易琳，戴天毅，張建濤

（中廣核工程有限公司，深圳 2010）

摘 要：系統(tǒng)闡述核電站三回路的文章很少，本文以CPR1000核電機(jī)組為背景，圍繞單臺(tái)機(jī)組的三回路流程圖，系統(tǒng)地介紹了三回路的主要系統(tǒng)和設(shè)備。

關(guān)鍵詞：三回路；CPR1000；流程圖；系統(tǒng)

The Third Loop of Nuclear Power Plant

Yi Lin, Dai Tian-yi, Zhang Jian-tao

（China Nuclear Power Engineering Co. Ltd, Shenzhen 2010）

      Abstract: There are very few articles which systematically expatiate on the third loop of nuclear power plant. Taking the CPR1000 power units as an example, this article will concentrate on the flow diagram of the third loop of a single nuclear power unit and systematically introduce its main systems and equipments.

      Keywords: the third loop; CPR1000; flow diagram; system

核電站系統(tǒng)眾多，管路錯(cuò)綜復(fù)雜，但總體上可劃分為以下三個(gè)回路：

      � 一回路：核電站的熱源，通過(guò)核裂變產(chǎn)生熱能，并把熱能傳送給二回路；

      � 二回路：通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)組把從一回路獲得的熱能轉(zhuǎn)化為電能；

      � 三回路：核電站的最終熱阱，排出一回路和二回路的熱量，確保一回路和二回路安全運(yùn)行，并冷卻二回路的冷端使得二回路成為一個(gè)循環(huán)。

      在這篇文章中，你將了解核電站三回路的流程、系統(tǒng)及主要設(shè)備等方面的知識(shí)。當(dāng)然，對(duì)不同的機(jī)組和循環(huán)冷卻水排入環(huán)境的方式，三回路會(huì)略有不同，本文選取的背景是：CPR1000機(jī)組、循環(huán)冷卻水排入大海。

1 概述

      本文是圍繞核電站三回路流程圖（圖1.1）展開(kāi)的，圖1.1直觀地體現(xiàn)了單臺(tái)機(jī)組的三回路設(shè)備數(shù)量和系統(tǒng)流程，對(duì)在排水段存在的兩個(gè)機(jī)組共用部分已在圖中明確注明。

      圖1.1縱橫交錯(cuò)的線條或許會(huì)讓你望而卻步，你不妨先輕松瀏覽一下圖1.2，然后再結(jié)合下面用文字表述的3個(gè)主要流程去細(xì)細(xì)品味圖1.1和圖1.3，這樣會(huì)是一個(gè)輕松而有趣的過(guò)程：

      1) 循環(huán)水流程：1.大?！?.引渠→3.進(jìn)水前池→4.粗格柵（帶加氯裝置）→5.閘門→6.細(xì)格柵（帶清污機(jī)）→7.鼓網(wǎng)→8.CRF泵（循環(huán)水泵）→9. GD進(jìn)水管廊→10.碎屑過(guò)濾器→11.凝汽器→12.GD排水管廊→13.CC井（虹吸井）→14.排水暗涵→15.大海（其中第4～7項(xiàng)屬于循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)）

      2) 重要廠用水流程：1.大?！?.引渠→3.進(jìn)水前池→4.粗格柵（帶加氯裝置）→5.閘門→6.細(xì)格柵（帶清污機(jī)）→7.鼓網(wǎng)→8.SEC泵→9. GA廊道→10.水生物捕集器→11. RRI/SEC熱交換器→12.集水坑→13.GS廊道→14.CC井（虹吸井）→15排水暗涵→16.大海

      3) 輔助冷卻水流程：1.大?！?.引渠→3.進(jìn)水前池→4.粗格柵（帶加氯裝置）→5.閘門→6.細(xì)格柵（帶清污機(jī)）→7.鼓網(wǎng)→8.CRF泵（循環(huán)水泵）→9. 輔助冷卻水泵→10.自清洗過(guò)濾器→11. CVI/SEN與SRI/SEN熱交換器→12.GD排水管廊→13.CC井（虹吸井）→14.排水暗涵→15.大海

圖1.1 核電站三回路流程圖

可以看出，以上3個(gè)主要流程的進(jìn)水和排水部分是共用的，只有下劃線部分不相同，三回路流程圖主要涉及以下系統(tǒng)[1]：

      CFI-循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)

