核電站主給水泵選型設(shè)計方法

1、第3卷第6期 南 陽 理 工 學 院 學 報 V01.3No.6 20I 1年I 1月 JOURNAL OF NANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Nov.201i核電站主給水泵選型設(shè)計方法江海燕,侯平利(中廣核工程有限公司 廣東深圳518000摘要:Sfx,-i核電站主給水泵性能參數(shù)選型計算、結(jié)構(gòu)選型要求等進行了總結(jié)、探討。對主給水泵選型設(shè)計流程、 給水系統(tǒng)阻力計算方法.揚程計算方法、汽蝕余量計算方法,以及泵組水力、機械、儀控設(shè)計要求進行了具體介紹、 分析。本文所總結(jié)的選型設(shè)計方法對核電站主給水泵的選型、優(yōu)化設(shè)計具有重要意義。關(guān)鍵詞:核電站;主給水泵;選型;設(shè)計核電

2、常規(guī)島主給水泵是核電站二同路系統(tǒng)主要 設(shè)備。主要功能是將溫度、壓力和水質(zhì)合格的給水 送到蒸汽發(fā)生器,并利用給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能將蒸汽 發(fā)生器水位維持在給定范圍,它是保證核島安全運 行和汽水品質(zhì)的重要熱工系統(tǒng)。至今,國內(nèi)制造廠 家還沒有該泵的設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)驗,國內(nèi)核電站長期依 賴進口設(shè)備。本文對給水泵的選型設(shè)計進行了探討,明確了 核電廠給水泵選型的主要依據(jù)、內(nèi)容和設(shè)計流程,提 供了主要的設(shè)計思路和方法,以提高熱機相關(guān)設(shè)計 人員對給水泵的合理選擇與優(yōu)化的設(shè)計能力。1主給水泵選型設(shè)計的流程圖主給水泵選型設(shè)計的流程圖如圖1所示。本文 第2章介紹揚程、流壁、汽蝕余量等計算方法。第3章介紹給水泵的結(jié)構(gòu)及性能要求

3、?？裳袌蟾婕霸u審意見l I研討布置設(shè)計要求lJ . 報砂 l熱平衡圖,系統(tǒng)流程圖 揚程流量功率、暫態(tài)計算汽蝕余量計算,選型計算書、除氧器暫態(tài)計 七鰳D 汽機合同的設(shè)備數(shù)據(jù)算書編校審I布胃,給水水質(zhì)條件1核島專她的接幾資料l研討水力設(shè)計、機械設(shè)計、主給水泵成套系統(tǒng) _格矽 項目及專業(yè)技措 l參考電站資料 F- 研討材料、電機、儀控 設(shè)計要求1先行項目經(jīng)驗反饋卜 技術(shù)規(guī)格書編校審l2設(shè)計計算步驟 2.1計算示意圖 圖I 主給水泵選型設(shè)計流程罔圖2僅為示意圖,詳細系統(tǒng)流程參考ADG/ APA/AHP/ARE系統(tǒng)流程圖。2.2系統(tǒng)管路阻力計算2.2.1計算原則(1管路總阻力作者簡介:江海燕(1975一

4、.女.工程師.主要研究方向:核電站常規(guī)島系統(tǒng)的設(shè)計研究。E-mail:houpinglicgnpc.CO自&§:m"±*mg镕¨A*”¨”p正2.10, 。怒:j囂謄黧釉“嗍 f.=矗+哺 (I 一條再釬環(huán)管蹄最大流位:醴引院捉H要求.雖其中h,為管路吐阻力(bar;h,為管路措程阻力 (bar:.為管件局部阻力(bar;f。為管路總阻力系 數(shù);m為管內(nèi)介質(zhì)流速(m/s.p為茜內(nèi)介質(zhì)密度 (km.矗為管路沿拌阻力系數(shù);f,為管件肺部阻 力系數(shù).n為同一管件數(shù)懾。(2管路沿程阻力計算公式”缸南弘“寺(2 其中:為管路雌擦系數(shù);L為臂路總堤

