CPR1000主给水泵设计输入选择及裕量取值分析.pdf

C P R I O 0 0 主给水泵设计 输入选择及裕量取值分析 胡友情 r 中 r ‘ 核工程有 限公 司，广 东深圳5 1 8 0 0 0 ) 摘要：根据cP R1 O 0 0 核 电厂的特点，对常规 岛主给 水泵设计输 入进行 了分析，指 出应选择一 回路 最佳估算流 量下的接 口参数为设计输 入，给水泵的流量裕量取值 为5 ％、阻力裕量取值为l O ％能够满足 电厂最大连续 出力 运行要求，并具有 良好的经济性。 关键词：C P R1 0 0 0 ；主给水泵；参数选择；设计裕量。 中图分类号：T M6 2 3 文献标志码：B文章编号：1 6 7 1 — 9 9 1 3 ( 2 0 1 0 ) 0 5 — 0 0 6 5 - 0 4 De s i g n I n p u t S e l e c t i o n a n d S u r p l u s Qu a n t i t y V a l u e o f Ma i n Wa t e r S u p p l y P u mp i n P R 1 0 0 0 HU Yo u — qi n g ( Ch i n a Nu c l e a r P o we r E n g i n e e r i n g CO． ， L T D． ，S h e n z h e n 5 1 8 0 0 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Ba s e d o n t h e f e a t ur e o f CP R 1 0 0 0 n u c l e a r p o we r p l a n t ，t h e p u r p o s e o f t h e p a p e r i s t O a n a l y z e t h e d e s i g n i n p u t a n d ma r g i n s e l e c t i o n o f ma i n f e e d wa t e r p ump i n t u r b i n e h a l l ，a n d i t i s f o u n d t h a t t h e i n t e r f a c e p a r a me t e r s b e t we e n n u c l e a r i s l a n d a n d c o n v e n t i o n a 1 i s l a n d u n d e r b e s t e s t i ma t e c o n d i t i o n s h a l l b e u s e d a s i n p u t d a t a f o r t h e s e l e c t i o n c a l c u l a t i o n o f ma i n f e e d wa t e r p u mp p a r a me t e r s ． wh i l e t h e p u mp s h a l l c o n s i d e r 5 ％ ma r g i n f 【 1 r fl o w— r a t e a n d l 0 ％ ma r g i n f o r r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n ， t h e r e s u l t o f s e l e c t i o n c a l c u l a t i o n b a s e d o n t h e a b o v e c o n d i t i o n c a n f u l l y me e t t h