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易琳，戴天毅，張建濤

（中廣核工程有限公司，深圳 2010）

摘 要：系統闡述核電站三回路的文章很少，本文以CPR1000核電機組為背景，圍繞單臺機組的三回路流程圖，系統地介紹了三回路的主要系統和設備。

關鍵詞：三回路；CPR1000；流程圖；系統

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

核電站系統眾多，管路錯綜復雜，但總體上可劃分為以下三個回路：

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

      � 二回路：通過汽輪發電機組把從一回路獲得的熱能轉化為電能；

      � 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行，并冷卻二回路的冷端使得二回路成為一個循環。

      在這篇文章中，你將了解核電站三回路的流程、系統及主要設備等方面的知識。當然，對不同的機組和循環冷卻水排入環境的方式，三回路會略有不同，本文選取的背景是：CPR1000機組、循環冷卻水排入大海。

1 概述

      本文是圍繞核電站三回路流程圖（圖1.1）展開的，圖1.1直觀地體現了單臺機組的三回路設備數量和系統流程，對在排水段存在的兩個機組共用部分已在圖中明確注明。

      圖1.1縱橫交錯的線條或許會讓你望而卻步，你不妨先輕松瀏覽一下圖1.2，然后再結合下面用文字表述的3個主要流程去細細品味圖1.1和圖1.3，這樣會是一個輕松而有趣的過程：

      1) 循環水流程：1.大海→2.引渠→3.進水前池→4.粗格柵（帶加氯裝置）→5.閘門→6.細格柵（帶清污機）→7.鼓網→8.CRF泵（循環水泵）→9. GD進水管廊→10.碎屑過濾器→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項屬于循環水過濾系統）

      2) 重要廠用水流程：1.大海→2.引渠→3.進水前池→4.粗格柵（帶加氯裝置）→5.閘門→6.細格柵（帶清污機）→7.鼓網→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.大海→2.引渠→3.進水前池→4.粗格柵（帶加氯裝置）→5.閘門→6.細格柵（帶清污機）→7.鼓網→8.CRF泵（循環水泵）→9. 輔助冷卻水泵→10.自清洗過濾器→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個主要流程的進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[1]：

      CFI-循環水過濾系統

      CRF-循環水系統

      SEC-重要廠用水系統

      SEN-輔助冷卻水系統

      CTE-循環水處理系統

      CGR-循環水泵潤滑系統

      SRI-常規島閉路冷卻水系統

      SEP-飲用水系統

      SAT-公用壓縮空氣分配系統

      SEO-電站污水系統

      JPP-消防水生產系統

      SEL-常規島廢液排放系統

      TER-廢液排放系統

      RRI-設備冷卻水系統

      CVI-凝汽器真空系統

      SRI-常規島閉路冷卻水系統

      三回路為核電站提供冷卻水，需要配備大量的泵作為動力裝置，對單臺機組，三回路主要的泵配置情況如下：CRF泵2臺（無備用泵），SEC泵4臺（正常運行工況一用三備，啟動工況兩用兩備），SEN泵4臺（兩用兩備），CTE泵4臺（兩用兩備），沖洗水泵4臺（兩用兩備）。

2 循環水過濾系統（CFI）

      CFI的功能是過濾一臺機組所需的全部海水，如圖1.1，經CFI過濾后的海水用于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主要設備如下：

      � 粗格柵：對海水（循環水）進行粗過濾，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，檢修時使用；

      � 細格柵和清污機：柵條間距為50mm，上方裝有清污機，當細格柵前后壓差達到一定值時清污機自動投入運行，對細格柵進行去污；

      � 鼓網：鼓形旋轉濾網的簡稱，過濾精度為3mm，直徑很大，通常在19m左右，若通過中間軸驅動需要的驅動力很大，所以采用四周驅動的形式，每臺鼓網的驅動機構配有兩臺低速電機和一臺中/高速電機，正常工況下由一臺低速電機（一臺備用）驅動，當鼓網壓力損失達到一定值時中/高速電機投入使用；鼓網設有沖洗水系統用以清洗網片，每臺鼓配備兩臺沖洗水泵，沖洗水泵從SEC泵入口段吸水，沖洗水管布置在鼓網外部，沖洗水從上往下噴射；鼓網通常為兩側進水，中間排水。

