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摘 要：本文主要对单台海水冷却循环泵同时四列凝汽器水室运行的工况进行分析，当前机组计划性功率期间停运一台CCW泵，需要隔离一列凝汽器水室，即被隔离的凝汽器水室的汽侧抽真空隔离阀，两个旁排阀，进出口电动隔离阀关闭。汽侧抽真空隔离阀如果隔离不严会影响真空泵运行甚至损坏真空泵。汽侧抽真空隔离阀及两个旁排阀需要现场手动关闭，且阀门行程几百圈，操作费力费时。隔离一列水室后需要将凝汽器水室抽真空系统停运，其他三列水室失去抽真空，低潮位时可能不满水。因此本文进行分析，以便在单台CCW泵短时停运情况下（如CCW泵万向节加油油脂），减少现场操作;避免水室抽真空系统停运;降低凝汽器抽真空泵受损风险。
关键词：CCW泵 流量 性能 分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）04（b）-0077-03
Analysis of four condenser water chamber operation of single CCW pump
WANG Ningning ZHANG Xiaohui
（CNNC Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Jiaxing Zhejiang Province， 314300 China）
Abstract： This paper mainly analyzes the operation condition of four rows of condenser water chambers of a single seawater cooling circulating pump at the same time. When a CCW pump is shut down during the planned power period of the unit， it is necessary to isolate one row of condenser water chamber， that is， the steam side vacuum isolation valve， two side discharge valves and the inlet and outlet electric isolation valve of the isolated condenser water chamber are closed. If the isolation valve of steam side vacuum pumping is not strictly isolated， the operation of vacuum pump will be affected， and even the vacuum pump will be damaged. The steam side vacuum isolation valve and two by-pass valves need to be closed manually on site， and the valve stroke is hundreds of turns， so the operation is laborious and time-consuming. After isolating one row of water chambers， it is necessary to shut down the vacuumizing system of the water chamber of the condenser. The other three rows of water chambers lose vacuumizing， and may not be full of water at low tide level. Therefore， this paper analyzes in order to reduce the field operation， avoid the shutdown of the water chamber vacuum system and reduce the risk of damage to the condenser vacuum pump in the case of short-term shutdown of a single CCW pump （such as lubricating oil on the universal joint of CCW pump）.
Key words： CCW pump; Flow; Performance; Analysis
1 CCW系统简介
杭州湾的海水经过4条地下取水方涵进入泵房前池，然后进入12条尺寸、形状均一致的取水通道，如图1所示每台机组6条，其中四条用于CCW泵取水，每台机组有两台CCW泵，每台有两条取水通道，每条均为25%容量;另外两条用于RSW系统取水，每条50%容量[1]。前池海水先后通过拦污格栅、前池闸门、胸墙、旋转滤网等设施后进入CCW泵，升压后送入地下水泥方涵管，再由二次滤网过滤，进入凝汽器，带走热量，同RSW系统的排水在排水口混合后排入杭州湾[2]。
1.1 CCW泵
