球形自动反冲洗管道过滤器在核电站海水冷却系统中的应用

韩 伟，支凤春，唐 明

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

1 海水冷却系统及存在的问题

沿海电站尤其是核电站通常利用海水作为系统和设备的最终冷源，其冷却对象一般包括汽轮机凝汽器、设备冷却水系统热交换器、通风系统冷却水热交换器等；主要用于冷却凝汽器使其产生背压推动汽轮机做功, 同时将各种设备和构筑物产生的热量最终带入大海。但是由于海洋生物、海洋垃圾的存在，容易造成这些物质随海水进入海水管道系统中，导致海水相关系统的换热器堵塞,严重时导致机组降低功率，影响系统设备的安全稳定运行；所以有必要采取措施避免这一现象，为机组的安全稳定运行保驾护航。

田湾核电站位于黄海之滨，由于温度适宜，海洋生物繁多，周围有数条河流汇入大海，导致海水中不可避免地带有一定的杂质。从现场海水入口处旋转滤网网面上的附着物来看，海生物主要有紫菜、虾、蟹、贝壳类等，海洋垃圾主要有塑料袋、塑料片和塑料纤维等，麦收季节还会有麦子秸秆。经过海水取水口后，其中一些杂质会顺流而下，到达电站现场。虽然旋转滤网可以起到阻碍作用，可是旋转滤网无论正面进水方式还是侧面进水方式，两侧和底部由于存在相对运动，难以完全密封，运行时间一长，常常会有较大尺寸的垃圾从网板间隙进入到清洁水室，并最终通过海水泵进入管道系统中。

从机组的实际运行看，杂质进入管道系统导致换热器不得不停运清洗的现象时有发生。尤其夏季，杂质更多，田湾核电站于2005年和2006年相继发生常规岛设备冷却水系统换热器PGB11/12/13AC001、真空泵设备冷却水系统换热器MAJ33/34/35AC001等被海水夹带杂物堵塞的事件。为避免换热器被堵塞，每隔几天就需要对换热器等设备进行人工清理和清洗，特别是夏季清理和清洗频率更高，如果处理不及时，会造成设备冷却水温度升高，影响受冷设备正常运行；堵塞还引起海水局部流速迅速提高，加重了冷却水系统热交换器的冲蚀，严重时导致换热器产生泄漏，迫使换热器隔离检修，更换备件，甚至停运相应的泵组。

过滤有效防止了海生物、海洋垃圾等污染物进入海水管道系统，为解决海水管道系统进入杂质导致换热器堵塞问题，以田湾核电站真空泵海水冷却系统自动反冲洗管道过滤器改造方案为例，介绍了自动反冲洗过滤器的设备选型、方案设计、应用情况和取得的良好效果。

2 自动反冲洗管道过滤器技术选型及方案特点

田湾核电站凝汽器采用美国NASH供货的水环式真空泵抽真空，真空泵承担着建立和保持汽轮机凝汽器的真空的重任，在建立真空、开始向凝汽器排蒸汽及汽轮机运行时真空泵一直不停地工作，有时需要同时投入3台真空泵。每台真空泵组都是两级水环式真空泵，并设有板式换热器、冷却水供应泵、气水分离器、管道和阀门等。真空泵的板式换热器靠海水进行冷却，海水夹带杂物进入真空泵海水冷却系统堵塞板式换热器的情况在机组运行期间时有发生，解决板式热交换器堵塞问题，避免海水夹带杂物影响真空泵的安全稳定运行成为本次改造的主要目的。

为此，田湾核电站制定了真空泵海水辅助冷却系统增加自动反冲洗管道过滤器的方案，情况如下：

经过分析调研、方案论证，结合系统空间相对狭小的管路特点，本次改造选择了TAPROGGE球形管道过滤器，管路流程见图1，现场安装见图2；其紧凑、球形的过滤器设计，使其安装具有最大的灵活性，特别适用于有限空间条件下的改造。它能在不中断液体流动的情况下分离液体中大量杂质和其他物质颗粒。

