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Design Input and Margin Selection Analysis for the Main Feed-water Pump of CPR1000 Nuclear Power Plant

胡有情

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518000）

      摘要：根據CPR1000核電廠的設計，對常規(guī)島主給水泵設計輸入選擇和裕量取值選擇進行了分析，指出了選擇一回路最佳估算流量下的接口參數(shù)為設計輸入，給水泵的流量裕量取5%，陰力裕量取

10%就能夠滿足電廠最大續(xù)出力運行的要求并具有良好的經濟性。

      關鍵詞：CPR1000；主給水泵；參數(shù)選擇；設計裕量

      Abstract:Based on the design of CPR1000 nuclear power plant,the paper analyzes the design input selection and margin selection of the main feed-wate pump of conventional

island,and points out that the used as design input data for the selecton calculation of main feed-water pump parameters ,the 5%margin for flow-rate should be considered and 10%

margin for resistance calculation,The result of selection calculation based on the above conditions can fully meet the long term operaion requirements and is also economical.

      Key words: CPR1000; Main feed-water pump; Parameter selecion; Design margin

0  引言

      核電廠常規(guī)島主給水泵足二回路熱力系統(tǒng)中重要的設備之一，其設計輸入對電廠運行的經濟性、穩(wěn)定性和安全性有著重要影響。然而，對于核電廠常規(guī)島主給水泵的設計，我國國內日前還沒有相

應的技術規(guī)范進行統(tǒng)一規(guī)定，需要設計人員逐個項目進行專題研究或說明。

      對于核電廠給水泵驅動方式、容量選擇及配置數(shù)量等方面的分析，國內諸多文獻已有研究”「1-2」，但對核電廠給水泵設計輸入選擇及裕量取值方面的分析則鮮有見刊。本文結合CPRl000核電廠

工程設計的實際情況，對核電廠給水泵設計計算的輸入參數(shù)選擇及裕量取值要求進行探討和分析。

      對于CPRl000核電廠而言，主給水系統(tǒng)包括電動主給水泵系統(tǒng)(APA)、高壓給水加熱器系統(tǒng)(AHP)及給水流量控制系統(tǒng)(ARE)3個部分，足常規(guī)島熱力循環(huán)中的重要組成部分I”。其中，電動主給水泵系統(tǒng)在電廠啟動、運行及熱備用期間把給水輸送到蒸汽發(fā)生器并維持設計水位。因此，主給水泵的設計對核電廠運行的經濟性、穩(wěn)定性和安全性至關重要。

      在CPRl000核電廠的設計中，每臺機組配置3臺50％額定容量的電動給水泵，2臺運行1臺備用。正常運行工況下，經除氧器混合加熱后的飽和除氧水分2路由2臺給水泵升壓，匯集到給水母管后再次分2路進入并聯(lián)的2列高壓加熱器(6號和7號功口熱后匯入給水聯(lián)箱，再在給水調節(jié)系統(tǒng)分3路支管進行調節(jié)，每條支管都設有各自的旁路，之后3路給水管線并聯(lián)送入核島，最終進入蒸汽發(fā)生器，其流程見圖1。

      主給水系統(tǒng)核島與常規(guī)島的設計分界位于圖中A點處。設計分界處的參數(shù)由核島提出要求，常規(guī)島在選定主給水泵參數(shù)時予以滿足，即在確定常規(guī)島主給水泵設計參數(shù)時應將核島側設備及管路的運行情況做實時考慮。

1  給水泵設計輸入選擇

      常規(guī)島主給水泵設計輸入的選擇很大程度上取決于主給水管道在核島與常規(guī)島設計分界處的接口參數(shù)及核島對常規(guī)島給水泵運行的技術要求。CPRl000核電廠核島一回路反應堆冷卻劑系統(tǒng)(RCP)在進行設計時需考慮最佳估算流量、熱工設計流量、機械設計流量3種工況。各工況的具體定義如下：

      (1) 最佳估算流量。最佳估算流量是電廠實際運行條件下最可能的流量。此流量足根據對反應堆、蒸汽發(fā)生器和主管道的流動阻力的最佳估算，以及根據對反應堆冷卻劑泵揚程一流量能力的最佳估算來確定的。

      (2) 熱工設計流量。熱工設計流量是用于反應堆堆芯熱工性能、蒸汽發(fā)生器熱工性能等總體性能設計時確定電廠額定參數(shù)的依據。由于設計階段系統(tǒng)阻力和主泵特征的不確定性，為了提供必需的裕度，熱工設計流量需計及反應堆、蒸汽發(fā)生器和主管道流動阻力、反應堆冷卻劑泵揚程的負偏差。熱工設計流量大約比最佳估算流量小4％，在電廠投入運行時要進一步證實熱工設計流量。

      (3) 機械設計流量。機械設計流量是用于反應堆壓力容器內的堆內構件和燃料組件機械設計的流量。為了確保設計的保守性，機械設計流量應計及系統(tǒng)阻力的負偏差和泵揚程的正偏差。機械設計流量比最佳估算流量約大4％。#page#

    對于CPRl000核電廠，在核島與常規(guī)島設計分界處與上述各流量對應工況下的接口參數(shù)(SG零堵管、正常排污)見表1。

此流量為3臺SC總流量，且包括正常排污量4．77kg／s*3=14．31kg／s(表中3種工況流量相差極小，不足0．2％。)

