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1、核电站反应堆冷却剂泵试验回路的设计,建造与运行/核电站反应堆冷却剂泵试验回路的设计,建造与运行宫传家(沈阳水泵厂;I10(06)TL;3.2摘要:本文介绍核电站反应堆冷却剂泵试验回路的设计思想和系统构成.概述试验团路在建造过程中遇到的技木难点和解陕方法.刊述试验回路在运行过程中其回路构成器件,控制联锁,仪表等系统在试验中分别所起的重要作用.运行实践证明了此试验回路设计的合理性及系统各部分的可靠性.关键词:垦苎竺里曼盟盟1前言核电站中的反应堆大多数为轻水堆,轻水堆又分为压水堆和沸水堆.我国现在已投运的秦山,大亚湾核电站的反应堆均为技术成熟,安全性较好的压水堆.我国研制生产的第一台核电站主泵就是用
2、于压水堆中的反应堆冷却剂泵.反应堆安全壳核电站与一般火电厂不同,由于冷却剂(这里指轻水)通过反应堆后带有放射性,所以核电站由核岛和常规岛两部分构成.核岛部分完全屏蔽在反应堆安全壳内.核岛部分的系统构成器件见图1.而在常规岛部分设有与一般火电厂使用的大致相同功能的泵即给水泵,冷凝泵,冷凝器冷却水循环泵等,但这些泵的参数和型式与一般电厂中对应用途泵大不相同,如常规岛的给水泵具有大流量的特点,通常采术泵技术tgg&.4图1核岛部分(压水堆核电站)的系统构成一29用单级双吸泵(径向剖分结构),而一般火电厂的锅炉给水泵具有超高压的特点,通常采用多级双层壳体泵从图l可看出,核岛部分的反应堆冷却剂泵
3、(也称主泵)是核岛系统中唯一旋转的设备,因此有人也把它称为核电站的心脏,它的运行可靠性直接影响核电站的安全和发电能力.此泵的技术含量极高,价格昂贵该泵一般采用立式单级离心泵.对于压水型反应堆来说,是依靠此泵来强制循环作为冷却剂的轻水(去离子水),并借助改变循环流量来控制反应堆的能量.建立全流量的主泵试验回路,是开发核主泵新产品和保证主泵质量必不可少的手段.根据核主泵设计规范书的要求,试验回路要完成主泵在冷态(常温,15MPa)和热态(288,15MPa)条件下的产品出厂性能测试和包括各种非正常工况下的运转考核试验.设计的试验回路的适用范围:能完成300MW一1500MW核电机组核主泵的性能测试
4、和运转考核.试验回路的主要设计参数如下:温度:工作温度20288设计温度O压力:工作压力3一|5加Pa设计压力17.16水(静)压试验压力21.5MPa流量:最大27000/h允许最大温升,温降速率:55.6/h受试泵的电机的最大功率:8500kW2试验回路系统设计鉴于主泵及其辅助系统的复杂性,我们将回路系统的设计分为6大部分.2.1主回路回路由内径914m的进,出口管与两个内径1800into的球体连箱连接.两个球体连箱中问装有4根内径610r的流量测量管段.在此管段上各装有一只文吐里fVenmri)流量计,一30一在流量计的下游侧各装有一个流量调节阀,其功能为性能试验时调节流量用.在进出口
5、管段上装有环形澳压管引至差压变送器用以测量泵的扬程测量回路温度用铂电阻温度传感器,同时装设在进出口管段上(见图2).2.2供压系统为保证主回路的运行压力,在试验系统中装有2台供压泵,一台是高压离心泵,另一台是高压往复泵,其中一台工作,一台备用.供压泵为主回路提供的压力通过毋57x4管系注人主回路.与此管系并一条0906管系,经消能(消压)器,低压换热器(辅助换热器I)重新返回储水箱,主要用于调节主回路压力.为保证主回路压力的稳定,在574供压管系上又旁通一条057x4管,经由一台高压换热器(辅助换热器)进入另一个消能器,使压力降下来后,再进入上述的低压换热器返回储水箱.2.3制水/供水系统.根
