滨海电厂取水泵房滤水设备布置研究

2012-02-09周保卫周金全

综合智慧能源 2012年6期

周保卫，周金全

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100035)

0 引言

滨海核电站、火电厂抽取海水为电厂设备提供冷却水。由于取水海域海洋水文水质和外界环境因素，如潮位、波浪、泥沙、树枝、海洋生物和各种悬浮物等条件的不同，会给取水泵房滤水设备和电厂运行管理带来不同程度的影响，也会影响到取水提升泵、常规岛汽轮机凝汽器和核岛设备热交换器的安全运行。

1 取水泵房滤水设备类型

1.1 粗格栅

粗格栅主要用于拦截海域内大块的树木、杂草和漂浮物。通常滨海电厂取水头部布置在海床淹没式进水管渠进口，有卧式取水头部和竖向塔式进水窗口。由于这种粗格栅淹没在水下，清理比较困难，一般栅距为150～300 mm，直接在海边布置的开敞式取水泵房粗格栅的栅距也为150～300 mm。粗格栅一般由金属矩形栅条和支撑框架焊接而成，可以利用导槽进行上、下操作。如果海边进水渠道或港池内设有80mm×80mm的拦污网，可不设这道粗格栅，比如大亚湾和岭澳一期、二期核电厂以及黄骅、威海等火电厂取水渠道前段均设置一两道80 mm×80 mm拦污网，定期清理截留的杂物和海生物，效果较好。

1.2 细格栅和格栅除污机

1.2.1 细格栅

细格栅主要用于拦截较小的漂浮物和杂物，栅距为50～100 mm(通常选用50 mm)。格栅清污机以从底部向上提升的方式清除截留在细格栅上的水草、杂物等悬浮物，为后续处理工序的正常运行创造条件。

1.2.2 格栅清污机

格栅清污机目前常用的有固定式和移动式2种，一般根据取水泵房进水间的深度、基建投资和操作管理等条件确定。

1.2.2.1 固定式格栅清污机

固定式格栅清污机主要通过轴装式减速电动机驱动，垂直90°布置，清污耙由缠绕在升降传动机构主轴上的钢丝绳控制，1台固定式格栅清污机只能清除1个格栅上拦截的杂物。目前，滨海电厂大型取水泵房大多采用固定式格栅清污机。

1.2.2.2 移动式格栅清污机

移动式格栅清污机上装有行走机构，车轮沿地面上的轨道行走，倾角为70°～80°。1台移动式格栅清污机可按设计要求清除多台格栅上拦截的杂物，但在实际运行中有时需要人工辅助操作。

1.3 鼓形旋转滤网和板框滤网

细滤网主要用于截留前面细格栅不能拦截的更细小的悬浮物、水草、海生物等杂物。这种细滤网主要有鼓形旋转滤网和板框滤网2种。

1.3.1 鼓形旋转滤网

鼓形旋转滤网(以下简称鼓网)是核电站、火电厂大型取水泵房的重要滤水设备。这种滤网具有过水容量大、密封性能好、运行可靠、维护检修方便等优点。进、出水方式可设计为网内、网外出水和单侧、双侧布置方式。目前，世界上最大的鼓网直径24 m，宽8 m，所以常被滨海核电站和火电厂的取水工程作为主要滤水装置，普遍使用于法国、英国、芬兰、中国等国家的取水泵房中。

1.3.2 板框滤网

板框滤网是火电厂、核电站、冶金化工行业和城市供水等系统中采用的滤水设备。1台板框滤网由30～108块网板组成。它由驱动装置带动拦污网板沿一定轨道旋转，从而把水中直径大于网孔的污物捞出水面。网孔尺寸为4 mm×4 mm到10 mm×10 mm，有正面、网内和网外3种进水方式。板框滤网占地面积小，质量较小，运行基本可靠，可手动和自动控制;其深度一般为30 m，个别可达40 m;宽度一般为1.5，2.0，3.0，4.0m，甚至5.0 ～6.0m。但由于其运动部件较多，容易磨损，维修工作量较大。这种滤网较多应用于美国、俄罗斯、日本等国家，国内火电厂基本上都采用此种滤网，应用于国内核电站的主要项目有秦山一期、三期(美国供货)和田湾#1，#2机组(原苏联供货，现已国产化重建)。需要注意的是，宽度为5.0 m的国产板框滤网在使用中会产生变形卡塞，应增加其框架结构的强度。