每台机组设置了两台容量为50%的CCW泵，位于海水泵房内CCW泵为立式混流泵，设计流量为18069L/s，设计压头为12.7m水柱。CCW泵电机额定功率3034kW，由4级电源6.3kV供电，额定转速1000rpm，为防水型空气冷却马达，CCW泵配備有一个中心齿轮减速箱，电机与其通过一根万向轴和一根空心轴相连，两个轴通过中间轴承连接[3]。 1.2 凝汽器
每台机组有两台凝汽器，每台凝汽器分为两列水室，每列水室有独立的进出口水室和电动隔离阀，可以对每列水室进行单独隔离，便于泄漏处理和维修。凝汽器海水侧设计压力为345kPa，高于系统瞬态压力。
1.3 现场布置
四台CCW泵的电机位于海水泵房地下一层（91m），CCW泵体及其出口电动阀位于地下二层（79.2m），凝汽器入口电动阀位于TB底层81.7m（主凝结水泵区域），凝汽器出口电动阀位于TB底层81.7m（凝汽器气侧抽真空泵区域）。
2 运行分析目的
当前机组计划性功率期间停运一台CCW泵，需要隔离一列凝汽器水室，即被隔离的凝汽器水室的汽侧抽真空隔离阀，两个旁排阀，进出口电动隔离阀关闭。汽侧抽真空隔离阀如果隔离不严会影响真空泵运行甚至损坏真空泵。汽侧抽真空隔离阀及两个旁排阀需要现场手动关闭，且阀门行程几百圈，操作费力费时。隔离一列水室后需要将凝汽器水室抽真空系统停运，其他三列水室失去抽真空，低潮位时可能不满水[4]。
结合上述，分析单台CCW运行时同时四列凝汽器水室运行的可行性，以便在单台CCW泵短时停运情况下（如CCW泵万向节加油油脂），减少现场操作;避免水室抽真空系统停运;减少凝汽器抽真空泵受损风险。
3 CCW泵运行工况分析
一台CCW 泵运行，不论是否隔离一列凝汽器水室，流过凝汽器的冷却水流量降低，将导致凝汽器真空，上升到25.3kPa时汽轮机跳机。将导致低压缸排气温度，上升到107℃时汽轮机跳机，一般要停泵前根据海水温度决定功率水平，因此需要分析隔离一列水室与不隔离一列水室时凝汽器流量偏差，已确定不会因不隔离水室而导致过多的降功率幅度，但海水温度及反應堆功率仍是凝汽器真空能否维持的关键[5]。
单台CCW泵运行在四列水室与三列水室对比，流量应变大，因此凝汽器不是考虑重点，后续将根据参数计算对比两者流量区别。对于泵而言，由于流量变大，出口压力降低，泵是否会发生汽蚀，震动程度、温度变化等是需要验证的，且是单台CCW泵能否带四列凝汽器水室长期运行的关键。
4 运行试验结果及参数分析
4.1 停运1#CCW泵带四列水室运行
（1）在机组停运大修期间，不隔离凝汽器水室停运1#CCW泵，现场检查各项参数记录，隔离一列水室后记录各项参数，对数据进行简单分析[6]。
（2）机组大修启动阶段，先停运一台CCW泵，记录相关参数，进行分析。
数据简单分析：单台泵运行时，出口压力明显变小，振动变大较多，凝汽器入口压力明显变小。
结合以上数据分析，单台CCW泵运行四列水室时，对泵的运行具有一定挑战：出口压力明显降低，（凝汽器入口压力也相应有较大幅度降低），振动也有明显上升，现场检查人员反馈噪音也相应变大，且在海水潮位较低时，参数变化更加明显。因此，不建议低潮位时单台CCW泵运行四列凝汽器水室。而潮位高于多少能够短时在这一工况下运行，还需进一步分析[7]。
4.2 单台CCW泵四列水室运行凝汽器流量分析
由于CCW循环冷却水管道直径较大，采用外接流量计的方式无法测量，而系统内部没有装设流量计。通过实际测量的方式不可行。对于凝汽器设计了入口二次滤网系统，该系统设计了出入口压差变送器，可以通过伯努利方程粗略计算不同工况下的流量变化。从而分析单台泵运行时四列水室相对三列水室时的流量区别，得出初步结论[8]。
根据伯努利方程，忽略位差（H1=H2），二次滤网出入口流速认为不变，则△P=KV2，若流过每个二次滤网的冷却水流量为Q，则有。而压差Δp是已知的，我们可以查询不同工况下的压差，从而定性的分析流量差别，得出以下结论。
单台CCW泵4列水室运行：
停运一台CCW泵前，凝汽器二次滤网的压差在12～13kPa左右，停运CCW后，压差在4～5kPa左右。
单列水室，冷却水流量大约下降至之前流量的60%，即流入凝汽器总流量变为原来的60%。
单台CCW泵来说，为之前的1.2倍。
单台CCW泵带3列水室运行：
查询PDS参数计算结果如下：（两台泵四列水室运行时压差取平均值大约13kPa，一台CCW泵带三列水室压差平均值约7.5kPa），同样的计算结果为：
对单列水室，隔离一列水室后流量约为之前的0.76倍;凝汽器总流量，为之前的0.57倍。
对于运行泵，流量上升为原来的1.14倍。
（3）单台CCW泵带4列水室与单台泵带3列水室流量对比。
运行的CCW泵在四列水室运行时流量偏大，较三列水室时多约5%～6%，较四列正常运行时多约20%。
结合以上流量分析，可以看出，对于凝汽器冷却水流量角度，若单台CCW泵四列凝汽器水室运行与三列凝汽器水室运行对比，流量变多，可以满足流量需求。另，以上参数在趋势图上看与海水潮位基本无关。
4.3 泵性能曲线分析
结合上述，单台CCW泵运行时，CCW泵的运行工况、运行参数能否满足自身要求，即不会对泵体产生损坏，成为能否带四列水室运行的关键。并且在海水潮位较低的情况下，由于净正吸入压头的减少，泵的运行参数变差明显，通过分析泵的性能曲线（原设计图），粗略得出该工况下最低潮位要求[9]。
可以发现，单台泵运行四列水室，扬程最小，功率最小，效率最低，汽蚀余量最高，与现场实际测量结果吻合。如果单台泵运行三列水室可以长期运行，那么若运行四列水室时海水潮位能保证三列水室的最低汽蚀余量，理论上泵也可以保持运行。
5 最终分析结论