      CRF-循環(huán)水系統(tǒng)

      SEC-重要廠用水系統(tǒng)

      SEN-輔助冷卻水系統(tǒng)

      CTE-循環(huán)水處理系統(tǒng)

      CGR-循環(huán)水泵潤(rùn)滑系統(tǒng)

      SRI-常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)

      SEP-飲用水系統(tǒng)

      SAT-公用壓縮空氣分配系統(tǒng)

      SEO-電站污水系統(tǒng)

      JPP-消防水生產(chǎn)系統(tǒng)

      SEL-常規(guī)島廢液排放系統(tǒng)

      TER-廢液排放系統(tǒng)

      RRI-設(shè)備冷卻水系統(tǒng)

      CVI-凝汽器真空系統(tǒng)

      SRI-常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)

      三回路為核電站提供冷卻水，需要配備大量的泵作為動(dòng)力裝置，對(duì)單臺(tái)機(jī)組，三回路主要的泵配置情況如下：CRF泵2臺(tái)（無(wú)備用泵），SEC泵4臺(tái)（正常運(yùn)行工況一用三備，啟動(dòng)工況兩用兩備），SEN泵4臺(tái)（兩用兩備），CTE泵4臺(tái)（兩用兩備），沖洗水泵4臺(tái)（兩用兩備）。

2 循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)（CFI）

      CFI的功能是過(guò)濾一臺(tái)機(jī)組所需的全部海水，如圖1.1，經(jīng)CFI過(guò)濾后的海水用于CRF、SEC、SEN 、CTE，并用于JPP在緊急情況下的消防水池第二備用水源，CFI主要設(shè)備如下：

      � 粗格柵：對(duì)海水（循環(huán)水）進(jìn)行粗過(guò)濾，柵條間距為200mm，帶加氯裝置，加氯裝置向海水注射次氯酸鈉溶液以殺死海生物；

      � 閘門：帶有平衡閥的海水平板鋼閘門，檢修時(shí)使用；

      � 細(xì)格柵和清污機(jī)：柵條間距為50mm，上方裝有清污機(jī)，當(dāng)細(xì)格柵前后壓差達(dá)到一定值時(shí)清污機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行，對(duì)細(xì)格柵進(jìn)行去污；

      � 鼓網(wǎng)：鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，過(guò)濾精度為3mm，直徑很大，通常在19m左右，若通過(guò)中間軸驅(qū)動(dòng)需要的驅(qū)動(dòng)力很大，所以采用四周驅(qū)動(dòng)的形式，每臺(tái)鼓網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配有兩臺(tái)低速電機(jī)和一臺(tái)中/高速電機(jī)，正常工況下由一臺(tái)低速電機(jī)（一臺(tái)備用）驅(qū)動(dòng)，當(dāng)鼓網(wǎng)壓力損失達(dá)到一定值時(shí)中/高速電機(jī)投入使用；鼓網(wǎng)設(shè)有沖洗水系統(tǒng)用以清洗網(wǎng)片，每臺(tái)鼓配備兩臺(tái)沖洗水泵，沖洗水泵從SEC泵入口段吸水，沖洗水管布置在鼓網(wǎng)外部，沖洗水從上往下噴射；鼓網(wǎng)通常為兩側(cè)進(jìn)水，中間排水。

圖2 鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)

      海水進(jìn)入CFI之前要經(jīng)過(guò)引渠和進(jìn)水前池，引渠具有一定的擋波作用，進(jìn)水前池用于調(diào)整流態(tài)，使進(jìn)入CFI的海水流動(dòng)均勻。

3 循環(huán)水系統(tǒng)（CRF）

      CRF的功能是通過(guò)兩條獨(dú)立的進(jìn)水渠給每臺(tái)機(jī)組的凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)(SEN)提供冷卻水，并將循環(huán)水通過(guò)虹吸井排到大海中。

      從圖1.1可以看出，CRF分為兩個(gè)完全相同的系列，每個(gè)系列的循環(huán)水泵（CRF泵）承擔(dān)著50%的循環(huán)水流量，無(wú)備用泵，海水（循環(huán)水）經(jīng)循環(huán)水泵升壓后沿GD進(jìn)水管廊進(jìn)入凝汽器入口水室，然后流經(jīng)凝汽器冷卻管束進(jìn)入凝汽器出口水室，從凝汽器出來(lái)的循環(huán)冷卻水進(jìn)入GD排水管廊，然后流經(jīng)CC井（虹吸井）和排水暗涵，最后排入大海。

