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核电厂RRI系统同列双泵运行抢水问题分析王铭昌,郭帅飞,李楠（苏州热工研究院有限公司，广东深圳5 18 0 2 6）摘要：某核电厂设备冷却水系统(RRI)同列双泵同时运行时出现抢水问题，经分析发现，该问题与泵本身的工作特性相关，制造厂家不同，其泵的工作特性可能会有较大差异。泵的工作扬程一流量曲线平缓、工作流量小，特别是在2 30 0 m/h以下量时，同列双泵运行较易发生抢水问题。针对该问题提出多种解决方案，并通过现场验证确定最有效的方案。关键词：设备冷却水系统；RRI；双泵抢水；原因分析A列专有用户RRI001RF中图分类号：TM623.71背景介绍设备冷却水系统(RRI)主要功能是为核岛内各用户提供冷却水，把热负荷通过核岛重要生水系统（SEC)传到海水中；在核岛各热交换器和海水之间形成屏障，防止来自有关热交换器的放射性流体释放到海水中。每台机组RRI系统为A、B两列配置,每列有2 台 RRI泵(图1)。某核电厂2 号机组执行备用泵试验期间（RRI系统流量19 40 m/h），同列1RRI001PO与1RRI003PO并联运行。此时，1RRI001PO电流偏低，约2 8 A，额定电流66.8A;后续开启下游阀门,系统流量增大到37 9 9.9 m/h，1RRI001PO电流49.8 A,1RRI003PO电流5 4.7 A。查询历史信息，在冬季该核电厂1、2 号机组RRI系统流量低于2 30 0 m/h时,若执行备用泵启动试验，同列双泵同时运行时会出现其中一台RRI泵电流偏低，出现被抢水的情况。RRI泵在小流量运行会产生汽蚀，叶轮存在永久性损伤的风险。叶轮损伤会导致设备不可用，影响核安全。2原因分析针对1、2 号机组RRI系统流量在0 2 30 0 m/h区间同列双泵运行抢水的问题，结合1、2 号机组与3、4号机组之间RRI泵差异，对1、2 号机组同列RRI泵的差异及双泵运行抢水机理进行分析。2.11、2 号机组与3、4号机组RRI泵工作特性差异在相同工况下，1、2 号机组RRI系统同列双泵并联大，且油浆下进上出流程使发生器底部蒸汽逸出困难，导致管束空泡腐蚀；除盐水中溶解氧、浊度、硬度不满足工业锅炉水质标准，导致管束氧腐蚀和垢下腐蚀。因此，通过优化油浆流程、增加除盐水除氧设施、增加管束防冲挡板可以降低管束腐蚀风险，从而保证设备本质安全。1李超，陈君丽，宋延鹏，等.催化裂化油浆蒸汽发生器泄漏对装置的影响 J.石化技术与应用，2 0 17,35（4)：30 0-30 6.2吴志伟,陈灵，梁思祖，等.低碳钢的空泡腐蚀特征 J.机械工程材料,2 0 0 8,32(6):8 2-8 4.3李慧玲，王飚.气蚀磨蚀机理的探讨 J.昆明理工大学学报,2 0 0 0，维护与修理文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.382018,35(2):64-58.5赵兴杰，程超.工业锅炉氧腐蚀分析 J.机电信息，2 0 2 2(14)：6 0-6 2.6欧阳诗昆，周治国，位海强，等.水处理系统中除油沉降罐的腐蚀原因分析及防治措施 J.腐蚀与防护,2 0 2 1,42(12)：5 1-5 9.参考文献7夏江敏，李竹影，王晓强，等.钢在流动人造海水中的冲刷腐蚀行为与防护研究 J.表面技术，2 0 2 1,5 0(11)：30 6-312.8孔朝辉，陈平，王相儒.油浆蒸汽发生器管束失效分析与对策 J.石油化工腐蚀与防护,2 0 17,34（3）：5 1-5 5.111RRI001PO058VNRRI003PO059VNMD25(5):94-98.4马红杰，龚树鹏，王相儒.油浆蒸发器腐蚀泄漏分析 J.压力容器，041VNRRI003RF021MD公共用户RRI002RFRRI002PORRI004RFRRI004POB列专有用户图1RRI泵布置图设备管理与维修2 0 2 3 No10(上）040VN【编辑李波】842RRI001PO运行出现抢水问题，而该核电厂3、4号机组却未发生该问题。经查询1、2 号机组RRI泵与3、4号机组RRI泵生产厂家不同，流量扬程设计曲线如图2 所示，泵流量在0 2 30 0 m/h区间。对比分析泵流量扬程曲线可知：1、2 号机组泵扬程是8 1 7 4m，扬程差约7 m;3、4号机组泵扬程是9 2 7 4m,扬程差约17 m。相比3、4号机组泵，1、2 号机组泵流量扬程曲线扁平。