點(diǎn);混流泵的Q-H曲線有拐點(diǎn);(3)離反映泵的汽蝕特征的參數(shù)為泵的汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)心泵一般釆用閉閥啟動(dòng);混流泵一般為開閥啟動(dòng)。離心泵與混流泵性能曲線如圖1所示。562n3循環(huán)水泵選型原則NPSH循環(huán)水泵選型的目的是滿足供水性能需泵的人口相對流速是決定泵的汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C要、安全運(yùn)行需要、安裝維護(hù)方便、制造和運(yùn)值大小的關(guān)鍵因素,泵的入口直徑越大,相對流行成本低等要求。選型的基本參數(shù)包括:輸送速越低,C值就越大,則泵的抗汽蝕性能越好介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、工藝參數(shù)(包括流量Q、但泵的設(shè)計(jì)要求水流通過葉輪的流速相對變化較揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n、裝置汽蝕余量 VPSHa等)、安小,也就是相對較高一些的入口流速可以獲得更裝條件好的流動(dòng)條件,有利于提高泵的效率。因而汽蝕在滿足流量、揚(yáng)程性能的條件下,較高的效比轉(zhuǎn)數(shù)C值和泵的效率是一對矛盾,要根據(jù)泵的率能降低運(yùn)行成本,較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能增加運(yùn)行的具體使用條件來選取。一般來講,同時(shí)兼顧泵效安全性,較低的汽蝕性能可減少安裝的成本、選率和泵抗汽蝕能力時(shí),C的選擇一般在800~1100用合適的材料能延長使用壽命及維護(hù)成本。左右。泵設(shè)計(jì)選型所涉及的關(guān)鍵參數(shù):泵的比轉(zhuǎn)數(shù)4循環(huán)水泵配置方式及經(jīng)濟(jì)性比較n和汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C°6某AP1000循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)為:每臺(tái)機(jī)3.65n(1)組的循環(huán)水總流量為67m/s,揚(yáng)程為125m。根據(jù)計(jì)算,該循環(huán)十比桂為n=500,C=1072比轉(zhuǎn)數(shù)大小決定泵的效率,對于離心泵、混從圖1的水中國煤化適用該核電循流泵、軸流泵,最高效率在n=150~500之間,環(huán)水泵的東CNMH泵,這與實(shí)際C76瓿史工醒截木2012年第4卷第02期經(jīng)驗(yàn)交流選型情況吻合。修。一機(jī)四泵方案占地面積比一機(jī)兩泵和一機(jī)三結(jié)合其他核電項(xiàng)目循環(huán)水泵配置實(shí)例,本泵方案大。流量小于20m/s的立式混流泵有廣泛AP1000核電工程考慮了一機(jī)配兩泵、一機(jī)配三泵的供貨業(yè)績和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在常規(guī)火電有成熟的使及一機(jī)配四泵三種配置方式。針對一機(jī)配兩泵又用業(yè)績。但一機(jī)四泵設(shè)備投資較大,且土建成本考慮了金屬混流泵和混凝土蝸殼離心泵兩種泵較高,不易布置,不是AP1000原型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)型。通過各配置方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,選出最優(yōu)不作為推薦方案。配置方案。4.2混凝土蝸殼泵方案4.1金屬混流泵方案混凝土蝸殼泵的進(jìn)出水流道均由混凝土現(xiàn)場若采用金屬混流泵,可行方案如下:一機(jī)兩澆筑而成,這是其主要特點(diǎn)?；炷廖仛け玫慕Y(jié)泵方案、一機(jī)三泵方案和一機(jī)四泵方案。