图2 田湾核电站PGE30过滤器改造现场图Fig. 2 On-site modification of PGE30 filter in TNPS

技术方案主要特点如下：

1) 过滤器采用球形壳体，直径小，两端接管尺寸按原系统管路特点确定，可以保证现场安装尺寸；设置一定尺寸的检查孔，入口端设置排污口；底部设置排水管道。

2) 过滤器壳体采用优质碳钢，内壁衬硬质橡胶，内部过流部件和滤网采用双相不锈钢，保证耐海水腐蚀；滤网分为多个可单独拆卸或更换的单元，采用螺栓固定；在局部破损的情况下，可以逐片更换；网芯可以承受超过200 kPa的压差，不会产生变形和损坏。

3) 每台过滤器的控制由就地控制柜完成，根据滤网压差值或设定的时间定值自动启动反冲洗，可以手动控制滤网冲洗和排污阀门的开启、关闭；控制柜有专用接口与DCS连接，滤网压差信号、压差高报警信号、过滤器运行状态等信号被送至主控室；主控室也可以远程控制过滤器的运行，控制性能良好。

4) 过滤器设置旁路管线，在旁路管线和过滤器的进出口共设置3台电动蝶阀，可以使过滤器在故障情况下，开启旁路管线，保证对下游换热器的可靠冷却。

5) 过滤器进出口电动蝶阀和过滤器旁路管线电动蝶阀由DCS进行控制，当过滤器产生压差过高报警时，旁路管道上的阀门可以自动开启；3台电动阀门设置连锁功能，当旁路阀门关闭时，不能关闭过滤器进出口阀门，或当过滤器进出口阀门关闭时，不能关闭旁路阀门。

3 与当前国内外同类过滤器的技术比较

其他型式过滤器在核电站也有应用，但过滤器往往体积较大、重量较重，如果在真空泵海水辅助冷却系统改造中采用其他型式过滤器，体积、重量都会有明显增加，并且使用维护不便，现场安装空间不足。与立式过滤器相比，球形自动反冲洗管道过滤器特别适用于紧凑的空间布局，其球形设计，能以较小的尺寸获得足够的通流面积。

田湾核电站1、2号机组真空泵海水冷却系统改造采用球形管道过滤器，该型过滤器在国内核电站属于率先正式投入使用，该过滤器性能可靠，尺寸较小、重量较轻，整体自动化程度高，适合狭小空间，减少了过滤器失效带来的风险；在改造实施和后续调试、运行的过程中，也充分证明了该型管道过滤器的优越性。

4 实施后的效果和应用前景

田湾核电站在2009年1、2号机组的第2次换料大修实施了真空泵海水冷却系统加装自动反冲洗过滤器的改造；投运近两年来，球形管道过滤器展现了它应有的优点，过滤器根据滤网前后压差值自动启动反冲洗，冲洗水排入外海，无需人工操作；过滤器的运行状态和有关报警参数送入主控室，运行人员可以很便利地进行过滤器状态监视；过滤器反冲洗水流量每次不超过总流量的5%，按照每小时运行一次（30 s）计算，反冲洗带走的水量不超过系统总水量的0.05%，对真空泵海水冷却系统的换热量基本没有影响；同时设置了过滤器旁路管道和阀门，在过滤器故障时，自动打开旁路阀门，保证真空泵海水冷却系统的冷却水供应。

2009年至2011年3月，采用球形自动反冲洗管道过滤器后，核电站没有再发生真空泵海水冷却系统换热器堵塞的事件；也没有因换热器堵塞导致非正常的解体清理和检修。减轻了维修的工作量，换热器年拆洗次数由原来的每年几十次降低到几次，也减少了维护费用和备品备件的更换费用。在1、2号机组大修期间时，对真空泵海水冷却系统海水换热器进行了解体检查，内部清洁，基本没有杂质；同时真空泵海水换热器钛板也没有发现冲蚀损坏的现象。

真空泵海水冷却系统加装球形自动反冲洗管道过滤器改造的实施，提高了核电站海水冷却系统的安全运行水平，保证了真空泵的性能和机组的正常运行，在夏季用电高峰时，保证了电力供应，对华东电网的稳定运行和社会经济发展做出了一定贡献。

在其他核电站或火电厂，冷却水源水质较差的地方，为保护下游设备安全，避免杂质进入管道系统，均可以在相应的管道安装此种管道自动反冲洗过滤器。