2 鼓网的布置形式和设计要求

2.1 鼓网的构造

鼓网主要由驱动装置、主轴、鼓形骨架、密封系统、润滑和冲洗装置以及自动控制等部分组成。鼓网结构透视图如图1所示。驱动装置由电动机连接至减速器，减速器的输出轴则通过安全联轴器与传动轴连接，传动轴的另一端安装主动小齿轮并与鼓形骨架上齿圈啮合。当滤网上的污物转动到上部某一点后开始对其进行冲洗;喷洗管上有2排喷嘴，污物和水通过排污槽排出;鼓网的网板固定在圆周框架上，网板之间没有相对运动，不需要留有间隙。一般情况下，网板不会因水位差过大而损坏。

图1 鼓形滤网结构透视图

2.2 鼓网的特点

鼓网相比板框滤网主要具有以下优点。

(1)鼓网的旋转速度随着污物积累程度而变化。目前，国内、外鼓网旋转速度有2种规格:2.5，10.0 和20.0 m/min;5.0 和 15.0 m/min。根据国内核电厂鼓网运行情况，一般采用5.0 m/min和15.0 m/min 2档转速运行效果较好，与3档转速时相比可减少双速电动机的数量。鼓网的旋转速度控制一般由滤网前、后水位差决定。当网板上的污物积聚过多致水位差大于0.3 m时，向中央控制室输出报警信号。

(2)鼓网的转动与静止部分的密封为胶皮密封，一般采用氯丁橡胶软片与不锈钢预埋件，接触缝隙较小，密封性能较好。

(3)鼓形骨架和主轴采用加牺牲阳极或外加电流保护装置(一般以牺牲阳极做法居多)的方式来延长其使用寿命。

(4)鼓网整体性好，强度高，安全可靠。但需要注意的是，安全厂用水系统的鼓网需经过抗震计算并满足核三级要求。

(5)鼓网正常运行转速低，运行平稳，维修工作量少，维护费用低。

鼓网的缺点是占地面积较大，一次投资也较大，可在使用中通过减少维护和运行费用来弥补该缺点。

2.3 鼓网选型比较

鼓网分网内和网外进水2种形式，这2种鼓网各有其特点，其平面、剖面布置如图2、图3所示。鼓网选型比较见表1。目前国内核电站、火电厂中鼓网一般选用双侧网内进水，单侧网外出水的形式。

2.4 鼓网设计参数

表1 网内进水和网外进水2种鼓网的比较

鼓网宽度计算公式为式中:bw为鼓网有效宽度，m;qV为设计流量，m3/s;L1为滤网淹没弧长，m;ηs为滤网结构效率，0.850～0.930(一般取0.918);ηm为网孔效率，0.380 ～0.510(一般取0.496);v为过网流速，0.4 ～0.6m/s。

鼓网实际宽度:bs=bw+边宽+齿宽(边宽+齿宽一般取0.7 ～1.2 m)。

双侧网内进水单侧网外出水形式的鼓网设计流量见表2。

3 鼓网的应用实例分析

在国内外滨海核电厂和火电厂工程中，因循环冷却水量大，运行维护要求高，越来越多地在取水泵房进水间选用鼓网。国内已用鼓网的工程主要有:广东大亚湾，岭澳一期、二期核电工程，秦山核电二期和二期扩建工程，香港青山火电A，B厂和广东珠海火电厂等。以上这些工程投产至今最长的已经运行25年，运行正常，效果良好。

目前，国内在建的核电站，如浙江省秦山地区的方家山，辽宁省的红沿河，福建省的福清、宁德，广东省的阳江、台山，山东省的海阳，海南省的昌江，广西的防城港等10余个滨海核电站都采用大型鼓网。随着我国滨海核电厂的大量兴建，该滤水设备会有更好的发展前景。