6、据主泵设计规范书要求,泵的工程试验用水必须达到下列要求:-氯化物含量0.15ppm电导率2.0us/em总颗粒物含量O.5ppmpH值6.010.5目视清澈度:不混浊,不舍有油或沉淀物为满足上述要求,建一套反渗透制水装置,配有柱塞泵加注氨水保证水的pH值.系统中装有电导率检测仪,随时溅量电导率.反渗透装置后加一套混床设备,确保制成水的电导率小于2.0.回路降温.时ua/,cm绘水量约2n-/h,为保证失水事故时的补绐,制水设备的制水能力要大于5/ho制成水注人储水箱中(图2).2.4冷却系统由于试验系统是一闭式回路,泵在运行时水表技术19984水泵技术199843l一一壬圈廿哥f卑瞄*器,燥*
7、嚣靶蜘蜃靶蛊螺嶙廿一匦蝌懈密回薄蟮噼幕嚣姑哥f氇匦其能量都转化成热能,使回路水温不断升高.为达到设计规范书要求的升,降温速率和所需要的试验温度,在试验系统中装设一套换热装置,共4台热交换器.主换热器:主要用于控制试验回路的温度,其换热面积89,换热能力6.324lkcal/h辅助调压换热器(I):为调节和稳定试验回路的试验压力,在供压泵出口侧的逆止闽前装有一台低压换热器,换热面积38,换热能力0,756lkcal/h.逆止阀后为高压调压换热器(),换热面积9,换热能力0.158lkeal/h.它主要用于调节回路压力,当主回路压力超压时,其高温水可通过此换热器经过第二个消能器,再返回储水箱,从而
8、达到平衡压力的作用.系统设冷却水换热器:换热面积65,冷却器功率1500kW,它主要用于主泵冷却水供应水的循环冷却,它是一种低温,低压换热器.换热器的冷却水,由冷却水泵提供.试验厂房内有一大容量试验水池.怜却水由泵从此水池抽送至各换热器后进人室外2台功率分别为5500kW的冷却塔.冷却后返回水池.冷却水循环水量900/h.2.5测量和控制系统所有被测参量:温度,流量,扬程,压力,功率以及振动等均在主控室内监测,记录,分析,此外,现场还配有就地显示的各部位压力表,供现场巡检和操作人员监测.主泵的扬程相对于系统压力显得很低,所有泵扬程都是通过差压计测量进出口压差即扬程)而得的.主泵流量用24英寸文
9、吐里(Ventra1)流量计测量.该流量计由美国购进,流量计经过标定.主泵的功率用瓦特表坝j量.主泵的振动及故障监测测量系统用美国本特利公司3300系统和DDM:振动测量软件完一32一成.主泵流量扬程随时问的变化关系由PDM软件完成.2.6供电系统我厂有16000kVA变电站,能保证主泵做多次启动和停车试验,同时备有一套备用电源系统,使回路在试验过程中,即使一套供电系统出现问题,可立即切换到另一套供电系统,确保试验圆路的继续运行.3回路建造过程中的技术难点太口径的高温,高压试验回路的设计建造,在国内尚属首次.在设计建造过程中存在不少技术难点.3.1主管路的制造试验回路的主管路分别与主泵的进出口
10、管路相连,主管路的内径914mm,这样大口径的高温,高压管路国内尚未生产过,因此主管路的制造是一大难题.经过多次技术,经济综合分析,最后终于摸索解决了主管路制造的难题3.2回路的基础对我厂预留的核泵试验场地基础进行技术改造.基础设计的设备安装载荷为泵一电动机组重达150000Jcg,回路总重160000kg,基础建成后进行压载试验,其总变形量在垂直及倾斜方向均不大于2rml.泵一电机机组与回路安装在一个整体基础上.3.3管路联接密封各管段采用法兰联接井用缠绕垫密封.没计要求密封面间需加密封焊以保证管路不因高压而泄漏.此项密封焊需制定焊前预热及焊后热处理工艺.我们采用管内壁法兰联接处密封焊工艺,