采用更構(gòu)形式完全不同于立式金屬泵,主要體現(xiàn)在進(jìn)水多臺(tái)數(shù)的配置方案也是可行的,但臺(tái)數(shù)越多時(shí)占流道、出水流道、受力方式以及相應(yīng)的土建結(jié)地面積越大,不易布置,且采用金屬混流泵后,構(gòu),因此在方案選擇時(shí)考慮的側(cè)重點(diǎn)與立式金屬管路系統(tǒng)為有閥系統(tǒng),水泵臺(tái)數(shù)越多其配套閥門混流泵完全不同。也越多,增加了故障出現(xiàn)的機(jī)率,因此不考慮4采用混凝土蝸殼泵時(shí)可行方案如下:一機(jī)兩臺(tái)以上的配置方案。下面簡要分析各可行方案的泵方案、一機(jī)三泵方案和一機(jī)四泵方案。統(tǒng)計(jì)資特點(diǎn)。料表明以上三個(gè)方案中一機(jī)三泵方案初期投資稍機(jī)兩泵方案:水泵流量為34m/s,水泵揚(yáng)低,但要將三臺(tái)泵的流量均勻分配給凝汽器兩個(gè)程為125m。本方案單泵流量過大,對淹沒深度、半室,同時(shí)要考慮隔離的需要,管路中要布置閥進(jìn)水池寬度和深度以及進(jìn)水流態(tài)提出了很高的要門],管路復(fù)雜,同時(shí)降低了系統(tǒng)的可靠性,因此求。如果進(jìn)水池流態(tài)不理想,很容易出現(xiàn)汽蝕和不推薦一機(jī)三泵方案。以下簡要分析一機(jī)兩泵方振動(dòng);單泵重量很大,需要采用雙基礎(chǔ);水泵軸案和一機(jī)四泵方案的特點(diǎn)。推力非常大,對電機(jī)要求很高;國內(nèi)外沒有這類機(jī)兩泵方案:水泵流量為32m3s,水泵揚(yáng)大流量水泵的供貨業(yè)績和使用經(jīng)驗(yàn)。一機(jī)兩泵方程為125m。一機(jī)兩泵方案中,每臺(tái)泵向凝汽器的案沒有成熟的技術(shù)條件和使用經(jīng)驗(yàn),存在一定的兩個(gè)半室單獨(dú)供水,無需設(shè)置閥,供水系統(tǒng)為簡風(fēng)險(xiǎn),但可作為比較方案。單可靠的無閥系統(tǒng)。由于所采用的肘開進(jìn)水流道機(jī)三泵方案:水泵流量約22ms,揚(yáng)程有良好的整流作用,從而減小了水泵的淹沒深12.5m。循環(huán)水泵要向凝汽器的兩個(gè)半室單獨(dú)供度;蝸殼出水流道有良好的整流作用,從而保證水,一機(jī)三泵方案中要將三臺(tái)泵的流量均勻分配了水泵有較高的效率;水泵的重量及水推力無需給兩條供水管,同時(shí)要考慮檢修隔離的需要,其電機(jī)承擔(dān);在其他核電項(xiàng)目上已有成熟的使用業(yè)閥門數(shù)量多、管路聯(lián)接復(fù)雜;另外單泵流量偏績。大,對淹沒深度及進(jìn)水池流態(tài)有較高的要求;水機(jī)四泵方案:水泵流量約16m/,揚(yáng)程泵和水泵軸推力較大,需要采用雙基礎(chǔ)布置,且125m。一機(jī)四泵單泵流量小,水泵淹沒深度小其管路聯(lián)接復(fù)雜,單泵流量偏大,對流態(tài)要求較由于臺(tái)數(shù)多,占地面積大;四臺(tái)泵向凝汽器兩個(gè)高。與一機(jī)兩泵及一機(jī)四泵相比,一機(jī)三泵初期半室供水,需要將水泵兩兩并聯(lián),管路系統(tǒng)必須投資低,并且也是AP1000原型中采用的泵配置方設(shè)置閥門。式,若采用金屬混流泵,最佳方案是一機(jī)三泵方機(jī)四泵方案初期投資比一機(jī)兩泵高,且施案,該方案有豐富的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。工周期長,維護(hù)成本高。大亞灣核電、嶺澳一期都機(jī)四泵方案:水泵流量約16m/s,揚(yáng)程是采用一機(jī)兩泵配置,從設(shè)計(jì)、采購管理、施工安125m。一機(jī)四泵單泵流量小,水泵淹沒深度小、裝、運(yùn)行維護(hù)等方面積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)。一機(jī)兩泵進(jìn)水池寬度小、水泵重量輕。