      在進行電廠系統(tǒng)設計時使用的一個通用原則是系統(tǒng)設計壓力、溫度、阻力計算等采用系統(tǒng)最可能運行的值或最可能出現(xiàn)的最大值。遵循這一原則，基于最佳估算流量是一回路系統(tǒng)最有可能的流量，在二回路系統(tǒng)進行性能設計時，選用該流量對應的工況是合理的。熱工設計流量足在計及反應堆、蒸汽發(fā)生器和主管道的流動阻力、反應堆冷卻劑泵揚程以及用于測量流量方法的誤差等多項因素的負偏差后的流量，足系統(tǒng)設計的保守小流量，如果將該流量對應的工況作為二回路主給水泵設計輸入的基礎，則會引起主給水泵揚程、流量等與‘回路正常運行最可能出現(xiàn)的參數(shù)不匹配；機械設計流量是作為系統(tǒng)部件機械設計基礎的保守大流量，顯然不應作為二回路設計輸入。

2  流量及阻力裕量取值分析

      裕量取值優(yōu)化是核電廠提高全廠運行效率、節(jié)省廠用電量的重要措施之一。如何使裕量取值既能滿足電廠最大連續(xù)出力運行要求，又能達到節(jié)能降耗的效果，在進行給水泵設計時需分析和研究。

      CPRl000核電廠主給水系統(tǒng)在進行主給水泵流量、揚程等參數(shù)選擇時，首先要滿足核蒸汽供應系統(tǒng)基礎流量及揚程的要求，然后再參照有關設計規(guī)范的需要，另行考慮一定的裕量。目前，國內還沒有相應的行業(yè)規(guī)范對核電廠給水泵選型時流量及壓力裕量取值予以明確，各CPRl000項目現(xiàn)行參照使用的《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》在編制時并未對核電廠的發(fā)電特點作相應考慮，故相關技術條款在CPRl000核電廠的給水系統(tǒng)設計中并不完全適用。下面將根據CPRl000核電廠的特點，對相關裕量取值作進一步分析。

2．1  流量裕量的選擇

      根據《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》10．3．2條規(guī)定「4」，給水泵出口總容量應滿足汽包爐為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的110％，直流爐為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的105％。在該規(guī)范相應的條文解釋中對相關流量裕量考慮的因素作了進一步明確(見表2)。

      在CPRl核電廠中，主給水泵在進行流量設計選擇時，參照了常規(guī)火電汽包爐的方式，即選擇10％作為流量裕量。

      從表2不難看出，對核電廠而言，鍋爐連續(xù)排污、汽包水位波動2項不宜作為裕量(蒸汽發(fā)生器最大連續(xù)排污量已計入給水泵基礎流量)，僅需考慮給水泵老化的因素。因此，主給水泵在進行流量設計時，選擇5％作為流量裕量是能滿足系統(tǒng)設計要求的。

2．2 阻力裕量的選擇

      根據《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》10．3．8條規(guī)定14J，從除氧器給水箱出口到省煤器進口介質流動總阻力(按鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時的給水量計算)，對于汽包爐應另加20％裕量，對于直流爐則另加10％裕量。在CPRl000核電廠中，主給水泵在進行阻力設計選擇時，從保守的角度考慮，取值參照常規(guī)火電汽包爐方式，即選擇20％裕量。

      根據阻力與流量的平方成正比的關系，對于常規(guī)火力發(fā)電廠汽包爐而言，當給水系統(tǒng)的阻力按鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量計算，把包括10％裕量的給水泵出口總容量視為總給水量時，則給水系統(tǒng)阻力增加裕量為：（110%）²-（100%）²=21%， ，實際取整為20％；對于直流爐，當把包括5％裕量的給水泵出口總容量視為給水量時，給水系統(tǒng)阻力應增加裕量為：（105%）²-（100%）²=10.25%，實際取整為10％。

      顯然，該估算結果與《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》的推薦取值十分吻合。

      對于CPRl000核電廠給水系統(tǒng)主給水泵選型設計，當流量裕量取值為5％時，則阻力裕量按《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》中直流爐取值是合理的，即阻力裕量可取值為10％。

3  裕量選取優(yōu)化方案經濟性分析

      下面以廣東某CPRl000核電廠主給水系統(tǒng)為例，對主給水泵選型時流量及阻力裕量的選擇結果進行經濟性分析。

      該核電廠在進行給水泵選型時，流量裕量及阻力裕量均參照《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》中汽包爐的有關規(guī)定進行選取，即流量裕量取值為10％，阻力裕量取值為20％。最終訂貨的主給水泵設備參數(shù)如表3“訂貨參數(shù)”欄所示。#page#

4  結束語

      (1)基于CPRl000核電廠的特點，根據電廠系統(tǒng)設計時的通用原則(系統(tǒng)設計壓力、溫度、阻力計算等都應采用系統(tǒng)最可能運行的值或最可能出現(xiàn)的最大值)，二回路系統(tǒng)性能設計選用核蒸汽供應系統(tǒng)最佳估算流量對應工況的參數(shù)是合理的。

      (2)對CPRl000核電廠而言，主給水泵的流量損失項與常規(guī)火電廠直流爐型時基本相似，因此，主給水泵在進行流量設計時，流量裕量應選擇5％，阻力裕量應選擇10％。

      (3)對CPRl000核電廠主給水系統(tǒng)，當主給水泵流量和阻力裕量取值作合理優(yōu)化后，主給水泵功率能減少6．1％，每臺機組年節(jié)省運行費用約215萬元，具有良好的經濟效益。

      (4)本文針對核電廠額定功率工況下主給水泵設計輸入與核島接口參數(shù)的合理匹配進行了探討，但對部分負荷工況及特殊瞬態(tài)工況時主給水泵設計輸入與核島運行要求的合理匹配未作相應分析，還需另行研究。

    參考文獻

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    (收稿日期：2010-07-07)