核電主泵停機(jī)密封調(diào)試及改進(jìn)研究

蔡茂生++郝祥偉

摘 要：本文主要介紹了某核電廠核主泵停機(jī)密封的主要結(jié)構(gòu)、組成以及調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，針對調(diào)試中遇到的問題做了簡要分析，并對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)研究，最終解決了問題，為核主泵的安全運行提供了保障。

關(guān)鍵詞：核主泵；機(jī)械密封；停機(jī)密封；調(diào)試

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0179-01

1 概述

國內(nèi)某核電廠核主泵采用了奧地利ANDRITZ廠家的產(chǎn)品，ANDRITZ 核主泵其中不同于其他商家產(chǎn)品的特點之一是設(shè)計了停機(jī)密封組件。停機(jī)密封是一種特別形狀的活塞，通過一套充氣和排氣裝置來實現(xiàn)其功能，其主要作用是當(dāng)機(jī)械密封發(fā)生損壞或者嚴(yán)重的注入水故障，停機(jī)密封作為最后的屏障，起到防止核反應(yīng)堆冷卻劑泄漏的作用，而在核主泵正常運行時，停機(jī)密封由設(shè)置的彈簧來保持開啟位置。

2 停機(jī)密封的工作原理

停機(jī)密封安裝在核主泵的第3級機(jī)械密封之上，與核主泵低壓泄漏管線隔離閥、高壓泄漏管線隔離閥、以及軸封水注入管線上的隔離閥相配合操控：停機(jī)密封的投運是靠氮氣釋放閥關(guān)閉，供應(yīng)管線電磁閥開啟，通過氮氣供應(yīng)系統(tǒng)（RAZ）引入壓力為0.7MPa的氮氣來實現(xiàn)的；如果核主泵第3級密封發(fā)生嚴(yán)重的故障時，在核主泵的轉(zhuǎn)子停運后，需把停機(jī)密封投運，把各主泵機(jī)封組件管線上的電動閥關(guān)閉，一回路內(nèi)部水壓往關(guān)閉方向作用于停機(jī)密封上，停機(jī)密封上的活塞向上移動，直到活塞中的O型環(huán)壓住泵轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器的下半部，這樣就能避免一回路冷卻劑從核主泵流出，防止了因其機(jī)械密封損壞而導(dǎo)致LOCA（失水事故）事故的發(fā)生。

在核主泵啟動前，退出核主泵停機(jī)密封，在低壓泄漏管線投運的情況下，通過先關(guān)閉其氮氣供應(yīng)閥，再打開其氮氣釋放閥來實現(xiàn)。

3 停機(jī)密封試驗分析

3.1 通道試驗

首先對停機(jī)密封組件上的各設(shè)備的動力和控制回路的電纜接線進(jìn)行驗證。

3.2 邏輯控制通道試驗

確保邊界隔離完整和可控的情況下，通過以下兩個階段進(jìn)行測試：

1）電動閥門在試驗位置進(jìn)行模擬操作進(jìn)行邏輯控制回路驗證；2）電動閥在送電位置對閥門進(jìn)行單體試驗。

3.3 核主泵停機(jī)密封在氮氣釋放管線未改造時功能驗證

3.3.1 試驗情況

初始條件：RAZ系統(tǒng)壓力0.7MPa，核主泵停運，核主泵低壓泄漏隔離閥關(guān)閉，停機(jī)密封氮氣釋放閥關(guān)閉，供氣閥開啟，確認(rèn)核主泵停機(jī)密封關(guān)閉，停機(jī)密封氮氣釋放管線下游連接至下游RPE（核島疏水排氣系統(tǒng)）系統(tǒng)。

試驗過程：打開核主泵低壓泄漏隔離閥，關(guān)閉氮氣供氣閥，打開氮氣釋放閥，測量停機(jī)密封開度。

試驗結(jié)果：停機(jī)密封并沒有開啟。

3.3.2 原因分析

經(jīng)過逐一檢查和分析，發(fā)現(xiàn)是由于停機(jī)密封氮氣釋放閥下游管線連接至下游RPE系統(tǒng)，存在下游排氣不暢，憋壓所致，所以需要對氮氣釋放管線進(jìn)行對空改造。

