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核电主设备之反应堆冷却剂泵(主泵)

阅读:5040次 日期:2019/01/28

反应堆冷却剂泵,简称主泵。其功能是使冷却剂形成强迫循环,从而把反应堆中产生的热能传送至蒸汽发生器,以产生蒸汽,驱动汽轮机做功。

一、主泵是什么

在核电站各系统中均有各种类型泵在运行。核岛一回路系统中,用于驱动冷却剂在RCP(反应堆冷却剂系统)系统内循环流动的泵称为主泵,主泵连续不断地把堆芯中产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧(二回路)给水。

主泵位于核岛心脏部位,用来将冷水泵入蒸发器转换热能,是核电运转控制水循环的关键,属于核电站的一级设备,每个蒸汽发生器有一个主泵。

简单说,其作用是驱动反应堆内部的介质循环,将燃料产生的热量传递给二次侧,类似于空调的压缩机。其余主设备还有压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等等。主泵是反应堆唯一转动设备。

轴封式反应堆冷却剂泵结构

主泵电机

二、主泵的各个流派及历史渊源

目前国内的核电技术路线繁多:有法国的 M310 及广核衍生的 CPR、ACPR 系列,美国的 AP 及国核衍生的 CAP 系列,中核的 CNP、ACP 系列,中核、广核的华龙一号,法国的 EPR,俄罗斯的 VVER,加拿大的CANDU,看起来是不是非常气 (hun) 派 (luan)?

技术路线这么多,主泵技术当然也多,说不好就是一笔糊涂账,咱们只说国内乃至世界的主流技术——压水堆。

1)出现:上世纪50到60年代初,商用核电站诞生,主泵采用屏蔽泵 (canned-motor pump) 的形式,顾名思义是把主泵像罐头一样封装起来(使用屏蔽套),理论上不会泄露,但泄露起来很难控制,此技术沿袭于核潜艇反应堆。代表公司有美国的西屋公司 (Westinghouse)、拜尔杰克逊公司 (Byron Jackson)。

2)发展:上世纪60年代,还是西屋公司,搞出了63型轴封泵,把罐头打开了,在罐头口(泵轴端)增加了三道可控的动密封,理论上存在少量泄露风险,但是可控。这个技术资格相当老,是国内目前 M310、CPR、EPR 乃至华龙一号的源头,这是后话。63型又发展出了70、93、93A、93D、100。

上世纪90年代,美国西屋公司开发出 AP600,后续又在 AP600 基础上开发出大名鼎鼎的 AP1000,其主泵采用 EMD 生产的屏蔽泵,把罐头盖又合上了。AP1000 的首堆在中国三门,其采用的屏蔽泵是世界上最大的,首台主泵困难重重,最终于2015年12月发货。山东国核示范的CAP1400 采用的屏蔽泵比AP1000 更大。

3)开枝散叶:上世纪60年代末,法国法马通(如今叫阿海珐)旗下的热蒙公司、日本三菱引入了西屋公司的轴封泵技术(日本东芝还从美国通用引入了沸水堆技术),并发展出具有自主知识产权的 100D 型;2005年,中国东方电气集团和法国阿海珐集团合资成立东方阿海珐核泵有限公司,引入法国 100D 轴封式主泵,用于国内 CRP 项目;2008年,中国沈鼓、哈电开始引入 AP1000 屏蔽泵技术,将用于国内的 AP、CAP 项目。

三、主泵的技术难点

核主泵的难度不仅在于生产,更是在于它的可靠性、安全性,怎样保证主泵长时间安全可靠运行是主泵制造最核心的问题。核主泵是压水堆核电站核岛主设备里唯一转动的设备,这就要求它比其他非转动性设备具有更高的可靠性。另外,主泵的功能在核岛中至关重要。它的主要功能有:首先,核岛的冷却需要靠主泵来完成;其次,要把核岛里面产生的热量带出来,与蒸汽发生器二次侧换热,从而推动汽轮发电动机组发电。主泵就像核岛的心脏,一旦失效,危害巨大。

1)从设计角度,无论轴封泵还是屏蔽泵,难点其一在于水力设计,扬程、流量、效率、受力、震动、材料辐照等(个人理解,不专业);其二就是长期运行稳定性的考核,也许设计、制造水平差异很大的两台泵在初期运行中都没有问题,但是十几年乃至几十年的运行后一定会有差别。而核电需要的是长期运行的稳定性,在设计寿命内必须要可靠工作。

2)从制造角度,轴封泵的难点在于水润滑轴承、泵轴、密封,而不在电机;屏蔽泵的难点在于屏蔽套、飞轮。

四、工程情况

2019年1月24日,华龙一号全球首堆福清核电5号机组首台主泵电机轴承组件完成组装和最终验收,引入16.5米平台。

主泵是反应堆冷却剂循环和堆芯热量导出的动力源泉,单泵由三千多项零部件精密制造、组装而成,相当于反应堆的“心脏”。现场采用从龙门架吊装至16.5米平台后通过运输车运进核岛厂房,再通过环吊将主泵电机吊装就位。电机吊装就位后还将进行对中调整、辅助系统部件安装以及油冲洗等施工活动。

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