圖2 鼓形旋轉濾網

      海水進入CFI之前要經過引渠和進水前池，引渠具有一定的擋波作用，進水前池用于調整流態，使進入CFI的海水流動均勻。

3 循環水系統（CRF）

      CRF的功能是通過兩條獨立的進水渠給每臺機組的凝汽器和輔助冷卻水系統(SEN)提供冷卻水，并將循環水通過虹吸井排到大海中。

      從圖1.1可以看出，CRF分為兩個完全相同的系列，每個系列的循環水泵（CRF泵）承擔著50%的循環水流量，無備用泵，海水（循環水）經循環水泵升壓后沿GD進水管廊進入凝汽器入口水室，然后流經凝汽器冷卻管束進入凝汽器出口水室，從凝汽器出來的循環冷卻水進入GD排水管廊，然后流經CC井（虹吸井）和排水暗涵，最后排入大海。

      循環水泵是核電站流量最大的泵，具有驚人的液體輸送能力，每小時可輸送高達11萬立方米的海水。如果把流量折合成單位每秒輸送的海水重量，或許你會有更直觀的感受，以陽江核電站為例，其循環水泵流量為30.8m³/s，相當于每秒輸送重達31.7噸的海水！

CRF系統主要包括以下設備：

      � 循環水泵：立式混流泵，出水部分通常為混凝土蝸殼結構，驅動方式為電機經減速齒輪箱減速后驅動，其葉輪等主要部件采用雙相不銹鋼以耐海水腐蝕。泵軸密封正常運行工況采用填料密封，其填料密封水來自飲用水系統（SEP），檢修時采用膨脹密封；

圖3 循環水泵

      � 電機：立式交流異步電機，功率約6500kw，電機采用水冷，在電機側壁設有換熱器，由常規島閉式冷卻水系統（SRI）提供冷卻水；

      � 行星齒輪箱：減速機構，電動機通過輸入軸（高速端）帶動太陽輪，太陽輪則通過齒輪嚙合傳動帶動行星輪，然后行星輪在轉動過程中帶動行星輪托架，最后由托架帶動輸出軸（低速端，與水泵相連）完成減速過程。在一定程度上行星輪的個數代表了齒輪箱的制造水平，進口齒輪箱行星輪個數通常為4個，國產齒輪箱通常為3個。齒輪箱由循環水泵潤滑系統（CGR）提供潤滑。

4 CGR系統

      循環水泵潤滑系統（CGR）用于向循環水泵（泵軸下部徑向軸承）、電機（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）提供潤滑油；CGR的主要設備包括電動輔助潤滑油泵、機械油泵、雙列過濾器、油冷卻器等。機械油泵是CGR正常工況下的工作油泵，機械油泵固定在齒輪箱外殼上，由齒輪箱的輔助齒圈帶動。電動油泵用于啟泵或停泵階段機械泵供油不足時維持系統油壓，正常穩定運行時電動油泵停運。CGR冷卻水源來自常規島閉路冷卻水系統（SRI）。

5 重要廠用水系統（SEC）

      SEC是核島的最終熱阱，無論在正常運行工況或事故工況下，SEC都能導出核島設備冷卻水系統（RRI）所傳輸的熱量至海水中。

      由圖1.1可以看出，每臺機組分為A、B兩個獨立的系列，每個系列均由兩臺SEC泵并聯從循環水過濾系統（CFI）吸入海水，A、B兩個系列的進水母管通過一根連通管連通，連通管設置兩個手動的隔離閥，當其中一列的進水母管不可用時隔離閥打開，此時兩個系列共用一根進水母管。

      從SEC泵出來的海水經SEC管道（GA廊道）、水生物捕集器及兩臺并聯的RRI/SEC熱交換器后排入SEC集水坑，然后經溢流墻排入排水槽（GS廊道），再流經排水管后排入虹吸井（CC井）。從圖1.1可以看出，一臺機組的GS廊道與另外一臺GS廊道相連通，當一臺機組的GS廊道不可用時SEC排水可通過連通的混凝土管道從另一臺機組的GS廊道排出，當兩條GS廊道都不可用時SEC排水排入電站污水系統（SEO）