e l o n g t e r m o p e r a t i o n r e q u i r e me n t ， b e s i d e s ， f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f i n v e s t me n t ， t h e r e s u l t i s a l s o e c o n o mi c a 1 ． K e y wo r d s ： C P R1 0 0 0 ；ma i n f e e d w a t e r p u mp ；p a r a me t e r s e l e c t i o n ；d e s i g n ma r g i n ． 1概述 核 电厂常规 岛主给 水泵 是二 回路热 力系 统中重要 的设备之一 ，其设计输入对 电厂运行 的经济性 、稳定性和安全性有着重要 影响。然 而，对于核 电厂常规 岛主给水泵的设计 ，我国 国内 目前还 没有相 应 的技 术规 范进行 统一 规 定，需要设计人员逐个项 目进行专题研究或说 明 。 对于核电厂给水泵驱动方式、容量选择及 配置数量等方面的分析 ，国内诸 多文献 已有研 }收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 7 — 0 6 作者简介 ：略 究，但对核 电厂给水泵设计输入选择及裕量取 值方面的分析则鲜有见刊 。本文结合CP R1 0 0 0 核 电厂工程设计的实际情况，对核 电厂给水泵 设计计算 的输入参数选择及裕量取值要求进行 探讨和分析 。 对于C P R1 0 0 0 核电厂而言，主给水系统包 括电动主给水泵系统( A P A) 、高压给水加热器系 统( AHP ) 及给水流量控制系统( AR E ) 三个部分， 是常规岛热力循环中的重要组成部分 。其中， 电动主给水泵系统主要 由三台5 0 ％额定容量 电 2 0 1 0 年1 0 月 第5 期 - b ， 一 P 动给 水泵 组成 ，在 电厂启 动 、运 行及 热备用 期间，通过这套设备把给水输送到蒸汽发生器 f s 6 ) 并维持设计水位。因此 ，主给水泵的设计 对核电厂运行 的经济性 、稳定性和安全性至关 重要 。 在C P R1 0 0 0 核电厂的设计 中，每 台机组配 置3 5 0 ％额定容量 电动给水泵，两台运行一 台 备用 。正常运行工况下 ，经除氧器混和加热后 的饱和除氧水分两路 由两台给水泵升压，汇集 到给水母管后再次分两路进入并联的两列高压 加热器( 6 号和7 号加热器) ，经高； ~ n D n 热后汇入给 水联箱，再在给水调节系统分三路支管进行调 节 ，每条支管都设有各 自的旁路，之后三路给 水管线并联送入核岛，最终进入蒸汽发生器。 主给水系统流程示意图参见 图1 。主给水系统核 岛与常规岛的设计分界位于图l 中A点处。设计 分界处的参数 由核岛提出要求 ，常规岛在选定 主给水泵参数时予 以满 足，即常规 岛在进行主 给水泵设计参数确定时将核 岛侧设备及管路 的 运行情况做实时考虑。 常规岛汽轮机 ∈ △ } 1 } U 动 水 j 圈1 CP R 1 0 0 0 棱电厂主给水系统 流程示意 图 2给水泵设计输入选择 常规 岛主给水泵设计输入的选择 ，很大程 度上取决于主给水管道在核岛与常规 岛设计分 界处的接 口参数及核岛对常规岛给水泵运行 的 技术要求。C P R1 0 0 0 核 电厂核岛一 回路反应堆 冷却剂系统( RC P ) 在进行 设计 时需考虑最佳估 算流量 、热工设计流量 、机械设计流量三种工 况，各工况的具体定义如下： 2 ． 1最佳估 算流量 最佳估算流量是 电站实际运行条件下最可 6 6 ． 