      循環(huán)水泵是核電站流量最大的泵，具有驚人的液體輸送能力，每小時(shí)可輸送高達(dá)11萬(wàn)立方米的海水。如果把流量折合成單位每秒輸送的海水重量，或許你會(huì)有更直觀的感受，以陽(yáng)江核電站為例，其循環(huán)水泵流量為30.8m³/s，相當(dāng)于每秒輸送重達(dá)31.7噸的海水！

CRF系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備：

      � 循環(huán)水泵：立式混流泵，出水部分通常為混凝土蝸殼結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)經(jīng)減速齒輪箱減速后驅(qū)動(dòng)，其葉輪等主要部件采用雙相不銹鋼以耐海水腐蝕。泵軸密封正常運(yùn)行工況采用填料密封，其填料密封水來(lái)自飲用水系統(tǒng)（SEP），檢修時(shí)采用膨脹密封；

圖3 循環(huán)水泵

      � 電機(jī)：立式交流異步電機(jī)，功率約6500kw，電機(jī)采用水冷，在電機(jī)側(cè)壁設(shè)有換熱器，由常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)（SRI）提供冷卻水；

      � 行星齒輪箱：減速機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)輸入軸（高速端）帶動(dòng)太陽(yáng)輪，太陽(yáng)輪則通過(guò)齒輪嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)行星輪，然后行星輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)行星輪托架，最后由托架帶動(dòng)輸出軸（低速端，與水泵相連）完成減速過(guò)程。在一定程度上行星輪的個(gè)數(shù)代表了齒輪箱的制造水平，進(jìn)口齒輪箱行星輪個(gè)數(shù)通常為4個(gè)，國(guó)產(chǎn)齒輪箱通常為3個(gè)。齒輪箱由循環(huán)水泵潤(rùn)滑系統(tǒng)（CGR）提供潤(rùn)滑。

4 CGR系統(tǒng)

      循環(huán)水泵潤(rùn)滑系統(tǒng)（CGR）用于向循環(huán)水泵（泵軸下部徑向軸承）、電機(jī)（頂部主推力軸承/徑向軸承和下部徑向軸承）、齒輪箱（齒輪和軸承）提供潤(rùn)滑油；CGR的主要設(shè)備包括電動(dòng)輔助潤(rùn)滑油泵、機(jī)械油泵、雙列過(guò)濾器、油冷卻器等。機(jī)械油泵是CGR正常工況下的工作油泵，機(jī)械油泵固定在齒輪箱外殼上，由齒輪箱的輔助齒圈帶動(dòng)。電動(dòng)油泵用于啟泵或停泵階段機(jī)械泵供油不足時(shí)維持系統(tǒng)油壓，正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)油泵停運(yùn)。CGR冷卻水源來(lái)自常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)（SRI）。

5 重要廠用水系統(tǒng)（SEC）

      SEC是核島的最終熱阱，無(wú)論在正常運(yùn)行工況或事故工況下，SEC都能導(dǎo)出核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）所傳輸?shù)臒崃恐梁Ｋ小?/P>

      由圖1.1可以看出，每臺(tái)機(jī)組分為A、B兩個(gè)獨(dú)立的系列，每個(gè)系列均由兩臺(tái)SEC泵并聯(lián)從循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)（CFI）吸入海水，A、B兩個(gè)系列的進(jìn)水母管通過(guò)一根連通管連通，連通管設(shè)置兩個(gè)手動(dòng)的隔離閥，當(dāng)其中一列的進(jìn)水母管不可用時(shí)隔離閥打開(kāi)，此時(shí)兩個(gè)系列共用一根進(jìn)水母管。