10090807060504002.21、2 号机组RRI泵特性差异分析2.2.11号机组同列泵差异分析根据同列1RRI0011003PO出厂性能试验数据,绘制流量扬程曲线，当流量在0 2 30 0 m/h区间时，相同流量下1RRI003P0扬程均比1RRI001PO大(图3)。查询试验数据可知，系统流量在2 30 0 m/h以下，1RRI001003PO双泵运行时，1RRI001PO泵出现被抢水现象。同理，对同列的1RRI002004PO差异分析，当流量在0 2 30 0 m/h时，相同流量下1RRI004PO扬程均比1RRI002PO大。查现场试验数据可知，系统流量在2 30 0 m%以下，1RRI002POI004PO双泵运行时，1RRI002PO泵出现被抢水现象。由此可知，1号机组在相同流量下，扬程低的泵容易被抢水。821RRI001PO1RRI003PO8078767472+0图31RRI001POI003PO流量扬程部分曲线2.2.22号机组同列泵差异分析根据同列2 RRI001V003PO出厂性能试验数据，绘制1RRI0011003PO与2 RRI001003PO流量扬程曲线（图4）。当流量在0 2 30 0 m/h时，相同流量下2 RRI001/003PO均比1RRI0011003PO扬程小。根据现场试验数据知，在18 0 0 m/hQ2300m/h时，性能强的泵流量大，2 RR003PO被2 RRI001PO抢水；在Q1800m/h时，后启泵流量较小，出现被抢水的现象。同理，根据泵的出厂性能试验数据，当流量在0 2 30 0 m/h时，112设备管理与维修2 0 2 3 No10(上）相同流量下2 RRI0021004PO均比1RRI002PO1004PO小。根据现场试验数据，在18 0 0 m/hQ2300m/h时,性能强的泵流量大，2 RRI002PO被2 RRI004PO抢水；在Q1800m/h时，后启泵流量较小，出现被抢水的现象。由此可知，对于2 号机组，在18 0 0 m/hQ2300m/h时，相同流量下扬程低的泵容易被抢水；在Q1800m/h时,后启动的泵容易被抢水。另外，根据1、2 号机组RRI泵出厂性能试验数据可知,在相同流量下,2 号机组RRI泵的扬程均小于1号机组。一1、2 号机组RRI泵3、4号机组RRI泵15001000图2苏尔寿与深蓝RRI泵流量扬程曲线5001000流量/（/h）8280767415002000流量/(m/h）1500-2RRI003PO.1RRI001PO1RRI003PO2500300020003500720图41RRI0011003PO与2 RRI001003PO流量扬程曲线2.3双泵运行抢水机理分析2.3.1抢水机理分析参考RRI系统流程图及现场管线布置，绘制RRI双泵并联运行的简化结构（图5)。泵A1和A2并联，每个泵后串联逆止阀。根据现场布置可知,RRI泵后管道布置相差不大，可近似为相同。进口图5双泵并联运行简化结构图5 中,B点压力P(Pi,P2)为：Pi=Pi-(F;+T,)P,=P,-(F2+T,)式中,P为A1泵的出口压力;P,为A2泵的出口压力;TT2为泵后管线管阻；Fi、F2 为对应逆止阀开启阻力。稳定运行时 P=P2=P,即 Pi-(Fi+T,)=P2-(F2+T2)。根据流体力学可知，相同管径，管内介质流速越大，管阻T越大。泵后阀门为蝶式止回阀，阀门开度越大，需要克服的逆止阀开启阻力越大。在A1泵正常运行时，启动同列另一台泵A2,A2泵流量Q2从0 开始增加，A1泵的流量Q不断减小。随着A2泵流量增加,P,减小,F2+T,不断增加。随着A1泵流量的减小,P增加，Fi+T,不断减小，具体流量变化见表1。(1)若 A1、A 2 泵性能相同,达到2 台泵流量相同时,F+T=F2+T,且Pi=P2,则,压力平衡,达到稳定状态。5001000流量/（m/h)FA2TP出口BFPTA1维护与修理15002000表1同列双泵运行泵压力流量变化泵性能初始工况QPFi+T,Q2P2F2+T科稳态工况A1、A 2 泵PQ2)PQ2)A2泵性能较强PikP(Qi=Q2)A2泵PikP性能较弱(QiQ2)(2)若A2泵性能较强，达到2 台泵流量相同时，由于Fi+Ti=F2+T且 P2PI,则P2P1,为使系统稳定,则A2泵流量会继续增加，A1泵的流量会继续减小，直到2 台泵流量汇合点B压力一致。此时:Pi=P2,则 Q2Q1。(3)若A2泵性能较弱,当Pi=P时,压力平衡,达到稳定状态,流量不再继续变化,则QQ1。2.3.21、2 号机组抢水机理分析1、2 机组并联两台RRI泵流量扬程曲线如图6 所示。由图可知，在系统流量小于2 30 0 m/h时，2 台RRI泵并联运行，系统流量越小，泵性能曲线越平，2 台泵流量差越大，且2 台泵中同流量扬程曲线高的泵流量大。