5、開托度(包括 附件長度,單位:m;D為管路內(nèi)徑(m。管道等值粗糙度、骨件的阻力系數(shù)通過IT,/T 50541996(火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定查 表或計算得到。泵的漉撬和揚程選型參考DL 5000-2000(火JJ 發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程 二(3管道局部阻力計算公式:h.2n南 (3 222丹段阻力汁算根據(jù)系統(tǒng)布籃罔.如陌2所爪,對從除氧器出口 至常規(guī)島與棱島設(shè)計分界點的整個給水管路.接照 瞥徑變化或管道分支分成若干段.每一升段的管路 阻力分別進行計算。舉個給水系繾的管路總阻力為 各段管路阻力之和h。管路與管件的阻力計算方法如式(2式(3 23泵的選型計算23i流量計算TMCR流量:TMCR

6、E況熱平衡圈中讀取總培 水世。終數(shù)值米自r家提贄。SG排污黛核島系統(tǒng)專業(yè)提資。裕艟:根據(jù)大火規(guī),般10%口訓。.232揚程計苒根據(jù)大火規(guī).紛水泵的揚程由以下3部分組成 (I際氧器給水箱¨¨至給水矬¨分界點的介 質(zhì)流動總阻力(按TMCR給水城另加20%裕量. (2給水設(shè)汁分羿點灶水n標高與腺氧器給水 箱正常水他之間的水柱靜壓差.(3給水設(shè)if分界點處絎水推力與除氧器額定 T:作壓JJ之問的壓JJ差.24汽蝕余計算泵的汽蝕是指肖聚的吖片人11附近的齷低壓力 等于或小于輸送溫度下敞體的飽和壓力時.液體鞔 在駿處發(fā)生汽化井產(chǎn)生L泡.汽泡的聚集,流動.分 裂.潰吠過程的總稱

7、蝕侖造成葉輪材抖的破壞. 引起噪聲和振動.井使黏采的性能降低、效率下降 為保證離心糶能正常運轉(zhuǎn).膻避免產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象,仆1片人¨附近的最低壓力就必頒大r輸送溫度下漓體 的泡和蒸汽壓,兩并的箍值髂為該泉的汽蝕余齄 一般地.有效汽蝕余址的計算公式如下NPSH。=(P.一P,×10巾g+h,一,/二為介質(zhì)表面壓力(bar;P為介質(zhì)飽和壓力 (ba r,h為倒灌高度(m;,為吸人管阻力(m。 但足對于核電站主給水泉組來啦,有技汽蝕余 蚰的計算水僅?？紤]穩(wěn)卷J況還要考慮備種暫態(tài) r況下是否會發(fā)生汽蝕。棱電機組采用滑參數(shù)運行方式.豫氧器也采用 滑l融i行方式。在正常運行T況下,除瓠器內(nèi)壓

8、力和 一蜃薔 t一82 南陽理,E學院學報 第3卷溫度隨負荷變化,由于機組負荷變化緩慢時,除氧器 內(nèi)壓力和水溫變化的不一致性相差較小,對機組運 行影響較小。而在暫態(tài)工況下,如汽輪機全甩負荷1二 況,這時由于加熱抽汽已停止供應(yīng),除氧器的溫度將 迅速下降,這將導致泵入口水溫與除氧器水溫的不 一致,從而導致泵入口壓力低于泵入口水溫所對應(yīng) 的飽和壓力,使給水泵出現(xiàn)汽蝕。因此在除氧器的布 置位置設(shè)計時也要考慮到機組驟降負荷時對給水泵 造成的汽蝕危險性問題?？蓪Τ跗鞑贾酶叨冗M行 優(yōu)化,也可在除氧器布置和給水泵確定的情況下,考 核機組變工況下對前置泵汽蝕性能的影響。為了保證主給水泵組不發(fā)生破壞性汽蝕,需要

9、 對最危險的兩個工況進行暫態(tài)計算,以計算最小的 可用汽蝕余量以及相應(yīng)的除氧器滑壓曲線:工況一:從100%額定功率汽機脫扣;工況二:從60%額定功 率汽機脫扣。在ADG系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型過程中,除氧器水 箱的水頭和儲水容量設(shè)定、利用保壓蒸汽對除氧器 的壓力控制以及對過冷凝結(jié)水進入除氧器的流量限 制,應(yīng)保證主給水泵組無論在穩(wěn)態(tài)還是在暫態(tài)過程 中都有充足的汽蝕余量。除氧器的布置以及泵的NPSH,應(yīng)保證在機組 負荷驟降工況下,尤其是最嚴重的暫態(tài)工況汽輪機 全甩負荷時,給水泵入口葉片不發(fā)生汽蝕。2.5泵軸功率、電機功率計算泵軸功率、電機功率,主要由泵的流量及揚程確 定,其計算公式為:N一且蝗旦一魚生10

