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

胡有情

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518000）

      摘要：根据CPR1000核电厂的设计，对常规岛主给水泵设计输入选择和裕量取值选择进行了分析，指出了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5%，阴力裕量取

10%就能够满足电厂最大续出力运行的要求并具有良好的经济性。

      关键词：CPR1000；主给水泵；参数选择；设计裕量

      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

      核电厂常规岛主给水泵足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，我国国内日前还没有相

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究”「1-2」，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CPRl000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CPRl000核电厂而言，主给水系统包括电动主给水泵系统(APA)、高压给水加热器系统(AHP)及给水流量控制系统(ARE)3个部分，足常规岛热力循环中的重要组成部分I”。其中，电动主给水泵系统在电厂启动、运行及热备用期间把给水输送到蒸汽发生器并维持设计水位。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CPRl000核电厂的设计中，每台机组配置3台50％额定容量的电动给水泵，2台运行1台备用。正常运行工况下，经除氧器混合加热后的饱和除氧水分2路由2台给水泵升压，汇集到给水母管后再次分2路进入并联的2列高压加热器(6号和7号功口热后汇入给水联箱，再在给水调节系统分3路支管进行调节，每条支管都设有各自的旁路，之后3路给水管线并联送入核岛，最终进入蒸汽发生器，其流程见图1。

      主给水系统核岛与常规岛的设计分界位于图中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，即在确定常规岛主给水泵设计参数时应将核岛侧设备及管路的运行情况做实时考虑。

1  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。CPRl000核电厂核岛一回路反应堆冷却剂系统(RCP)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3种工况。各工况的具体定义如下：

      (1) 最佳估算流量。最佳估算流量是电厂实际运行条件下最可能的流量。此流量足根据对反应堆、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。

      (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时确定电厂额定参数的依据。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％，在电厂投入运行时要进一步证实热工设计流量。

      (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％。#page#

    对于CPRl000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(SG零堵管、正常排污)见表1。

此流量为3台SC总流量，且包括正常排污量4．77kg／s*3=14．31kg／s(表中3种工况流量相差极小，不足0．2％。)

      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。热工设计流量足在计及反应堆、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，足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‘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。

2  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。

      CPRl000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CPRl000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CPRl000核电厂的给水系统设计中并不完全适用。下面将根据CPRl000核电厂的特点，对相关裕量取值作进一步分析。

2．1  流量裕量的选择

      根据《火力发电厂设计技术规程》10．3．2条规定「4」，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110％，直流炉为锅炉最大连续蒸发量的105％。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(见表2)。

      在CPRl核电厂中，主给水泵在进行流量设计选择时，参照了常规火电汽包炉的方式，即选择10％作为流量裕量。

      从表2不难看出，对核电厂而言，锅炉连续排污、汽包水位波动2项不宜作为裕量(蒸汽发生器最大连续排污量已计入给水泵基础流量)，仅需考虑给水泵老化的因素。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。

2．2 阻力裕量的选择

      根据《火力发电厂设计技术规程》10．3．8条规定14J，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)，对于汽包炉应另加20％裕量，对于直流炉则另加10％裕量。在CPRl000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20％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，当给水系统的阻力按锅炉最大连续蒸发量计算，把包括10％裕量的给水泵出口总容量视为总给水量时，则给水系统阻力增加裕量为：（110%）²-（100%）²=21%， ，实际取整为20％；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：（105%）²-（100%）²=10.25%，实际取整为10％。

      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。

      对于CPRl000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10％。

3  裕量选取优化方案经济性分析

      下面以广东某CPRl000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10％，阻力裕量取值为20％。最终订货的主给水泵设备参数如表3“订货参数”栏所示。#page#

4  结束语

      (1)基于CPRl000核电厂的特点，根据电厂系统设计时的通用原则(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)，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CPRl000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10％。

      (3)对CPRl000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215万元，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闭．广东电力，2005，18(8)：52-55．

「2」罗海泉．大型压水堆核电厂给水泵配置及选型分析[J」江西电力职业技术学院学报，2008，21(1)：12-14．

[3]陈济东，等．大亚湾核电站系统及运行(下册XM)．北京：原子能出版社，1995：723．

「4」DL5000-2000．火力发电厂设计技术规程[S」．中国电力出版社，2000：71．

「5」吴民强．泵与风机「M」．北京：水利电力出版社，1992：4．

    (收稿日期：2010-07-07)