8070403001、2 号机组RRI泵流量扬程曲线较为平缓，且流量越小，流量扬程曲线越平，特别是泵流量在2 30 0 m3/h以下时,泵流量扬程曲线非常平缓，因此系统流量在2 30 0 m/h以下时，1、2 号机组RRI泵双泵运行抢水现象明显2。对1号机组，在相同流量下1RRI001/002PO比1RRI003/004PO出力小，因此在Q2300m/h时，1RRI001/002PO容易被同列并联运行的1RRI003/004PO抢水。对于2 号机组，当18 0 0 m/hQ2300m/h时，在相同流量下2 RRI001/004PO比2 RRI002PO/003PO出力大，因此并列运行时2 RRI001/004PO流量大，2 RRI002PO/003PO被抢水。在Q1800m/h时，由于2 RRI001/002PO/003PO/004PO在相同流量下出力相近且较弱，双泵运行时后启动的泵无法克服逆止阀阻力F，当压力平衡时，后启泵流量较小，出现被抢水的现象。2.4RRI系统工况及管线阻力分析查询试验数据，1、2 号机组4台RRI泵，单泵运行时出力满足系统设计要求，每年泵水力特性试验合格，泵及电机各项运行维护与修理参数均正常，泵本身应无缺陷。查询系统等轴图，1RRI001PO和1RRI003PO泵出口到管线Pi-P相交点的管线长度和弯头个数见表2。由表2 可知,1RRI001PO泵(Qi=Q)后的管线长度相比1RRI003PO泵更短，且弯头个数相同。另外,在2台泵同时运行时，只在系统流量QQ2)45001000图6 1、2 号机组RRI泵流量扬程曲线P-P(QiQ2)15002000流量/(m/h)因此由RRI泵后管阻造成2 RRI002PO泵被抢水的可能性小。2.5原因分析结论表2 泵出口到管线相交点的管线1、2 机组RRI泵同列长度和弯头个数双泵运行发生抢水的原因泵号管线长度/mm弯头个数是由泵本身的工作特性决1RRI001PO定的，1、2 号机组RRI泵流量一扬程曲线在低于额定流量(2 8 5 5 m/h）时较为平缓，且流量越小流量一扬程曲线越平缓,特别是在2 30 0 m/h流量以下时非常平缓，同列双泵运行易发生抢水。3改进措施针对1、2 号机组RRI泵同列双泵运行发生抢水的原因，措施是在试验前确认RRI系统总流量大于2 30 0 m/h,若系统总流量小于2 30 0 m3/h，将PTR换热器并联方式运行，增加RRI系统流量,减轻RRI泵双泵并联运行抢水现象。方案1:强制开启备用DEG(核岛冷冻水系统)冷却水阀门DEG105VN、2 0 5 V N或30 5 VN来增加RRI总流量，使其大于2200m/h后。经验证，因冬季下游调节阀门开度较小，无法增加流量使RRI系统流量大于2 30 0 m/h。方案2：开启RRI035VN/036VN增加RRI系统流量。经验证,该方案可能导致RRI泵超流量运行。方案3:将PTR(反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统)换热器在线成并联方式，增加系统流量。经验证，将PTR系统的换热器在线成并联方式验证（投运PTR001RF和0 0 3RF），系统流量由2 10 0 m/h增加到2 5 5 0 m/h，双泵运行期间1RRI002P0和25003000103901RRI003PO1339235001RRI004PO的电流分别为45 A和46 A,该方案可行。综上所述，通过将PTR换热器在线成并联方式，增加RRI系统流量至大于2 30 0 m/h，可解决1、2 号机组RRI泵双泵运行抢水问题。4结束语核电厂RRI泵运行抢水，会使泵运行在小流量工况，产生汽蚀，泵叶轮存在永久性损伤的风险。分析RRI系统双泵运行抢水的原因,并提出针对性的解决方案。经现场验证,将PTR(反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统)换热器在线成并联方式，增加系统流量，可有效解决RRI泵双泵运行抢水的问题，减少泵在小流量下运行的时间，利于设备的长期稳定运行，有助于提高核电厂机组的质量与安全。1广东核电培训中心.9 0 0 MW压水堆核电站系统与设备 M.北京：原子能出版社，2 0 0 7：15 3-15 8.2陈利军.脱硫工艺水泵运行的分析及对策 J.能源与节能，2 0 14(6)：140-142.3薛平智，刘学飞.锅炉给水泵并联运行存在问题的分析探讨 J.冶金动力，2 0 11(3）：5 2-5 3.11344参考文献【编辑张韵】设备管理与维修2 0 2 3 No10（上）