3.1 鼓网的布置形式

鼓网有2种布置形式:一种是以英国为代表的双侧网内进水，单侧网外出水，目前国内滨海核电站和火电厂基本采用此种形式，如秦山二期和岭澳一期、二期工程等;另一种是以法国为代表的单侧网外进水，双侧网内出水，如广东大亚湾核电厂取水泵房滤网的布置。

3.2 国内核电站鼓网主要设计数据

鼓网主要设计数据见表3。

3.3 鼓网工程实例分析

(1)鼓网安全等级。滨海核电厂冷却水分为常规岛循环冷却水和核岛安全厂用水2个系统。循环冷却水系统鼓网为无核级，按火电厂常规设备考虑。安全厂用水系统鼓网为抗震一类，按核三级考虑。当循环冷却水和安全厂用水分开布置时，鼓网设备按上述2种级别考虑;如果循环冷却水和安全厂用水为混合取水系统，鼓网设备则按核三级考虑。鼓网设备安全等级见表4。

(2)海水含沙量高时鼓网的设置。秦山核电厂所处杭州湾海域含沙量高达6～8 kg/m3，秦山核电二期工程循环水量与安全厂用水量相差15倍。当循环水系统停运后，安全厂用水系统鼓网会发生泥沙严重淤积，采取的主要措施是:

表2 双侧网内进水单侧网外出水单位宽度的鼓网流量

表3 国内滨海核电厂鼓网主要设计数据

表4 鼓网设备安全等级

1)将循环冷却水系统和安全厂用水系统鼓网分别设置，布置2套系统。

2)安全厂用水系统鼓网采取单面布置，只考虑一面进水，另一面与墙面密封。这种布置形式已在秦山核电二期工程实际应用，使用效果良好，其现场鼓网照片如图4所示。

图4 秦山核电二期工程鼓网现场照片

(3)在南方地区，为节省取水泵房进水间滤水设备上部的土建造价，可将进水间滤水设备顶部采用露天布置，起吊设备采用门式起重机。为保证安全厂用水系统的可靠运行，鼓网土建工程按抗震1A级要求，局部采用钢筋混凝土加盖措施，如广东省岭澳一期、二期工程都采用这种布置形式。

(4)鼓网尺寸计算按2种情况考虑:

1)当常规岛循环冷却水和核岛安全厂用水系统分别设置时，鼓网的直径和宽度按低潮位和低低潮位2种标准计算。

2)当常规岛循环冷却水和核岛安全厂用水系统为混合取水时，先按循环冷却水低潮位标准计算鼓网直径和宽度，再按安全厂用水低低潮位进行复核。鼓网竖向布置一般高出操作平台1.5～2.0 m，用于观察鼓网的运行情况，同时便于网板检修和防腐处理。

(5)鼓网设计数据选择主要根据国内、外鼓网运行数据确定。鼓网直径一般为15～22 m，宽度为5～7 m(安全厂用水系统鼓网除外)，过网流速一般采用0.4 ～ 0.6 m/s。鼓网转速 2 档为 5.0，15.0 m/min，3 档转速为2.5，10.0，20.0 m/min;网孔尺寸(均为冲孔):常规岛循环水为ø 4.0 mm，核岛安全厂用水为ø 3.0mm ，混合取水为ø 3.0mm。鼓网弧形底部与池底距离一般为1.5～2.0 m，流速控制在0.5 ～1.0 m/s，防止流槽泥沙淤积。

(6)为加强鼓网整体的稳定性和结构刚度，当鼓网直径≥15 m、宽度≥5 m时，鼓网骨架应将单菱形辐条改为双菱形辐条。秦山核电二期和二期扩建工程、方家山工程都采用这种形式。根据国内、外鼓网运行经验，鼓网骨架和主轴应采用加牺牲阳极或外加电流保护装置(通常采用牺牲阳极)，以达到延长使用寿命的目的。