11、焊后打光,着色渗透检验,回路共计22道焊缝,每道焊缝长约2900aan,焊缝总长水泵技术199843.4高纯度水的制备.建立一套反渗透纯净水的制永生产线.由反渗透制出的水其pH及纯净度等指标均达到试验要求.为达到试验用水的电导率指标,又将纯净水进入混床进行离子除盐,然后将处理过的水经过低位真空除气器除掉水中的氧气,待完全达到试验用水要求后,注入储水箱供泵试验.3.5仪表控制系统的调试一仪表系统分两大类:测量仪表;监测仪表.温度,压力,流量共计84个测点.压力测点有远程及就地监测两种.温度及流量均在主控室内远程监测.主回路流量调节阔,可由主控室内远程控制,亦可就地手动调节.由主回路进入主换热器的
12、水由4个阀门调节流量,2个手动,另外2个为温度控制自动调节阀.回路在试验过程中的升降温速度均由2个手动阁控制.冷却器的冷却水人口闼门由主控室远程控制及就地调节两种操作均可.,回路系统装有安垒阿用以保证回路正常工作压力.供压泵至主回路连接管线装有逆止阎.回路高压与低压之间装有气动快关阀.这些阀门都是为r使主回路系统在意外事故状态_F确保主泵不被损坏.泵的振动测量主要测量泵轴的振幅和轴心轨迹.泵转子振动测量用美国本特利公司3300系统非接触传感器,由DDM:软件系统监测记录.对机组其它部位测点由加速度传感器经电荷放大器传到振动检测仪表监测.以上测试回路的控制与仪表部分完全摸拟核电站现场的主泵控制设
13、计要求.可以考核主泵联锁设计的合理性及各测试仪表的可靠性.上述所有仪表,控制,联锁等设备(包括阀门),在试验前必须全部调试完毕,达到试验水蒙技术1998.4要求.4试验回路系统的运行考核2台30OMW机组核主泵在试验回路上做了性能试验和运转考核试验.第一台泵运行112小时,第二台泵运行62小时.这里的运行数据主要取自于第一台主泵的试验数据.4.1主回路系统由内径914mill泵进出口管段和4条内径610ram测量管段通过2个内径1800球体连箱连接组成一个密闭回路,它安装于整俸浇灌的钢筋混凝土基础上由三点支承.只有吸人弯管与基础固定支撑(泵支座),另两点为两球体连箱支脚辅助括动支撑.我们对机组
14、最高处(即电机顶部)和最低处(泵人口安装机座)进行振动蔼试,在主振频率为工频(25m)的运行状态下,测得机组不同部位的振动位移值(见表1).裹1机组不同部位的振动位移实测值由实测结果可见,泵的此种支撑结构是安全可靠的,泵机组基础设计及施工均达到要求.泵装在回路吸八弯管上面,该弯管固定在基础导轨上,管路其它部分均系无约束自由状态.随着试验温度由冷态(加qc)升至热态(289)时,管路发生热胀.试验时对东西两个球体的热位移进行实测(见图3和表2).回路热胀量两个球体连箱在x方向(温差AT:269C时)计算热位移量a=51mm,实测位移量a=46nan;Y方向计算热位移量a:9nml,实测东球体8:13n,西球俸a=1O为保证热膨胀时不受约束,因此两个球体联箱的支撑底脚自由地装在两个大型铸铁平台上,在安装时,底脚面均涂有润滑脂.实验证一33图3反应堆冷却剂泵试验凰路热位移量实测值明,由于结构设计合理,保证了热态试验不园裹2热位移实测值东球(mm)西璋(眦n)XYXY1359925O15J5289笠24-28821131O嚣322132314热胀丽出现事故.4.2回路供压系统泵的性能试
