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三门核电一期

工程

路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理

板框式旋转滤网选型浅析

 

 

Summary：板框式旋转滤网是三门核电循环冷却水的主要过滤设备，用于清除循环冷却水中的水生生物及杂物，为机组的稳定运行提供有力保证。板框式旋转滤网有不同的种类，选择适合的旋转滤网，对核电站至关重要。文章介绍了板框式旋转滤网的分类和特点，对三门核电是如何选择旋转滤网进行了分析，并探讨了三门核电板框式旋转滤网的一些主要

的确定，旨在加强对板框式旋转滤网的认知。

Key：核电工程；板框式旋转滤网；无框架型；冲洗水量；电机功率

：TM621：A ：1009-2374（2014）21-0059-04

1概述

三门核电站是全球首台采用AP1000技术的核电站，三门核电站的建设将为中国采用AP1000技术的核电站提供宝贵的经验。三门核电站利用三门湾海水作为最终冷源来冷却凝汽器（凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的装置）。海水在作为冷却水之前，需要过滤掉海水中的水生生物和杂物，防止设备堵塞，所以海水过滤系统是核电站可靠运行的重要安全屏障，是核电站重要的辅助系统。核电站海水过滤系统由粗格栅、闸门、细格栅、滤网和滤网清洗装置构成。其中滤网是对海水最主要的过滤装置。滤网分为鼓型滤网和板框式旋转滤网。鼓型滤网外形尺寸较大，设备重量大，需要更大的土地面积，以及更复杂的土建基础。板框式旋转滤网有占地面积小，土建费用低，设备加工制作相对简单的优势。鼓型滤网和板框式旋转滤网在国内的其他一些核电机组都是有成功的使用经验的。主要由于地理因素，三门核电站没有选用鼓型滤网，而选用了板框式旋转滤网。板框式旋转滤网按进水方式分为正面进水和侧面进水型。侧面进水型又分为内进外出与外进内出两种。板框式旋转滤网按水室结构分为有框架和无框架。如何选择一种适合三门核电站运行的板框式旋转滤网是非常重要的，也是有一定难度的。本文主要对比介绍了不同类型的板框式旋转滤网的特点，说明三门核电是如何选择侧面进水型（外进内出）全框架式旋转滤网的，以及三门核电旋转滤网的一些主要参数的确定。

2旋转滤网简介

2.1用途

板框式旋转滤网一般安装在原水（海水、淡水）取水口，用于连续、高效地拦截及去除原水中的水生生物及杂物，为循环冷却水系统中的主要拦污设备，可以有效地保护水泵、热交换器，以及其他关键设备。板框式旋转滤网主要应用于核电站和火力发电站，作为一级处理及水泵保护设备。

2.2结构特点及工作原理

板框式旋转滤网通常由上部机架及罩壳、主轴装配、传动系统、框架与轨道、链条与网板、冲洗系统、过载保护装置、链条伸长报警装置及电气控制等部分组成。通常，网片采用编织网（或冲孔网），用螺栓固定在网框上，网框的两端通过螺栓连接在两条重载传动链上，相邻链条间装有滚轮、销轴及轴套，滚轮在框架上的轨道上运行。框架分节制造，以便于运输及安装。

网板与框架之间的密封通常是通过链条网板侧的弧形密封板来实现。在网孔尺寸较小的滤网中可采用接触密封。靠近后水室墙侧的框架上通常装有密封板，可与后水室墙上的密封角钢形成有效密封。

旋转滤网的驱动形式通常有两种：一种是由轴装式减速机驱动。通常采用双绕组双速电机。在小型滤网中也可采用单速电机。两级蜗轮蜗杆减速器直接安装在滤网主轴上。滑动支座可将力矩转移到顶部框架或平台上；另一种是电机输出的动力通过行星摆线针轮减速机和链传动的方式传输给主轴。