结合以上分析，若在单台CCW泵短时停运情况下，不隔离一列凝汽器水室运行，需要海水潮位至少87.5m以上，那么短时运行就有时间限制。根据海水潮位的趋势图，海水潮位超过87.5m的时间间隔大约为6h。因此，在计划性的功率运行期间，在海水潮位高于87.5m时停运一台CCW泵，并且能够在6h内重新启动，可以不隔离一列凝汽器，保持单台CCW泵及四列凝汽器水室运行。
参考文献
[1] 98-71200-DM-000Primary Heat Transport System Design Manual（秦山三核系统设计手册）.
[2] 98-71200-9022-MM-Pump Installation， Operationand Maintenance Manual（海水冷却循环泵安装、运行和维修手册）.
[3] 98-71200/42130-OM-001 Condenser Circulating Water System（凝汽器循环水系统运行手册）.
[4] HQ-7-71200 Condenser Circulating WaterSystem（Gentilly-2电厂系统培训教材）.
[5] 胡琨，张鹏，李莹莹.闭式循环冷却水泵节能驱动系统[J].南方能源建设，2017，4（S1）：52-55.
[6] 陈宗贺.混流泵启动过程瞬态空化特性数值模拟与试验研究[D].镇江：江苏大学，2018.
[7] 马凌凌.混流泵启动过程模型预测与瞬态特性的研究[D].镇江：江苏大学，2020.
[8] 李伟，马凌凌，施卫东，等.混流泵启动过程进口流动特性的数值模拟[J].中国机械工程，2020（6）：30.
[9] 靳晓乐，郑广新，刘伟.某核电厂辅助冷却水泵电机振动故障诊断[J].噪声与振动控制，2020，40（6）：140-143，152.
关键词：CCW泵 流量 性能 分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）04（b）-0077-03
Analysis of four condenser water chamber operation of single CCW pump
WANG Ningning ZHANG Xiaohui
（CNNC Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Jiaxing Zhejiang Province， 314300 China）
Abstract： This paper mainly analyzes the operation condition of four rows of condenser water chambers of a single seawater cooling circulating pump at the same time. When a CCW pump is shut down during the planned power period of the unit， it is necessary to isolate one row of condenser water chamber， that is， the steam side vacuum isolation valve， two side discharge valves and the inlet and outlet electric isolation valve of the isolated condenser water chamber are closed. If the isolation valve of steam side vacuum pumping is not strictly isolated， the operation of vacuum pump will be affected， and even the vacuum pump will be damaged. The steam side vacuum isolation valve and two by-pass valves need to be closed manually on site， and the valve stroke is hundreds of turns， so the operation is laborious and time-consuming. After isolating one row of water chambers， it is necessary to shut down the vacuumizing system of the water chamber of the condenser. The other three rows of water chambers lose vacuumizing， and may not be full of water at low tide level. Therefore， this paper analyzes in order to reduce the field operation， avoid the shutdown of the water chamber vacuum system and reduce the risk of damage to the condenser vacuum pump in the case of short-term shutdown of a single CCW pump （such as lubricating oil on the universal joint of CCW pump）.