10、00r/l 1000r/IW:墨型:塹曼望絲:絲曼魚絲刁21000r/l 7721000r/l r/2式中:N為泵軸功率(kW;W為泵電機功率(kW;p 為介質(zhì)密度(ks/m3;Q為體積流量(m3/s;G為質(zhì) 量流量(kg/s;H為泵揚程(m;K為電動機容量安 全系數(shù);叼。、田:分別為泵效率、電機傳動效率;N為 泵組軸功率。3結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計要求3.1給水泵組的組成設(shè)計人員應(yīng)對泵組中的設(shè)備有一個概括性了 解。泵組設(shè)備包含:壓力級泵、增壓泵、行星齒輪液 力耦合器變速器、驅(qū)動電機。3.2給水泵型式、容量、臺數(shù)的選擇給水泵按動力源分為汽動給水泵及電動給水 泵。電動給水泵按傳動類型可分為定速泵、變速泵。

11、 變速給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方式多種多樣,其中以 液力耦合器和變頻器最為常見。根據(jù)目前了解的信 息,目前高壓變頻器在大功率電機調(diào)速方面缺乏足 夠的應(yīng)用經(jīng)驗。根據(jù)液力耦合器的技術(shù)特點,變速給水泵正常 啟動時電動機在接近空載的情況下啟動,然后逐步 增加耦合器的充油量,使水泵逐步啟動進入工況運 行,保證了水泵的安全啟動,并降低了電機啟動時的 電能消耗。耦合器延長電動機、泵相關(guān)易損部件的 使用壽命,減少給水泵的維修時間和費用。耦合器 還可以實現(xiàn)無級調(diào)速,以滿足不同工況的流量要求, 此時電動機的功率也隨之變化,可節(jié)約大量電能,節(jié) 約運行費用。變速給水泵因為增加液力耦合器,維修費用相 應(yīng)增加,但定速給水泵的給水

12、調(diào)節(jié)閥因為需要節(jié)流 運行而增加磨損,電動機啟動時對增速齒輪及泵的 沖擊也會增加磨損,從而造成維修費用的上升。在 不參與調(diào)峰滿負荷運行工況下采用定速給水泵,給 水系統(tǒng)相對簡單,運行費用、初投資相對會少些。 一般來說,應(yīng)在考慮機組容量、設(shè)備質(zhì)量、機組 在電網(wǎng)中的作用、設(shè)備投資、可靠性、運行經(jīng)濟性的 基礎(chǔ)上,對給水泵的動力型式、傳動型式、容量、臺數(shù) 進行選型分析。3.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(1電機的一端通過液力耦合器驅(qū)動壓力級 泵,另一端直接驅(qū)動增壓泵。(2泵采用“筒式”設(shè)計,可以方便內(nèi)容物從泵 殼體取出。(3泵體為水平中心支撐。(4聯(lián)軸器沒計應(yīng)便于更換密封和軸承,檢修 時不必動電機和泵簡體。(5增壓泵采用

13、雙蝸殼式,壓力泵采用具有擴 壓器的單蝸殼或雙蝸殼式,且兩者均采用雙吸葉輪。(6每臺泵都應(yīng)承受反轉(zhuǎn)。(7推力軸承應(yīng)設(shè)計成能承受來自兩個軸向的 負荷,并能適應(yīng)反轉(zhuǎn)。3.4最小流量系統(tǒng)每臺給水泵都應(yīng)該配置單獨的最小流量系統(tǒng)。 該系統(tǒng)用于防止泵的流量低于供應(yīng)商規(guī)定的最小 流量。對于般電站,該系統(tǒng)由l×100%或2×50%的最小流量閥組成。一般最小流量閥選用氣動閥, 并配有集成的降壓裝置。對于核電站,為了防止正 常運行時流量信號不穩(wěn)定造成的流最閥誤動,宜采第6期 江海霞等:核電站主給水泵選犁設(shè)計方法 83用2路最小流量管線。供應(yīng)商為保證最小流量系統(tǒng)的限流限壓設(shè)計不 會導致閃蒸,降壓孔