当滤网旋转时，在网板外收集的污物被提升到操作平台上，并被冲洗到排污槽或排水沟中。

2.3分类及对比

旋转滤网按进水方式分为正面进水和侧面进水型。侧面进水型又分为内进外出与外进内出两种。旋转滤网按水室结构分为有框架和无框架。

图1正面进水型 图2网外进水

网内出水型 图3网内进水

网外出水型

2.3.1正面进水型与侧面进水型板框式旋转滤网的比较。

所谓的“污物夹带”问题：

对于“正面进水”型旋转滤网。污水由单侧垂直网面进入滤网网室，然后直接通过另一侧网面流出网室。由于不可能对污物100%冲洗干净，同时也可能存在着冲洗水系统中冲洗喷嘴的间或阻塞，这就使“污物夹带”成为一个事实。此种结构在过滤的过程中将污物带到净水一侧的现象严重。为了更好地去除污物，有时不得不在正面进水型板框滤网的下级侧加设冲洗设备。

对于侧面进水型旋转滤网。污水由外而内（由内而外）从两侧（中间）网面进入网室，再由一端（两侧网面）的出水口流出网室。污物被拦截在网室外侧（内侧），集污槽设在网室的外侧（内侧）。冲洗水系统设在网室的内侧（外侧）。网板的污物收集侧始终处于进水室中。冲洗系统没有去除的污物不会被携带入过滤后的干净水中。该种形式基本无“污物夹带”现象。

2.3.2内进外出与外进内出型的比较。

2 内进外出与外进内出型的优缺点对比

优点 缺点

内进外出型 所需的冲洗水压力小，对冲洗水泵的要求较低。 1.集污结构设置在网室内侧，观察不方便；

2.污物易堆积在滤网内部，不便于对污物的清洗。

外进内出型 被截留的污物更容易清除和检查。 所需的冲洗水压力较大，对冲洗水泵要求较高。

2.3.3 无框架与全框架式旋转滤网的比较。

表3 无框架与全框架式旋转滤网优缺点对比

优点 缺点

无框架 1.有效过水面积较大；

2.成本较低。 1.名义宽度3m以上的无框架旋转滤网的网框承载能力较差；

2.对土建施工质量要求较高；

3.不便于维修。

全框架 1.名义宽度3m以上的全框架旋转滤网的网框承载能力较好；

2.安装及维护简单；

3.水室渠道的设计减少了土建施工量，无需精确调整已预埋的部件。 1.有效过水面积较小；

2.成本较高。

3三门核电旋转滤网的选型

三门核电一期工程2×1250MW机组循环冷却水系统采用海水直流供水系统，每台1250MW机组配两台循环水泵，每台循泵配两个进水流道，每个进水流道内各设置1台旋转滤网，一期工程共8台。旋转滤网布置在循泵房露天的进水间内，用以清除水源中较小污物。每两台滤网配一台冲洗水泵，设在旋网后侧，直接从进水流道中吸水升压后供旋网冲洗用。正常工作时，循泵房无人值班，定期巡视检查，旋转滤网及冲洗水泵根据旋网前后水位差信号自动运行或定时运行，也可由机组DCS（分散控制）系统和就地控制箱人工操作，所有运行状态、报警信号均可通过DCS系统集中监控。旋转滤网前设有直立式拦污栅，用以清除水源中粗大污物，拦污栅前设有液压钢闸门供

用。

3.1正面进水和侧面进水的选择

在板框滤网后受保护的设备的造价都十分昂贵，且核电站每天的产出是巨额的。一旦板框滤网保护失效，损失将十分惨重，因此板框滤网设计的最初目的就是有效去除可能到达泵、冷凝器、热交换器及其他重要设备的污物。前述已提到正面进水型旋转滤网存在“污物夹带”问题，污物可直接进入滤网下游侧，易对下游设备造成堵塞。而侧面进水型旋转滤网污物与净水始终被隔离在网片两侧，基本不存在“污物夹带”问题。