      從SEC泵出來(lái)的海水經(jīng)SEC管道（GA廊道）、水生物捕集器及兩臺(tái)并聯(lián)的RRI/SEC熱交換器后排入SEC集水坑，然后經(jīng)溢流墻排入排水槽（GS廊道），再流經(jīng)排水管后排入虹吸井（CC井）。從圖1.1可以看出，一臺(tái)機(jī)組的GS廊道與另外一臺(tái)GS廊道相連通，當(dāng)一臺(tái)機(jī)組的GS廊道不可用時(shí)SEC排水可通過(guò)連通的混凝土管道從另一臺(tái)機(jī)組的GS廊道排出，當(dāng)兩條GS廊道都不可用時(shí)SEC排水排入電站污水系統(tǒng)（SEO）

6 其他系統(tǒng)

      � 輔助冷卻水系統(tǒng)（SEN）

      SEN為常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)（SRI）和冷凝器真空系統(tǒng)（CVI）的冷卻器提供過(guò)濾的冷卻水。

      � 循環(huán)水處理系統(tǒng)（CTE）

      CTE通過(guò)電解海水產(chǎn)生濃度為1ppm（每升海水一克）的NaClO溶液，用以保護(hù)與海水接觸的系統(tǒng)設(shè)備（CFI，CRF，SEC）不受海洋生物污染。

      � 飲用水系統(tǒng)（SEP）

      SEP為CRF泵和SEC泵提供軸封水，為消防水生產(chǎn)系統(tǒng)（JPP）提供水源。

      � 消防水生產(chǎn)系統(tǒng)（JPP）

      生產(chǎn)消防用水，正常工況下由SEP供水，緊急情況下由生水系統(tǒng)（SEA）供水，在特別緊急的情況下可從SEC泵入口處取水。

      � 常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)（SRI）

      為循環(huán)水泵電機(jī)和循環(huán)水泵潤(rùn)滑系統(tǒng)（CGR）提供冷卻水。

      � 公用壓縮空氣分配系統(tǒng)（SAT）

      為三回路的泵房提供檢修用氣，如為循環(huán)水泵膨脹密封氣囊提供氣源。

      � 電站污水系統(tǒng)（SEO）

      收集污水，送至污水處理站處理后排放。

      另外，三回路還有電氣、儀控、通風(fēng)、通訊等系統(tǒng)。

7 淡水回路

      淡水回路的功能是為電站提供生產(chǎn)、生活及消防用水。

      如圖1.3，生水系統(tǒng)（SEA）從淡水水庫(kù)取水，過(guò)濾后的水用于除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)（SDA），并作為消防水生產(chǎn)系統(tǒng)（JPP）第一備用水源。經(jīng)SDA預(yù)處理后的水一部分供給飲用水系統(tǒng)（SEP），一部分用于SDA精處理。SDA精處理后的水供給核島除鹽水分配系統(tǒng)（SED）和常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)（SER）。

      淡水回路與第三回路的主要接口關(guān)系是：CRF泵和SEC泵的軸封水正常工況下取自SEP，緊急工況取自SDA預(yù)處理后的水；JPP消防水池水源為SEP，第一備用水源為SDA；SEC兩個(gè)系列取水母管由一連通管連通，該連通管的保養(yǎng)水來(lái)自SED。

      從SEA出來(lái)的水主要有三類雜質(zhì)：膠體、懸浮物、陰陽(yáng)離子。對(duì)膠體和懸浮物的處理屬于預(yù)處理，膠體采用混凝處理（添加混凝劑使膠體凝固沉淀），懸浮物采用過(guò)濾處理；對(duì)陰陽(yáng)離子的處理屬于精處理，通過(guò)除鹽床進(jìn)行離子交換。

8 防腐與抗海生物要求

1) 防腐

      要了解防腐措施，你應(yīng)該先明白腐蝕的本質(zhì)是什么？

      腐蝕的本質(zhì)是回歸自然。自然界的金屬基本是以化合物的形式存在于礦石中，人為過(guò)程把礦石提煉成金屬，在提煉過(guò)程中金屬元素獲取電子并吸收能量；自然過(guò)程使金屬失去電子并釋放能量，回到原來(lái)的化合物狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程就是腐蝕。以鐵元素為例，人為提煉過(guò)程使得Fe2O3中的鐵元素獲取電子由Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e，自然的腐蝕過(guò)程又使得Fe失去電子回到Fe3+、Fe2+等離子的形態(tài)。自然的力量是如此巨大，腐蝕的過(guò)程不可逆轉(zhuǎn)，我們只能采取以下防腐措施來(lái)延緩腐蝕的過(guò)程：