14、板宜取雙重孔板。3.5性能曲線目前核電主給水泵主要依靠進口,但是其揚程 一流量曲線在30%一70%范圍內(nèi)比較平坦,這會導 致該曲線在小流量運行區(qū)間發(fā)生振動,應(yīng)要求供應(yīng) 商在設(shè)計時避免這種情況。3.6溫度保護、跳泵邏輯熱工保護作為熱工自動化的重要部分,一直受到 火電廠及核電廠的重視,尤其是些重要輔機。如主 給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等,都設(shè)置了軸承和電機 的溫度高保護。但在實際生產(chǎn)過程中,由于測溫元件 (核電泵類主要采用熱電阻發(fā)生斷線或端子接線接 觸不良、松動,造成被測溫度突升的假象,輔機溫度保 護動作誤跳閘,嚴重影響了機組的穩(wěn)定運行。溫度數(shù)據(jù)虛假信號原因有-1:(1輔機長時間運行,長期的振動造

15、成接線盒、 端子箱等接線端子松動,或粉塵、水份(容易引起端 子腐蝕生銹引起的接觸不良或短路時,阻值忽大 忽小,溫度上下劇烈跳動;(2傳輸線路斷線或者熱電阻內(nèi)部斷線,溫度 瞬間升高甚至達到無窮大;(3熱工人員檢修時誤拆元件,導致熱電阻斷 線,或者人員巡檢或檢修時不注意將線路踩斷;(4熱電阻本身質(zhì)量缺陷,內(nèi)部斷線和故障;(5熱電阻在潤滑液中長時間浸泡,造成不銹 鋼保護頭脫落;(6強電磁場于擾。熱電阻的這些故障,會使回路電阻變大,造成溫 度測量值的突升,致使溫度高保護誤動。速率限制保證當某支溫度元件因為接觸不良導致溫度劇烈波動時屏蔽當支溫度信號。原理為:設(shè) 備發(fā)生異常造成軸承溫度升高時,溫度不會上升

16、太 快,一般大于2rain。而溫度測量同路故障的溫升時 間在1030s之間,這就出現(xiàn)了不同的時間差,即 正常溫升速度要遠小于故障溫升速度。那么,在某 一溫度超過保護值后,首先延時2s再送入保護回 路,在這2s的時間內(nèi),計算機進行速率限制計算。 如果溫升速度超過一定的設(shè)定值,首先切除該保護. 同時發(fā)出報警信號。當速率低于設(shè)定值且溫度回到 正常范圍后,保護自動投入。如果速率未超限且溫 度值高時,延時2s后保護動作,符合運行規(guī)程。4結(jié)論本文針對核電站主給水泵選型設(shè)計提出了一套 設(shè)計流程,較為全面、細致地考慮了核電站對設(shè)備的 嚴格要求。本文對核電站給水系統(tǒng)進行了分段劃分,可以 精確地計算給水管路的阻力

17、,為確定給水泵揚程奠 定了基礎(chǔ)。本文對主給水泵的結(jié)構(gòu)要求、附屬系統(tǒng)及熱控 要求進行了詳細分析,對提高泵組效率、安全特性有 重要意義。參考文獻I中國電力建設(shè)T程咨詢公司.DL 50002000火力發(fā)電 廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程s.北京:中國電力出版社,2000. 2張景成,張立秋.水泵與水泵站M.哈爾濱:哈爾濱 工業(yè)大學出版社,2003:6670.3李威.電動主給水泵溫度保護邏輯的優(yōu)化J。沿海企 業(yè)與科技,2010,125(10:104一J06.THE METHoD oF SELECTlON AND DESlGN oF FEED WATER PUMP oF NUCLEAR PoWER STATIONJIA

18、NG Haiyan,HOU既增一li(China Nuclear Power Engineering Company Ltd.,Shenzhen 518000,ChinaAbstract:A review isgiven Oil the selection of the performance parameters and configuration of feed waterpumpof nuclearpowersta-tion.In this paper,the flow of the selection and design,the calculation method of the resistance of the feedwatersystem and pump head are explained and analyzed.The method proposed in the paper is of importanee to the