三门核电一期工程循泵房操作平台标高为+10.80m，滤网腔室底标高-17.62m，设计低水位为-6.825m，设计最大过水量为19.42m3/s。经计算，如采用正面进水式旋转滤网，滤网的名义宽度将达到6m左右。对于结构尺寸又宽又长的板框滤网，受设计水位差的限制，其结构尺寸的增大（重量随之增大）将严重加大滤网正常的损耗率。同时，其驱动电机功率也急剧增大，不利于旋转滤网的平稳运转（尤其是在高速运行状态下）。如采用侧面进水型旋转滤网，滤网名义宽度达到3.5m即可满足设计要求，同时相关的滤网驱动电机功率、水泵电机功率、流量等参数的选取均较正面进水型旋转滤网低很多，性价比较高。

endprint

综合分析，侧面进水式旋转滤网在安全性能和经济上更具竞争力。因此，三门核电选择了侧面进水式旋转滤网。

3.2网内进水网外出水型与网外进水网内出水型旋转滤网的选择

采用侧面进水式旋转滤网，许多重的污物可能穿过滤网前的格栅进入滤网间，既不能被网板收集，也不能由捞污斗提升到地面。如果采用网内进水网外出水型板框滤网，污物堆积在滤网内部，牵涉到进入滤网内侧进行污物清洗，需在滤网内部加设检修梯子、平台，以克服上述问题。而采用网外进水网内出水型板框滤网，污物积留在水室中（滤网外侧），并不干涉滤网的运行。同时，与网外进水网内出水型板框滤网相比，网内进水网外出水型板框滤网的污物更易卷入链条及密封装置中。

如果采用网内进水网外出水型板框滤网，污水以较高的流速进入滤网内部，易在滤网内形成涡流，降低了过滤效率。悬浮污物对链条、网板产生冲击，易造成磨损。同时，在出水口处易引起涡流，需提供更长的渠道，增加了土建施工量。而采用网外进水网内出水型板框滤网，尽管通过出水口的流速较高，但其出水口后有相对平稳的渠道，在抵达泵及其下游设备时，速度已下降。

此外，由于圆弧啮合式网框强度及刚度性能较强，因此采用了圆弧啮合式网框。目前这种网框在外进内出型旋网上应用的最为广泛。

综上，三门核电选择旋网的进水方式为外进内出型。

3.3无框架型与全框架型的选择

三门核电旋转滤网的工作介质为海水，大修周期为4年，其使用寿命要求不低于30年。由于旋转滤网的轨道长期浸泡在海水中，随着海水潮位的涨落，轨道始终处于干湿交替变化的状态，轨道的防腐性能要求较高。同时，链条滚轮在轨道上运行对轨道会产生一定的磨蚀。综合考虑腐蚀和磨蚀两个因素，如果采用无框架式，轨道直接二次预埋在基础中，在60年使用周期中一旦出现损坏或腐蚀，只能停机更换轨道，费时较长（需拆除轨道、清理水室、更换新轨道、校直、灌浆、固定等）。而采用全框架式，一旦轨道出现破坏或腐蚀，可将全框架式滤网分节或整机吊出水室进行维修或更换，重新安装时可一步到位，无需二次灌浆，十分便捷。此外，在土建施工和安装方面，对于无框架式旋转滤网，链轮轨道直接安装在基础墙上，需要上游侧的土建基础墙的尺寸十分精确，以确保轨道的正确安装，同时在安装和装配时需十分小心和仔细，以确保轨道间距离及轨道的直线度符合设计的要求。在轨道安装结束后还需现场校对主轴装配及驱动机构。而全框架式旋转滤网的轨道在出厂前已在制造厂内进行了校对、检查，同时主轴装配及驱动机构部分全部装配在顶部框架中，已在制造厂内经过精确调整，因此在现场的安装相对简单。