2 o l o ~ 1 o N第 5 期 能的流量 。此流量是根据对反应堆、蒸汽发生 器和主管道的流动阻力的最佳估算 ，以及根据 对反应堆冷却剂泵扬程一流量能力的最佳估算 来确定 的。虽然最佳估算流量是运行 中的最可 能的流量 ，但在热工和机械设计中采用更保 守 的流量 。 2 ． 2热工设计流量 热 工设计 流量是 用于 反应堆堆 芯热 工性 能、蒸汽发生器热工性能等总体性能设计 ，确 定电站额定参数的依据 。由于设计阶段系统阻 力和主泵特征 的不确定性 ，为了提供必需 的裕 度 ，热工设计流量需计及反应堆 、蒸汽发生器 和 主管道流 动 阻力 、反应堆冷 却剂 泵扬程 的 负偏差。热工设计流量大约比最佳估算流量小 4 ％，在 电站投入运行时要进一步证实热工设计 流 量 。 2 ． 3机械设计流量 机械设计流量是用于反应堆压力容器 内的 堆 内构件和燃料组件机械设计 的流量 。为 了确 保设计的保守性，机械设计流量应计及系统阻 力的负偏差和泵扬程的正偏差 。机械设计流量 比最佳估算流量约大4 ％。 对于C P R1 0 0 0 核电厂，在核 岛与常规岛设 计分界处与上述各流量对应工况下的接 口参数 详见表1 。 表1 CP R 1 0 0 0 核电厂棱岛与常规岛设计分界处给水接 口参数 ( S G 零墙管．正常排污) ■■■_■ 蜀 ■■_■■_ I 哪—I A — I — I —i I 4 ■■_ -l 盯 ■ 四睢■■_ 热 【 设 讨流 量 T 。 况 7 0 8 1 6 2 5 8 2 最佳估算流量工况 7 2 6 l 6 2 7 ． 7 l 机械设训 ‘ 流量 r 况 7 3 O 】 6 2 8 2 2 此流量为3 台S G总流量，且该流量包括正 常排污量4 ． 7 7 k g ／ s 3 = 1 4 - 3 1 k g ／ s 。 在进行电厂系统设计时使用的一个通用原 则是系统设计压力 、温度 、阻力计算等采用系 统最可能运行 的值或最可能出现 的最大值。遵 循这一原则，基于最佳估算流量是一回路系统 最有可能的流量 ，在二回路系统进行性能设计 时，选用该流量对应的工况是合理 的。热工设 计流量是在计及反应堆 、蒸汽发生器和主管道 的流动 阻力 、反应堆冷却剂泵扬程 以及用 于测 量流量方法 的误差等多项因素 的负偏差后 的流 量 ，是系统设计的保 守小流量 ，如果将该流量 对应的工况作为二 回路主给水泵设计输入 的基 础 ，则会 引起主给水泵扬程 、流量等与一 回路 正常运行最可能出现 的参数不 匹配 。机械设计 流量是作为系统部件机械设计基础的保 守大流 量，显然不应作为二回路设计输入 。 3流量及阻力裕量取值分析 裕 量取 值优化 是核 电厂提 高全 厂运行 效 率、节省厂用电量 的重要措施之一。如何使裕 量取值 既能满足 电厂最大连续 出力运行要求， 又能达到节能降耗 的效果，在进行给水泵设计 时需分析和研究。 CP R1 0 0 0 核 电厂 主给水 系统在进 行主给 水泵流 量 、扬 程等 参数选择 时，首先 要满足 核蒸汽供 应 系统基础 流量及 扬程 的要求 ，然 后再参照有关设计规范的需要，另行考虑一定 的裕量 。目前 ，国内还没有相应的行业规范对 核 电厂给水泵选型时流量及压力裕量取值予 以 明确 ，各C P R1 0 0 0 项 目现行参照使用的 《 火力 发 电厂设计技术规程》在编制时并未对 核电厂 的发 电特 点作相 应考虑 ，故相 关技 术条款 在 C P R1 0 0 0 核 电厂的给水系统 设计 中并不完全适 用。下面将根据C P Rl 0 0 0 核 电厂的特点 ，对相 关裕量取值作进一步分析。 3 ． 1流量裕量的选择 根据 《 火力发电厂设计技术规程》1 0 I 3 ． 