      a) 材料本身：選用雙相不銹鋼、高鎳鑄鐵、鈦材、襯膠等耐海水腐蝕的材料，這些材料在海水中不容易失去電子；

      b) 涂裝重防腐涂料：金屬在海水環(huán)境中容易失去電子，涂裝環(huán)氧煤焦油瀝青等重防腐涂料可以把金屬和環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)；

      c) 電化學(xué)保護(hù)：采用陰極保護(hù)系統(tǒng)（CPA）和犧牲陽(yáng)極塊，以電流的方式給金屬補(bǔ)充電子。例如，循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)（CFI）在粗格柵、閘門導(dǎo)槽、細(xì)格柵、清污機(jī)、鼓網(wǎng)上通過(guò)輔助陽(yáng)極與整流器相連，使設(shè)備的電位降低為陰極，從而獲取電子得到保護(hù)；CFI閘門檢修時(shí)使用，平時(shí)放置在閘門坑內(nèi)，使用犧牲陽(yáng)極塊進(jìn)行保護(hù)。

      2) 抗海生物

      為防止海水生物在設(shè)備和管道內(nèi)滋生，由循環(huán)水處理系統(tǒng)（CTE）產(chǎn)生濃度為1ppm的NaClO溶液，通過(guò)加氯框的軟管加入CFI與SEC（如圖1.1），用以保護(hù)CFI、CRF、SEC與海水接觸的設(shè)備。在設(shè)備安裝等階段，CTE與陰極保護(hù)系統(tǒng)（CPA）尚未投入使用，此時(shí)設(shè)備表面涂裝防污漆用以抗海生物和防腐。

9 兩個(gè)有趣的問(wèn)題

      1) 過(guò)濾

      從圖1.1可以看出，海水經(jīng)CFI鼓網(wǎng)過(guò)濾后，又流經(jīng)CRF和 SEC過(guò)濾器，這是不是意味著CRF和SEC的過(guò)濾器要比CFI鼓網(wǎng)的過(guò)濾精度高？

      答案是否定的，請(qǐng)看以下數(shù)據(jù)：CFI鼓網(wǎng)的過(guò)濾精度是3mm，CRF碎屑過(guò)濾器的過(guò)濾精度是5mm，SEC水生物捕集器的過(guò)濾精度是4mm。

      這時(shí)你或許會(huì)更加疑惑，似乎設(shè)置CRF和SEC過(guò)濾器是多此一舉。如果你聯(lián)想到水生物是可以生長(zhǎng)的，那就豁然開(kāi)朗了。

      哲學(xué)告訴我們，要以發(fā)展的眼光看問(wèn)題。

2) SEN泵

      我在畫圖1.2的時(shí)候，從對(duì)稱的角度，感覺(jué)若沒(méi)有SEN泵，系統(tǒng)會(huì)更加美觀，于是誕生了一個(gè)沒(méi)有科學(xué)依據(jù)的想法：SEN泵能不能取消？

      泵是動(dòng)力裝置，海水經(jīng)CRF泵加能后又由SEN泵再次提供動(dòng)力，這樣似乎可以推斷出SEN比CRF需要更多的動(dòng)力；事實(shí)上SEN與CRF的設(shè)備位置高度相差不大，CRF泵提供的動(dòng)力基本可以滿足SEN需求。分析到這里的時(shí)候，我突然覺(jué)得最初那沒(méi)有科學(xué)依據(jù)的想法已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)科學(xué)設(shè)想，改進(jìn)系統(tǒng)從而取消SEN泵真正成為了一種可能。

      為了進(jìn)一步確認(rèn)取消SEN泵在技術(shù)上是否可行，我查閱了相關(guān)資料，并與SEN方面的專業(yè)人士進(jìn)行了交流，發(fā)現(xiàn)在三代和部分準(zhǔn)三代的核電站中已經(jīng)取消了SEN泵，這與我的設(shè)想不謀而合，雖然我沒(méi)有參與到取消SEN泵的設(shè)計(jì)中，但同樣讓我驚喜莫名。

      事物的過(guò)程在想法誕生的時(shí)候就已經(jīng)走過(guò)了一半。

參考文獻(xiàn)

[1] 廣東核電培訓(xùn)中心．900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備．原子能出版社．