Key words： CCW pump; Flow; Performance; Analysis
1 CCW系统简介
杭州湾的海水经过4条地下取水方涵进入泵房前池，然后进入12条尺寸、形状均一致的取水通道，如图1所示每台机组6条，其中四条用于CCW泵取水，每台机组有两台CCW泵，每台有两条取水通道，每条均为25%容量;另外两条用于RSW系统取水，每条50%容量[1]。前池海水先后通过拦污格栅、前池闸门、胸墙、旋转滤网等设施后进入CCW泵，升压后送入地下水泥方涵管，再由二次滤网过滤，进入凝汽器，带走热量，同RSW系统的排水在排水口混合后排入杭州湾[2]。
1.1 CCW泵
每台机组设置了两台容量为50%的CCW泵，位于海水泵房内CCW泵为立式混流泵，设计流量为18069L/s，设计压头为12.7m水柱。CCW泵电机额定功率3034kW，由4级电源6.3kV供电，额定转速1000rpm，为防水型空气冷却马达，CCW泵配備有一个中心齿轮减速箱，电机与其通过一根万向轴和一根空心轴相连，两个轴通过中间轴承连接[3]。 1.2 凝汽器
每台机组有两台凝汽器，每台凝汽器分为两列水室，每列水室有独立的进出口水室和电动隔离阀，可以对每列水室进行单独隔离，便于泄漏处理和维修。凝汽器海水侧设计压力为345kPa，高于系统瞬态压力。
1.3 现场布置
四台CCW泵的电机位于海水泵房地下一层（91m），CCW泵体及其出口电动阀位于地下二层（79.2m），凝汽器入口电动阀位于TB底层81.7m（主凝结水泵区域），凝汽器出口电动阀位于TB底层81.7m（凝汽器气侧抽真空泵区域）。
2 运行分析目的
当前机组计划性功率期间停运一台CCW泵，需要隔离一列凝汽器水室，即被隔离的凝汽器水室的汽侧抽真空隔离阀，两个旁排阀，进出口电动隔离阀关闭。汽侧抽真空隔离阀如果隔离不严会影响真空泵运行甚至损坏真空泵。汽侧抽真空隔离阀及两个旁排阀需要现场手动关闭，且阀门行程几百圈，操作费力费时。隔离一列水室后需要将凝汽器水室抽真空系统停运，其他三列水室失去抽真空，低潮位时可能不满水[4]。
结合上述，分析单台CCW运行时同时四列凝汽器水室运行的可行性，以便在单台CCW泵短时停运情况下（如CCW泵万向节加油油脂），减少现场操作;避免水室抽真空系统停运;减少凝汽器抽真空泵受损风险。
3 CCW泵运行工况分析
一台CCW 泵运行，不论是否隔离一列凝汽器水室，流过凝汽器的冷却水流量降低，将导致凝汽器真空，上升到25.3kPa时汽轮机跳机。将导致低压缸排气温度，上升到107℃时汽轮机跳机，一般要停泵前根据海水温度决定功率水平，因此需要分析隔离一列水室与不隔离一列水室时凝汽器流量偏差，已确定不会因不隔离水室而导致过多的降功率幅度，但海水温度及反應堆功率仍是凝汽器真空能否维持的关键[5]。
单台CCW泵运行在四列水室与三列水室对比，流量应变大，因此凝汽器不是考虑重点，后续将根据参数计算对比两者流量区别。对于泵而言，由于流量变大，出口压力降低，泵是否会发生汽蚀，震动程度、温度变化等是需要验证的，且是单台CCW泵能否带四列凝汽器水室长期运行的关键。
4 运行试验结果及参数分析
4.1 停运1#CCW泵带四列水室运行
（1）在机组停运大修期间，不隔离凝汽器水室停运1#CCW泵，现场检查各项参数记录，隔离一列水室后记录各项参数，对数据进行简单分析[6]。
（2）机组大修启动阶段，先停运一台CCW泵，记录相关参数，进行分析。
数据简单分析：单台泵运行时，出口压力明显变小，振动变大较多，凝汽器入口压力明显变小。
结合以上数据分析，单台CCW泵运行四列水室时，对泵的运行具有一定挑战：出口压力明显降低，（凝汽器入口压力也相应有较大幅度降低），振动也有明显上升，现场检查人员反馈噪音也相应变大，且在海水潮位较低时，参数变化更加明显。因此，不建议低潮位时单台CCW泵运行四列凝汽器水室。而潮位高于多少能够短时在这一工况下运行，还需进一步分析[7]。
4.2 单台CCW泵四列水室运行凝汽器流量分析
