核電站冷卻水循環系統是保障反應堆安全運行的核心設施,其核心任務是通過有效熱交換帶走堆芯裂變產生的巨量熱能。傳統循環水泵雖能滿足基礎需求,但在異常工況適應性、系統冗余度及能效優化等方面面臨挑戰。水噴射泵憑借其無運動部件、抗氣蝕能力強、可實現混合流輸送等特性,在核電站冷卻水循環中展現出獨特優勢,成為提升系統可靠性與經濟性的關鍵技術之一。
一、技術原理
水噴射泵基于文丘里效應與動量交換原理,通過高速噴射的工作流體在喉管處形成負壓,抽吸并混合被輸送流體,在擴散段將動能轉化為壓力能完成輸送。其核心優勢在于:
無機械密封:消除傳統離心泵因軸封泄漏引發的輻射風險,特別適用于核島內高輻射區域的冷卻水輸送。
寬工況適應性:在低流量、高背壓或含氣工況下仍能穩定運行,有效應對核電站啟停階段或事故工況下的流量波動。
自吸能力:水噴射泵無需灌注引水即可啟動,在失電等緊急情況下可快速建立冷卻水循環。
二、典型應用場景
1.日常冷卻水循環優化
在壓水堆核電站中,水噴射泵常用于:在蒸汽發生器出口至凝汽器的管路上增設水噴射泵,利用主泵出口的高壓水抽吸凝汽器出口的低壓水(約0.05MPa),形成"壓力能回收循環",使二次側循環泵能耗降低18%。
海水取水防堵:針對沿海核電站常見的海洋生物附著問題,采用水噴射泵驅動的高壓水射流定期沖洗旋轉濾網,使濾網壓差波動范圍從±0.15MPa降至±0.03MPa,濾網清洗周期延長至3個月/次。
2.事故工況下的安全屏障
在福島核事故后,水噴射泵在應急冷卻系統中的應用得到強化:
余熱排出系統(PRHR):某三代核電技術采用水噴射泵構成非能動余熱排出回路,利用重力驅動的冷卻水通過噴射泵形成自然循環,在全廠失電情況下可在72小時內帶走堆芯衰變熱,滿足RCC-P標準中"72小時無外部干預"的安全要求。
安全殼噴淋系統:在高壓安全殼噴淋方案中,它將硼酸溶液與安全殼內蒸汽混合后噴射,通過強制對流強化傳熱,使安全殼壓力峰值從0.52MPa降至0.38MPa,延緩了安全殼完整性失效時間。
水噴射泵在核電站冷卻水循環中的應用,不僅是流體機械技術的創新突破,更是核安全文化與可持續發展理念的深度融合。從提升系統可靠性到降低全生命周期成本,從應對事故到服務能源轉型,這項"小設備"正發揮著"大作用"。隨著材料科學、智能控制等技術的持續進步,水噴射泵必將在構建安全、有效、綠色的核能體系中扮演更重要角色。