三门核电循环水系统排水方案简析
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摘要：三门核电采用三代核电技术，循环水系统采用一次循环冷却的供水方式。循环水管道设计上较二代核电布置更低，系统停运后管道无法自动排水。每次机组大修期间的维修和防腐工单需要将循环水系统彻底排水。介绍了利用当前系统设计，采取有效措施缩短循环水系统排水时间的方案。提出了一些设计改进建议，以更利于循环水系统运行和排水。
关键字：三门核电；循环水系统；排水；虹吸
1. 引言
三门核电循环水系统采用一次循环冷却的供水方式，将汽轮机凝汽器和汽轮机辅机的热量传输至海水。三门核电机组额定功率1251MW，所需要的海水流量大，为了更好的利用虹吸、降低循环水泵功率，三门核电循环水系统管道布置更低，系统停运后管道无法自动排水。根据循环水系统预防性维修大纲，每次机组大修时需要对一台循环水泵进行整修；根据三门核电设备防腐大纲，每次大修需要对循环水系统主管道、凝汽器海水进出口电动隔离阀、二次滤网进行内部腐蚀检查。因为大修期间循环水系统相关的工作，所以每次机组大修都需要对循环水系统进行彻底的排水。通过三门核电1/2号机组热态功能试验和启动试验阶段执行循环水排水的实际情况，循环水系统排水耗时长，需要运行人员和维修人员紧密配合，易成为维修工单开工的制约因素。采取有效措施缩短循环水系统排水时间，可以有效的缩短大修期间循环水系统维修工期。
2. 三门核电循环水系统简介
三门核电循环水系统采用单次循环冷却的设计，循环水取自三门湾，经过凝汽器加热后排入三门湾。
每台机组的循环水系统包含2台50%额定容量的循环水泵、4个取水前池钢闸门和2个虹吸井钢闸门，取水前池和虹吸井2台循环水泵公用。循环水泵采用单级、浸入式、可调叶片角的立式混流泵，每台循环水泵出口设置1台电动隔离阀，每半侧凝汽器进、出口各设置1台电动隔离阀（共计12台）。每台循环水泵入口设置有2台旋转滤网，每半侧凝汽器进口设置有1台二次滤网，以防止碎屑及海生物进入凝汽器。每半侧凝汽器出口设置有1台收球网，用于收集凝汽器胶球清洗系统的胶球。
3. 循环水系统管道布置
采用北取南排的方式：取水采用海底混凝土涵洞，设置取水前池；排水采用混凝土排水渠，设置虹吸井和排水口。单机组的1条取水涵洞在取水前池处分4个流道、经4台旋转滤网后汇流成2条流道，每条流道对应1台循环水泵。2条钢质循环水进水母管（DN4100）进入汽机房，然后每条循环水母管分成3条支管（DN2700），每条支管对应1台凝汽器的半侧水室（共3台凝汽器），循环水经过凝汽器后又汇流成2条循环水排水母管（DN4100），流入虹吸井。虹吸井经2条混凝土排水渠后排入三门湾。同时虹吸井下游设置有混凝土的排水工作井，用于核岛厂用水系统的海水排放。
三门核电机组额定电功率1251MW，为满足三门核电凝汽器的冷却，保证凝汽器的背压，循环水设计流量279600m?/h。虽然循环水泵采用了适用于大流量工况的立式混流泵，但为降低循环水泵的功率、减小循环水泵的尺寸，循环水泵房、汽机房和虹吸井布置相比于M310机组标高更低。
4. 循环水系统排水方案
4.1 循环水系统水量计算
循环水系统停运后，按照三门湾平均高潮位+2.30m计算，循环水进出口母管和支管基本满水状态，凝汽器内部分循环水管道留存海水（虹吸破坏阀开启）。依据管径和管道长度计算各部分的海水量见表2（海水量取整m?）。
4.2 循环水系统排水步骤
三门核电在热态功能试验和启动试验期间进行多次循环水系统排水，不断的对排水方案进行优化，排水时间不断缩短。优化后的排水方案如下：
1） 凝汽器入口侧排水
循环水泵出口隔离阀至汽机房之间的DN4100的管道排水，通过打开循环水泵出口电动隔离阀，只要吸水前池的海水潮位低于该段循环水管道的标高，依靠重力就可以倒流至吸水前池。凝汽器入口支管的海水通过二次滤网排污阀排至汽机房海废水池，再通过海废水泵排至虹吸井，其中包括凝汽器内留存的海水。吸水前池的闸门放置到位后，通过前池的海淡原水泵和临时潜水泵排水。因为吸水前池处两台循环水泵的流道是相互隔开的，此部分的排水两列可以单独进行。
2） 凝汽器出口侧排水
因为虹吸井内两条流道是互通的，所以需要等两台循环水泵都停运后再对凝汽器出口至虹吸井段进行排水。虹吸井闸门放下后，利用虹吸井海淡原水泵和临时潜水泵排水，排水范围包括凝汽器出口母管和虹吸井内海水。此部分排水结束后，凝汽器出口支管的海水通过收球网的排污阀排至汽机房海废水池，再通过海废水泵排至虹吸井。
吸水前池和虹吸井的海淡原水泵各有2台，额定流量1000m?/h，排水至海水淡化系统的混凝沉淀池。因为设置有低液位保护，海淡原水泵不能将前池和虹吸井排空，但因为海淡原水泵流量比临时潜水泵大，所以也可以有效缩短排水时间。
5. 设计改进建议
因为海水中的泥沙、海生物等原因，凝汽器出口支管上DN2700的电动蝶阀关闭后多次出现内漏，导致汽机房海废水泵排水至虹吸井后又返回至汽机房。当需要单台循环水泵停运检修时，可能导致汽机房内循环水管道排水不净。鉴于这些问题，提出如下设计改进建议：
虹吸井两条流道隔开。当前设计循环水的两条流道在虹吸井处是互通的，必须要两台循环水泵都停运才可以放下虹吸井闸门。虹吸井的两条流道实体隔开后，可以实现单台循环水泵停运隔离和排水。
汽机房海废水泵排水变更至排水工作井。当前设计汽机房海废水泵排水至虹吸井，虹吸井闸门放下且虹吸井排水至循环水管口液位以下后，汽机房海废水泵的排水才真正的有效。将汽机房海废水泵排水变更至排水工作井，虹吸井闸门放下后，汽机房海废水泵、临时潜水泵、海淡原水泵可以同时对凝汽器出口母管/支管和虹吸井进行排水。
6. 结论
通过优化的循环水系统排水方案，设备/阀门正常的情况下，可以满足三门核电循环水系统检修和防腐检查的需要。同时针对当前存在的问题，提出了一些改进建议，可以优化循环水系统运行和检修的灵活度。
参考文献
[1] SMG-CWS-M3-001，Circulating Water Systerm Systerm Specification Document，R0
[2] SMG-732-P2-101，虹吸井平剖面图，R1
[3] SMG-7100-P2-104，循环水泵房I-I剖面圖，R0
[4] SMG-CWS-M0-AA0387，三门核电一期工程循环水系统及高程图，RA
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