由于CCW循环冷却水管道直径较大，采用外接流量计的方式无法测量，而系统内部没有装设流量计。通过实际测量的方式不可行。对于凝汽器设计了入口二次滤网系统，该系统设计了出入口压差变送器，可以通过伯努利方程粗略计算不同工况下的流量变化。从而分析单台泵运行时四列水室相对三列水室时的流量区别，得出初步结论[8]。
根据伯努利方程，忽略位差（H1=H2），二次滤网出入口流速认为不变，则△P=KV2，若流过每个二次滤网的冷却水流量为Q，则有。而压差Δp是已知的，我们可以查询不同工况下的压差，从而定性的分析流量差别，得出以下结论。
单台CCW泵4列水室运行：
停运一台CCW泵前，凝汽器二次滤网的压差在12～13kPa左右，停运CCW后，压差在4～5kPa左右。
单列水室，冷却水流量大约下降至之前流量的60%，即流入凝汽器总流量变为原来的60%。
单台CCW泵来说，为之前的1.2倍。
单台CCW泵带3列水室运行：
查询PDS参数计算结果如下：（两台泵四列水室运行时压差取平均值大约13kPa，一台CCW泵带三列水室压差平均值约7.5kPa），同样的计算结果为：
对单列水室，隔离一列水室后流量约为之前的0.76倍;凝汽器总流量，为之前的0.57倍。
对于运行泵，流量上升为原来的1.14倍。
（3）单台CCW泵带4列水室与单台泵带3列水室流量对比。
运行的CCW泵在四列水室运行时流量偏大，较三列水室时多约5%～6%，较四列正常运行时多约20%。
结合以上流量分析，可以看出，对于凝汽器冷却水流量角度，若单台CCW泵四列凝汽器水室运行与三列凝汽器水室运行对比，流量变多，可以满足流量需求。另，以上参数在趋势图上看与海水潮位基本无关。
4.3 泵性能曲线分析
结合上述，单台CCW泵运行时，CCW泵的运行工况、运行参数能否满足自身要求，即不会对泵体产生损坏，成为能否带四列水室运行的关键。并且在海水潮位较低的情况下，由于净正吸入压头的减少，泵的运行参数变差明显，通过分析泵的性能曲线（原设计图），粗略得出该工况下最低潮位要求[9]。
可以发现，单台泵运行四列水室，扬程最小，功率最小，效率最低，汽蚀余量最高，与现场实际测量结果吻合。如果单台泵运行三列水室可以长期运行，那么若运行四列水室时海水潮位能保证三列水室的最低汽蚀余量，理论上泵也可以保持运行。
5 最终分析结论
结合以上分析，若在单台CCW泵短时停运情况下，不隔离一列凝汽器水室运行，需要海水潮位至少87.5m以上，那么短时运行就有时间限制。根据海水潮位的趋势图，海水潮位超过87.5m的时间间隔大约为6h。因此，在计划性的功率运行期间，在海水潮位高于87.5m时停运一台CCW泵，并且能够在6h内重新启动，可以不隔离一列凝汽器，保持单台CCW泵及四列凝汽器水室运行。
参考文献
[1] 98-71200-DM-000Primary Heat Transport System Design Manual（秦山三核系统设计手册）.
[2] 98-71200-9022-MM-Pump Installation， Operationand Maintenance Manual（海水冷却循环泵安装、运行和维修手册）.
[3] 98-71200/42130-OM-001 Condenser Circulating Water System（凝汽器循环水系统运行手册）.
[4] HQ-7-71200 Condenser Circulating WaterSystem（Gentilly-2电厂系统培训教材）.
[5] 胡琨，张鹏，李莹莹.闭式循环冷却水泵节能驱动系统[J].南方能源建设，2017，4（S1）：52-55.
[6] 陈宗贺.混流泵启动过程瞬态空化特性数值模拟与试验研究[D].镇江：江苏大学，2018.
[7] 马凌凌.混流泵启动过程模型预测与瞬态特性的研究[D].镇江：江苏大学，2020.
[8] 李伟，马凌凌，施卫东，等.混流泵启动过程进口流动特性的数值模拟[J].中国机械工程，2020（6）：30.
[9] 靳晓乐，郑广新，刘伟.某核电厂辅助冷却水泵电机振动故障诊断[J].噪声与振动控制，2020，40（6）：140-143，152.