因此，从核电厂的安全连续运行及施工角度考虑，三门核电选择了全框架式旋转滤网。

综上分析，三门核电选择的是全框架侧面进水型板框式旋转滤网，水流为网外进水网内出水，型号为XKC3500。该旋转滤网主要由框架（包括上、中、下段）、链条与网板、驱动与传动系统、冲洗管路、安全保险装置等部分组成。受电机驱动，运输链条带动用螺栓与之相连接的网板，作自下而上的移动。利用网板拦截网前水流中的污物，提到地面（零米层）以上，污物靠自重下落和压力冲洗，将网板上的污物冲入冲渣槽内，从而达到过滤水质的目的。

图4三门核电旋转滤网结构示意图

4三门核电旋转滤网主要参数及特性

4.1三门核电XKC3500旋转滤网参数简介

表4 三门核电XKC3500旋转滤网参数简介

序号 名称 单位 数值

1 名义尺寸 mm 3500

2 最大深度 m 28.42

3 网孔净尺寸 mm 2 6.3×6.3

4 网板上升速度 m/min 3.76/1.88

5 设计过网流速（100%清洁） m/s 0.8

6 运行启动水位差 mm 200

7 报警水位差 mm 400

8 网板设计允许水位差 mm 1500

9 每米淹没深度过水流量 m3/s 2.15

10 电机功率 KW 5/7.5

11 一台滤网冲洗水量 m3/h 180

4.2电机功率的确定

在最高设计水位下，当水位差600mm时，经计算提升网板所需圆周力P=102.1kN（由于这里主要说明的是电机功率的计算过程，该圆周力的计算过程在此不作表述）。网板以3.76m/min（0.063m/s）高速上升时，所需的电机功率；网板以1.88m/min（0.031m/s）低速上升时，所需的电机功率。

因此，设备制造厂选择的5/7.5kW的电机功率应该是满足要求的。

4.3一台滤网冲洗水量的确定

计算公式为Q=CdA

式中：

Cd——孔口流量系数，一般为0.54～0.71

A——孔口面积（m2），约0.002m2

H——喷口处的水头（m），50m

则：Q=0.71×0.002×=0.045m3/s=162m3/h

因此，设备制造厂选择的180m3/h的冲洗水量应该是满足要求的。

4.4设备材料选择

框架及导轨采用的材料是316L。设备制造厂送316L和3Cr13样品给某材料研究所进行耐人造海水、中性盐雾腐蚀性能测试。经检验分析得出结论：316L耐蚀性较好，在阳极极化曲线部分均出现明显的钝化区间，抑制了电化学腐蚀过程；3Cr13耐蚀性较差，腐蚀电位偏低，在阳极极化曲线部分未出现明显的钝化区间。

4.5设备的主要特性

4.5.1将上部链轮组中的传动链条的型号由通常的20A改为32A，以增大链条的拉伸载荷。

4.5.2由于在海水中，3Cr13相对耐腐蚀性较差，链条部分的销轴材质由3Cr13改为316L。

4.5.3在网板的中部设置中道滚轮组，使网板的跨距变小，增强网板的设计强度及刚度。

4.5.4在链条松动报警装置拉杆上增设保护套，以防止旋网进水侧由于水流的冲击而产生误报警。

5结语

三门核电目前正在建设中，尚未并网发电。因此在三门核电，这种侧面进水型（外进内出）全框架式旋转滤网的使用效果还没有得到验证。但是，这种侧面进水型（外进内出）全框架式旋转滤网在国内的一些核电机组是有成功的先例的，其中包括秦山和田湾核电的某些机组，并且其主要参数是经过严格计算确定的。因此，有理由相信这种侧面进水型（外进内出）全框架式旋转滤网将在三门核电将发挥稳定作用。

Reference

[1]DL/T458-1999板框式旋转滤网[S]．

[2]沈岳良．采用侧面进水技术旋转滤网在循环水恶劣工况下的应用[A