2 条 规定 ，给水泵 出口总容量应满足汽包炉为锅炉 最大连续蒸发量的1 1 0 ％，直流炉为锅炉最大连 续蒸发量的1 0 5 ％。在该规范相应 的条文解释 中 对相关流量裕量考虑的因素作了进一步明确f 见 表2 ) ：对 于 汽 包炉 ，裕 量 包 括锅 炉 的连 续 排 污 损失1 ． 5 ％～2 ％、系统汽水泄漏损失0 ． 4 ％、汽包 水位波动( 包括锅炉抢水) 2 ％～5 ％、给水泵老化 引起的出力降低4 ％～5 ％，共计7 ． 9 ％～1 2 ． 4 ％， 一 般取 1 0 ％；对于直流炉， 由于没有汽包和连 续排污，故其裕量可取5 ％。在C P R1 0 0 0 核 电厂 中，主给水泵在进行流量设计选择时 ，该裕量 取值偏保守，参照了常规火 电汽包炉的方式 ， 即选择1 0 ％作为流量裕量 。 表2常规火力发电厂不同炉型流量损失项比较 锅炉 的连 续排 污损 失 1 ． 5 ％～2 ‘V o 系统汽水泄漏损失 0 ．4 ％ O ．4 ％ 汽他水位波动《 包括锅炉抢水) 2 ％～5 ％ 给水泵老化引起的出力降低 4 ％～5 ％ 4 ％～5 ％ 合 计 7 9 ％～1 2 4 ％ 4 4 ％～ 5 4 ％ } 推荐取值 l O ％ 5 ％ 从表2 不难看 出，对核电厂而言，锅炉连续 排污r 蒸汽发生器最大连续排污量 已计入给水泵 基础流量1 、汽包水位波动两项不宜作为裕量， 仅需考虑给水泵老化的贡献 。因此，主给水泵 在进行流量设计时，选择5 ％作为流量裕量是能 满足系统设计要求的。 3 ． 2 阻力裕 量的选择 根据 《 火力发电厂设计技术规程》1 0 _ 3 ． 8 条 规定，从除氧器给水箱 出口到省煤器进 口介质 流动总阻力( 按锅炉最大连续蒸发量时的给水量 计算1 ，对于汽包炉应另加2 0 ％裕量，对于直流 炉则另加 l 0 ％裕量。在C P R1 0 0 0 核电厂 中，主 给水泵在进行阻力设计选择时，从保守的角度 考虑，取值参照常规火 电汽包炉方式，即选择 2 0 ％裕量 。 根据阻力与流量的平方成正 比的关系 ，对 于常规火力发电厂汽包炉而言 ，将给水系统的 阻力按锅炉最大连续蒸 发量计算时，当把包括 l 0 ％裕量 的给水泵 出口总容量视为总给水量 ， 则给水系统阻力增加裕量为： ( 1 l 0 ％) 一 1 0 0 ％ =2 1 ％ 实际阻力取值圆整为2 0 ％。对于直流炉 ， 当把包括5 ％裕量的给水泵出口总容量视为给水 量时，给水系统阻力应增加裕量为： ( 1 0 5 ％) 2 - 1 0 0 ％ =1 0 ． 2 5 ％ 实际阻力取值 圆整为1 0 ％。显然，该估算 结果与 《 火力发电厂设计技术规程》的推荐取 值十分吻合。两种炉型阻力裕量取值 比较详见 表 3 。 2 0 1 0 年1 0 月 第5 期 b／ ， ． _ _ ， 甘m涠 l ： 八 - ．J ． 叠 U 删I L XII 、．．． ． 咄 Ⅱ嘧嗍 嘞 衄踟 嘞 嘟 - 啷如 珂 新 能源 C P R ] ． 0 0 0 主给水泵设计输入选择及裕 取碴分祈 表3常规火力发电厂不同炉型阻力损失项 比较 由表3 可知，对于C P R1 0 0 0 核电厂给水系统 主给水泵选型设计 ，当流量裕量取值为5 ％时， 则阻力裕量按 《 火力发 电厂设计技术规程》中 直 流炉取值 是合 理 的，即阻力裕 量 可取值 为 1 0 ％ 。 4裕量选取优化方案经济性分析 下面 以广东某CP R1 0 0 0 核 电厂 主给水 系 统 为例 ，对 主给 水泵选 型时流 量及 阻力裕量 的选 择结果 进行 经济性 分析 。该核 电厂在进 行给 水泵选 型 时，流量裕 量及 阻力裕 量均参 照《 火力发 电厂 设计技 术规程 》中汽包 炉 的 有关规定进行选取，即流量裕量取值为 1 0 ％， 阻力裕量取值为2 0 ％。