水推力小,可以采方案為無閥中國煤化工此,一機(jī)兩泵用單基礎(chǔ)布置,簡化了土建結(jié)構(gòu),便于安裝檢方案優(yōu)于CNMHG方案。匚7經(jīng)驗(yàn)交流機(jī)工程截木2012年第41卷第02期43技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較運(yùn)一臺(tái)泵即可),每臺(tái)泵的流量變小,還有利于以(1)機(jī)組采用一機(jī)配兩泵時(shí),動(dòng)葉可調(diào)立式后循環(huán)泵的國產(chǎn)化;一機(jī)配兩泵(動(dòng)葉可調(diào)立式混流泵與混凝土蝸殼泵比較見表1?；炝鞅?方案,采用動(dòng)葉可調(diào)后,其可靠性難以通過表1可以看出,從經(jīng)濟(jì)方面,兩臺(tái)立式保證,而且經(jīng)濟(jì)性并不占優(yōu)。因此在兩種方案年混流泵方案要優(yōu)于兩臺(tái)混凝土蝸殼泵方案,年總費(fèi)用相差不大的情況下,推薦一機(jī)配三泵方案。費(fèi)用相差約358萬元。因年費(fèi)用差別太大,不推5循環(huán)水系統(tǒng)方案分析薦立式混凝土蝸殼泵。通過上面的分析,循環(huán)水系統(tǒng)可采用兩類泵(2)一機(jī)配三臺(tái)金屬混流泵(固定葉片)及型:金屬混流泵和混凝土渦殼泵,相應(yīng)的方案有機(jī)配兩臺(tái)金屬混流泵(動(dòng)葉可調(diào))比較見表2。-機(jī)三泵(金屬混流泵)和一機(jī)兩泵方案(混凝由表2計(jì)算結(jié)果可以看出:從經(jīng)濟(jì)方面,兩土蝸殼泵),從技術(shù)上講兩方案均可行,但從系統(tǒng)泵方案要略優(yōu)于三泵方案,年總費(fèi)用相差大約26的運(yùn)行維護(hù)角度,采用金屬混流泵的方案更優(yōu)。萬元;但從技術(shù)層面上來說,固定葉片的循環(huán)水(1)混凝土蝸殼泵方案的優(yōu)缺點(diǎn)泵具有安裝、檢修方便,運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn),采用混凝土蝸殼泵的一機(jī)兩泵方案為無閥系動(dòng)葉可調(diào)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝檢修難度大,運(yùn)行可統(tǒng),系統(tǒng)簡單、成熟可靠,混凝土渦殼泵水力性靠性差。能好、防腐性能好。機(jī)配三泵方案,冬季流量比較好調(diào)節(jié)(停主要缺點(diǎn)是:設(shè)備不易國產(chǎn)化;對土建與機(jī)褒1動(dòng)葉可調(diào)立式混流泵與混凝土蝸殼泵比較立式混流泵混凝土蝸殼泵備注水泵形式二層安裝,抽芯式,層上出水混凝土蝸殼,抽芯式動(dòng)葉可調(diào)驅(qū)動(dòng)方式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過減速箱傳動(dòng)水泉材質(zhì)接觸海水面采用雙相不銹鋼接觸海水面采用雙相不銹鋼水泵配置50%x2臺(tái)50%x2臺(tái)水泵單機(jī)流量m/s)水泵揚(yáng)程(m)1515水泵機(jī)組效率(%)90882(減速箱效率98%)配套電機(jī)(kWx臺(tái))減速箱不需要,可靠性好需要,可靠性差動(dòng)葉可調(diào)裝置需要,可靠性差不需要,可靠性好技術(shù)比較機(jī)組噪音低(85dB(A左右)高(90B(A)左右)出廠前進(jìn)行真機(jī)性能試驗(yàn),可保證現(xiàn)場順利模型試驗(yàn),只能進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),出現(xiàn)水泵出廠試驗(yàn)安裝和水泵的水力機(jī)械性能問題很難進(jìn)行調(diào)整泵組與土建的接口少(幾乎沒有預(yù)埋件)多(預(yù)埋件多、流道施T接口多)泵組安裝周期短(一次安裝)蝸殼模型制作周期長初期設(shè)備成本(萬元)6600土建成本(萬元)5550安裝成本(萬元)經(jīng)濟(jì)比配套設(shè)施(萬元)以上設(shè)施年固定費(fèi)用(萬元)1