4 核主泵停機(jī)密封在氮氣釋放管線改造后功能驗證

4.1 試驗情況

初始條件：氮氣釋放管線下游排空；RAZ系統(tǒng)壓力0.7MPa；核主泵停運，停機(jī)密封已切除。

試驗過程：

打開核主泵低壓泄漏隔離閥，關(guān)閉氮氣供氣閥，打開氮氣釋放閥，測量停機(jī)密封開度。

打開電磁閥，模擬供氣閥“失電開”狀態(tài)，測量停機(jī)密封開度。

試驗結(jié)果：1-2秒時全部打開，3-4秒內(nèi)回落到50%，5秒以后全關(guān)。

4.2 原因分析

此次試驗結(jié)果與下游管線接RPE不同，當(dāng)?shù)獨忉尫殴芫€與RPE連接時，停機(jī)密封持續(xù)投運，而下游排空時，停機(jī)密封先投運，穩(wěn)定后處于切除狀態(tài)。這說明，下游管線的排空有利于氮氣的順利釋放，如果連RPE將造成停機(jī)密封的持續(xù)保壓。

本次試驗中，前兩秒停機(jī)密封全投運，原因為氮氣閥開啟瞬間，RAZ系統(tǒng)壓力大、流量大，導(dǎo)致釋放閥的節(jié)流減壓作用明顯，造成停機(jī)密封投運。

4秒后，即使有持續(xù)的氮氣流也未能頂開停機(jī)密封，說明排空穩(wěn)定情況下RAZ系統(tǒng)的氮氣流量不足以使停機(jī)密封誤投運。也說明釋放管線排空有利于避免停機(jī)密封誤投運。

5 核主泵停機(jī)密封功能安全運行改進(jìn)研究

核主泵停機(jī)密封供給閥是電磁閥，上游電源來自LNE（220V交流不間斷供電系統(tǒng)），核主泵停機(jī)密封氮氣供應(yīng)閥存在失電或意外故障開啟的情況，所以為了避免這種意外的發(fā)生致使停機(jī)密封在核主泵運轉(zhuǎn)時誤投的風(fēng)險，實施以下改造方案：

（1）停機(jī)密封釋放管線排空的方案。

（2）在氮氣供氣管線上靠近停機(jī)密封的位置設(shè)置節(jié)流孔板，保證在電磁閥開啟瞬間降低氮氣釋放流量，避免出現(xiàn)誤投現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場管線布置情況，氮氣供氣管線法蘭連接位置增一個直徑4mm、厚度2mm的節(jié)流孔板。

（3）改造后試驗結(jié)果。

停機(jī)密封正常投運和退出時，功能正常；在停機(jī)密封切除情況下對氮氣供氣閥意外開啟試驗，試驗結(jié)果是停機(jī)密封沒有投運，滿足要求。

6 結(jié)語

在核主泵正常運行中，核主泵停機(jī)密封處在退出狀態(tài)，經(jīng)過在氮氣釋放管線排空和氮氣供應(yīng)管線上增加合適的節(jié)流孔板改進(jìn)后，停機(jī)密封既能滿足核主泵停運后正常投運，又能避免由于氮氣釋放閥的意外開啟而在正常運行工況下被損壞的風(fēng)險，此次改進(jìn)，并沒有改變原有管線的壓力邊界完整性，并經(jīng)過了首臺機(jī)組的兩個換了周期的驗證，結(jié)果滿足核主泵的安全運行。

參考文獻(xiàn)

[1]朱繼洲.核反應(yīng)堆安全分析[M].北京：原子能出版社，1998：108-196.

[2]蔡龍，張麗平.淺談壓水堆核電站主泵[J].水泵技術(shù)，2007（4）：1-9.