最终订货 的主给水泵设 备参数如表4 。 表4广东某CP R 1 0 0 0 核电厂主给水泵设鲁参数比较 ■■■_■■h● 曙 —■■■■_ ■■■_ ■： ●■■_ 单台给水泵流量／ k g ／ s 8 9 4 ． 8 5 8 5 4 ． 1 8 给水泵扬程／ m 9 2 4 ． 2 9 9 0 9 ． 6 4 泵组功率／ k W 8 0 0 0 7 5 l 2 2 0 ％ 。 ( 1 )流 量 裕 量 取值 1 0 ％， 阻力 裕 量取 值 ( 2 ) 流量裕量取值5 ％，阻力裕量取值 1 0 ％。 根据泵轴功率计算公式： 可有 ： N： = —,,a g Q — H 1 0 0 0 r ／ A N ． Q’ H’ 一 ==l 一一 N Q H ( 2 ) 式 中：Ⅳ为泵轴功率，k W ； A N为裕量取值优 化后节省的轴功率 ，k W； p为给水流量， m。 ／ s ； Q 为裕量取值优化后给水流量 ， m ／ s ： 为给水泵扬程 ，m； 为裕量取 值优化后给水泵扬程 ，m； 刁为给水泵效 6 8 ． 2 0 1 0 年 1 0 月第 5 期 率；p为给水密度，k g ／ m 。 把表4 中相应数据代人公式( 2 ) ，可得： A 85 4． 1 8X 9 0 9． 6 4 t ．-~v 一— 8 9 4 8 5 9 2 4 2 9 6 ％ Ⅳ ‘ ． ． 。 ⋯ 这表 明，流量、阻力裕量取值优化后( 见表 4“ 优化参数”栏) ，给水泵组的功率为： N = NX( 卜6 ． 1 ) ％=8 0 0 0 X0 ． 9 3 9 = 7 5 l 2 k w 如机组年运行时间按7 0 0 0 " ] " 时计，厂用电 价按不含税 电价0 ． 3 1 5 5／ k Wh 计 ，则每台机组 f 配置两台电动给水泵) 年节省运行费用为： ( 8 0 0 0 — 7 5 1 2 ) x7 0 0 0 X0 ． 3 1 5 X2 = 2 1 5 2 0 8 0 ( 元) 5结论 ( 1 ) 基于C P R1 0 0 0 核 电厂的特点，根据 电厂 系统设计时的通用原则f 系统设计压力、温度 、 阻力计算等都应采用系统最可能运行 的值或最 可能出现的最大值1 ，二回路系统性能设计选用 核蒸汽供应系统最佳估算流量对应 工况的参数 是合理的。 ( 2 ) 对C P R1 0 0 0 核电厂而言，主给水泵的流 量损失项与常规火 电厂直流炉型时基本相似 ， 因此，主给水泵在进行流量设计时，流量裕量 应选择5 ％、阻力裕量应选择1 0 ％。 ( 3 ) 对C P R1 0 0 0 核电厂主给水系统 ，当主给 水泵流量和阻力裕量取值作合理优化后 ，主给 水泵功率能减少6 ． 1 ％，每 台机组年节省运行 费 用约2 1 5 万元，具有 良好的经济效益 。 ( 4 ) 本文针对核电厂额定功率工况下主给水 泵设计输入与核岛接 口参数 的合理匹配进行 了 探讨，但对部分负荷工况及特殊瞬态工况时主 给水泵设计输入与核 岛运行要求的合理匹配未 作相应分析，还需另行研究 。 参考文献： [ 1 】陈娟，田瑞航．核电半速机组给水泵驱动方式的选 择[ J ] ．广 东电力 ，2 0 0 5 ，l 8 ( 8 ) ． [ 2 ]罗海泉．大型压水堆核电厂给水泵配置及选型分析 ．江西 电力职业技 术学 院学报 ，2 0 0 8 ，2 1 ( 1 ) ． [ 3 】陈济东，等．大亚湾核电站系统及运行( 下册) [ M] ． 北京：原子能出版社 ，1 9 9 5 ． 『 4 1 DL 5 0 0 0 ． 2 0 0 0 ．火力发 电厂设 计技术规程[ S 】 ． 【 5 】吴民强．泵与风机[ M】 ．北京：水利电力出版社， 1 9 9 2．