566較凝汽器及供排水管道等年固定費(fèi)用(萬元)年運(yùn)行費(fèi)用(萬元)中國煤化工年總費(fèi)用(萬元)CNMHGr78電工程技2012年笫41若笫02經(jīng)驗(yàn)交流表2金屬混流泵(固定葉片)及金屬混流立式混流泵(兩臺(tái))立式混流泵(三臺(tái))水泵形式二層安裝,抽芯式,層上出水動(dòng)葉可調(diào)二層安裝,抽芯式層上出水固定葉片水泵單機(jī)流量(m/s)325243821.67水泵揚(yáng)程(m)5/11IS配套電機(jī)(kWx臺(tái))6000技術(shù)水泵出廠試驗(yàn)由于流量太大,無法進(jìn)行真機(jī)試驗(yàn),只|出廠前進(jìn)行真機(jī)性能試驗(yàn),可保證在現(xiàn)場的順能進(jìn)行模型試驗(yàn)利安裝和水泵的水力機(jī)械性能單泵總價(jià)(萬元)33002000循泵總價(jià)〔萬元)安裝成本(萬元)土建費(fèi)用(萬元)5435經(jīng)濟(jì)性配套設(shè)施(萬元)比較以上設(shè)施年固定費(fèi)用(萬元)17291755年固定費(fèi)用(萬元)2081年運(yùn)行費(fèi)(萬元)3837年費(fèi)用(萬元7647電接口多,施工周期長;管路為無閥系統(tǒng),不利版社,2006于抑制水錘。[3]楊詩成,王喜魁泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國電力出(2)金屬混流泵方案的優(yōu)缺點(diǎn)版社,2006采用金屬混流泵的一機(jī)三泵方案水泵流量41cB70265-199.站設(shè)計(jì)規(guī)范[S小,電機(jī)功率小,設(shè)備易于國產(chǎn)化;水泵臺(tái)數(shù)[5]丘傳忻.泵站[M].北京:中國水利水電出版社,2004.多,調(diào)度靈活;土建結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)電與土建接口[6]皮積瑞.農(nóng)田水利與泵站工程[M].北京:中國水利少,安裝簡單;管路設(shè)置有閥門,可控制閥門啟水電出版社,1993閉時(shí)間控制水錘壓力。[7]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)手冊[M].北京:宇航出版社,其缺點(diǎn)是:設(shè)備金屬部件多,防腐性能差;1995管路中設(shè)置有閥門,增加了故障機(jī)率[8]陳禮,余華明.流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:高6結(jié)論等教育出版社,2007釆用金屬混流泵的一機(jī)三泵方案是AP10)原9施衛(wèi)東流體機(jī)械M].成都:西南交通大學(xué)出版型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),在日本及美國的核電站有廣泛的應(yīng)用,在設(shè)計(jì)、管理、采購和運(yùn)行維護(hù)等方面積[10]金樹德,陳次昌.現(xiàn)代水泵設(shè)計(jì)方法[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1993.累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。且可靠性高,在冬季工況能停臺(tái)泵節(jié)省廠用電。鑒于核電廠單機(jī)容量大,可第一作者簡介:徐智淵,男,1980年生,漸江杭州人,碩靠性要求高,APl0核電采用金屬混流泵一機(jī)三士,工程師。研究領(lǐng)域:核電站輔機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)及采購。泵的方案,保證了AP1000的設(shè)計(jì),提高了運(yùn)行的(編輯:王智圣)可靠性。參考文獻(xiàn)[1]關(guān)醒凡,施衛(wèi)東,高天華.選泵指南[M].北京:宇航出版社,1998中國煤化工[2]姜乃昌.水泵及水泵站[M].北京:中國建筑工業(yè)出CNMHG