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摘要：在华龙一号的设计中，化学和容积控制系统的上充泵只执行正常工况的上充功能，相较于M310堆型的化学和容积控制系统，华龙一号的上充泵不再执行事故工况下的高压安注功能，其相应的功能由安全注入系统新增的中压安注泵承担。通过分析比较正常工况及事故工况下对上充泵的流量需求，得出华龙一号的上充泵设计需求的最大流量为47.36 m3/h。而某核电厂5号机组ACP1000（华龙一号）目前的上充泵选型为最大流量为160 m3/h，最高效率流量点为105 m3/h的上充泵。选用此型号的上充泵将导致泵长期在低效能区运行。泵在低效能区运行时，泵输出的有用功较少，无用功较多，多输出的无用功一方面会转化成热量、噪声和震动等能量形式对上充泵造成损害，影响上充泵的寿命，另一方面也会造成不必要的能量浪费，使核电厂的厂用电量增加，经济性降低。因此，建议对ACP1000机组的上充泵换型。
关键词：ACP1000；上充泵；泵效率
0 引言
某核电厂3、4号机组采用了M310堆型，5、6号机采用了ACP1000堆型。在M310和ACP1000的设计中，化学和容积控制系统（以下简称RCV）在反应堆启动、停运及正常运行中均起十分重要的作用，为反应堆冷却剂系统的容积控制、化学控制和反应性控制提供了手段。但RCV系统在两种堆型中的辅助功能和安全功能略有差别。本文通过分析RCV系统在两种堆型功能上的差异，得到RCV系统在两种堆型所需上充流量的不同，从而分析上充泵换型的可行性及优势。
1 ACP1000及M310堆型的RCV系统功能对比
M310和ACP1000 RCV系统功能对比见表1。由表1可以看出，相较于M310堆型，华龙一号的RCV系统在辅助功能上取消了“如果一个机组的上充泵不可用，另一机组的上充泵通过两机组之间的连接管线对事故机组提供上充水和主泵密封水”和“当反应堆冷却剂处于余热排出系统半管水位运行时，一旦失去余热排出功能，使用B列上充泵自动对反应堆冷却剂系统提供补水”这两个功能；在安全功能上取消了“在安全注入情况下，RCV上充泵作为高压安注泵运行，安全注入优先于其他运行方式”这一功能。
其中，辅助功能中取消相邻机组相互备用的功能是因为ACP1000机组为单堆布置，机组间实体隔离，不再具备双机组互为备用的功能；取消余排丧失自动补给的功能是因为ACP1000增加了中压安注系统，此功能由中压安注系统的B列中压安注泵承担。安全功能上RCV上充泵作为高压安注泵运行的功能也由中压安注系统承担。
安全功能在反应堆冷却剂系统发生小破口的情况下，化学容积与控制系统能够维持RCP系统的水装量
作为反应性控制系统，即便发生操作事故：如弹棒和卡棒，仍能保证反应堆停堆并维持反应堆处于热态次临界状态
在安全注入情况下，RCV上充泵作为高压安注泵运行，安全注入优先于其他运行方式在反应堆冷却剂系统发生小破口的情况下，化学容积与控制系统能够维持RCS系统的水装量
作为反应性控制系统，即便发生操作事故：如弹棒和卡棒，仍能保证反应堆停堆并维持反应堆处于热态次临界状态
2 各功能对上充泵的流量需求分析
2.1 以上充泵模式运行时
无论M310堆型还是ACP1000，在反应堆正常运行期间，上充泵均要执行上充功能和反应堆冷却剂泵密封水的注入功能。上充运行时，每台泵必须能供给以下流量的总和：最大上充流；正常密封水注入；最小流量管线的流量。其中，堆型不同具体参数略有不同，详见表2。
2.2 以高压安注泵模式运行时
M310堆型中，上充泵还用作高压安注泵，ACP1000堆型取消此功能。用作安注泵时，利用低压安注泵增压并设计成能在下列工况下运行：直接注入阶段；再循环阶段；停堆期间。其中，泵的流量和相应的扬程取决于反应堆冷却剂系统的压力。当RCP系统降压时，每台泵的最大流量为160m3/h。
2.3 小结
在M310堆型中，因上充泵需要兼任高压安注泵的功能，故每台泵名义上的最大流量需求为160 m3/h。而ACP1000堆型中，上充泵仅执行上充功能，故每台泵名义上的最大流量需求为47.36m3/h（正常上充时泵的流量约为34 m3/h）。
3 华龙一号上充泵的选型分析
目前ACP1000的上充泵与该核电3、4号机组型号相同，均为上海电气制造。泵的部分运行特性数据见表3。
从图1可以看出，上海电气目前制造的上充泵设计最高效率点流量为105 m3/h，上充模式下泵的效率大约为34%-46%，高压安注模式下泵的效率大约为53%，而泵的最高效率约为63%。在M310堆型中选用此型号的泵是为了兼顾正常工况时的上充功能及事故工况的高压安注功能。而ACP1000中上充泵不再兼任高压安注泵，继续选用此型号的泵会使上充泵长期在效率比较低的工况下运转。
从表3可以看出，当上充泵在高效率区间运行是，运行比较稳定，振动≤2.8mm/s；上充泵在上充模式运行时，振动≤3.6mm/s，低流量下甚至振动≤4.2mm/s；上充泵在高压安注模式运行时，振动≤4.2mm/s。
上充泵在低效能区运转，液体通过泵所获得的能量比较少，即泵的有用功较少，无用功较多，根据能量守恒定律，无用功一定会转换成其它能量型式（噪声、震动和热量）损耗掉，这些能量方式长期存在必然会对设备造成损坏，影响设备的使用寿命[1]。同时，造成了不必要的能量浪费，使电厂的厂用电较多，电厂的经济性下降。
4 结论
为了避免华龙一号的上充泵长期在低效能区运行，减少设备损坏风险，提高电厂经济性，建议将上充泵换型为最高效率点流量为34 m3/h，高效能区流量为26.36-47.36 m3/h的泵。
参考文献：
[1] 赵墅茵. 离心泵的节能措施[J]. 山东化工, 2015, 44(18):125-125.
[2] 陈广福. 核岛上充泵设备运行维护手册[M]. 上海: 上海电气凯士比核电泵阀有限公司, 2017: 12-12.
论文作者:高国甫1,卫炟2
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/26
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