6 其他系統

      � 輔助冷卻水系統（SEN）

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

      � 循環水處理系統（CTE）

      CTE通過電解海水產生濃度為1ppm（每升海水一克）的NaClO溶液，用以保護與海水接觸的系統設備（CFI，CRF，SEC）不受海洋生物污染。

      � 飲用水系統（SEP）

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

      � 消防水生產系統（JPP）

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

      � 常規島閉路冷卻水系統（SRI）

      為循環水泵電機和循環水泵潤滑系統（CGR）提供冷卻水。

      � 公用壓縮空氣分配系統（SAT）

      為三回路的泵房提供檢修用氣，如為循環水泵膨脹密封氣囊提供氣源。

      � 電站污水系統（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、通訊等系統。

7 淡水回路

      淡水回路的功能是為電站提供生產、生活及消防用水。

      如圖1.3，生水系統（SEA）從淡水水庫取水，過濾后的水用于除鹽水生產系統（SDA），并作為消防水生產系統（JPP）第一備用水源。經SDA預處理后的水一部分供給飲用水系統（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（SED）和常規島除鹽水分配系統（SER）。

      淡水回路與第三回路的主要接口關系是：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兩個系列取水母管由一連通管連通，該連通管的保養水來自SED。

      從SEA出來的水主要有三類雜質：膠體、懸浮物、陰陽離子。對膠體和懸浮物的處理屬于預處理，膠體采用混凝處理（添加混凝劑使膠體凝固沉淀），懸浮物采用過濾處理；對陰陽離子的處理屬于精處理，通過除鹽床進行離子交換。

8 防腐與抗海生物要求

1) 防腐

      要了解防腐措施，你應該先明白腐蝕的本質是什么？

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

      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：金屬在海水環境中容易失去電子，涂裝環氧煤焦油瀝青等重防腐涂料可以把金屬和環境隔離開來；

      c) 電化學保護：采用陰極保護系統（CPA）和犧牲陽極塊，以電流的方式給金屬補充電子。例如，循環水過濾系統（CFI）在粗格柵、閘門導槽、細格柵、清污機、鼓網上通過輔助陽極與整流器相連，使設備的電位降低為陰極，從而獲取電子得到保護；CFI閘門檢修時使用，平時放置在閘門坑內，使用犧牲陽極塊進行保護。

      2) 抗海生物

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

9 兩個有趣的問題

      1) 過濾

      從圖1.1可以看出，海水經CFI鼓網過濾后，又流經CRF和 SEC過濾器，這是不是意味著CRF和SEC的過濾器要比CFI鼓網的過濾精度高？

      答案是否定的，請看以下數據：CFI鼓網的過濾精度是3mm，CRF碎屑過濾器的過濾精度是5mm，SEC水生物捕集器的過濾精度是4mm。

      這時你或許會更加疑惑，似乎設置CRF和SEC過濾器是多此一舉。如果你聯想到水生物是可以生長的，那就豁然開朗了。

      哲學告訴我們，要以發展的眼光看問題。

2) SEN泵

      我在畫圖1.2的時候，從對稱的角度，感覺若沒有SEN泵，系統會更加美觀，于是誕生了一個沒有科學依據的想法：SEN泵能不能取消？

      泵是動力裝置，海水經CRF泵加能后又由SEN泵再次提供動力，這樣似乎可以推斷出SEN比CRF需要更多的動力；事實上SEN與CRF的設備位置高度相差不大，CRF泵提供的動力基本可以滿足SEN需求。分析到這里的時候，我突然覺得最初那沒有科學依據的想法已經發展成了一個科學設想，改進系統從而取消SEN泵真正成為了一種可能。

      為了進一步確認取消SEN泵在技術上是否可行，我查閱了相關資料，并與SEN方面的專業人士進行了交流，發現在三代和部分準三代的核電站中已經取消了SEN泵，這與我的設想不謀而合，雖然我沒有參與到取消SEN泵的設計中，但同樣讓我驚喜莫名。

      事物的過程在想法誕生的時候就已經走過了一半。

參考文獻

[1] 廣東核電培訓中心．900MW壓水堆核電站系統與設備．原子能出版社．