吉廣嬌

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116319)

0 引言

2019年3月25日，某電廠汽動(dòng)輔助給水泵汽側(cè)至下游消音器之間發(fā)出明顯的異音，起初聲音較大，無規(guī)律性閃發(fā)，隨后出現(xiàn)頻率增高，聲音較小，時(shí)間出現(xiàn)了規(guī)律性，并且異音期間泵振動(dòng)探頭呈間歇性波動(dòng)，最大波動(dòng)至5.18 mm/s(報(bào)警值7 mm/s)，且異音周期與振動(dòng)波動(dòng)周期吻合，經(jīng)查詢趨勢(shì)監(jiān)測(cè)對(duì)比其他機(jī)組設(shè)備是否存在類似問題，僅此臺(tái)設(shè)備存在此波動(dòng)現(xiàn)象，且自2018年初就有振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象。

由于故障現(xiàn)象較為特殊，一時(shí)間無法鎖定異音真正來源，現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)設(shè)備缺陷，檢查過程中聲音突然消失。在此檢查過程中，分析原因可能為水擊現(xiàn)象使設(shè)備管道產(chǎn)生異音。檢查泵本體及疏水器，未發(fā)現(xiàn)異常。初步定位消音器處存在間歇異響，隨后分析消音器結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在消音器下方存在一疏水管，如疏水管存在堵塞情況，凝結(jié)水將在消音器底部聚集，當(dāng)冷凝水液位達(dá)到一定高度后，將從汽動(dòng)泵乏汽主管道回流，從而與蒸汽混合，溫度的瞬變導(dǎo)致了水擊現(xiàn)象的產(chǎn)生。根據(jù)此分析結(jié)果，對(duì)消音器疏水管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)疏水管真實(shí)存在堵塞的情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了此前分析的結(jié)論。在對(duì)疏水管進(jìn)行清理后，啟動(dòng)汽動(dòng)泵執(zhí)行月度小流量試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中汽動(dòng)泵運(yùn)行無異常，設(shè)備可用。

1 系統(tǒng)及設(shè)備信息

汽動(dòng)輔助給水系統(tǒng)作為正常給水系統(tǒng)失效時(shí)投入運(yùn)行以排出堆芯余熱；正常運(yùn)行時(shí)，作為蒸汽發(fā)生器的后備水源用于蒸汽發(fā)生器的充水，及在機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)的某些階段代替主給水系統(tǒng)的作用[1]。每臺(tái)機(jī)組有2臺(tái)汽動(dòng)輔助給水泵組(50%)。蒸汽通過汽動(dòng)泵做功后通過乏汽管道至消音器排至大氣。汽動(dòng)泵停運(yùn)狀態(tài)下有乏汽倒灌至汽機(jī)側(cè)，保持汽動(dòng)泵暖機(jī)熱備。而乏汽不斷通過消音器排至大氣，同時(shí)消音器留有疏水管線，對(duì)罐內(nèi)存留冷凝水進(jìn)行疏導(dǎo)。

汽動(dòng)輔助給水泵的汽機(jī)與水泵一體化，共用一根軸、一個(gè)殼體。由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)泵體葉輪，為系統(tǒng)供水。軸承的潤滑水取自于泵第一級(jí)葉輪出口，并經(jīng)自潔式過濾器過濾，通過安裝在水室上的節(jié)流閥送到軸承，潤滑水通過水室回流管回到泵入口[2]。

圖1 系統(tǒng)及設(shè)備

2 原因分析

針對(duì)故障現(xiàn)象，分析異響故障模式，分別從相關(guān)故障模式進(jìn)行深入分析。

2.1 消音器本體異音

圖2 故障模式

2.1.1 消音器疏水管線存在堵塞

理論上，如果消音器疏水管線堵塞，消音器內(nèi)部凝結(jié)水會(huì)積累40 mm深，在乏汽持續(xù)外排過程中，由于汽液兩相同時(shí)存在，可能出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不徹底，導(dǎo)致送出蒸汽部分凝結(jié)成水，體積突然縮小，造成局部真空，周圍介質(zhì)將高速向此處沖擊，會(huì)發(fā)出巨大音響和振動(dòng)。

圖3 疏水管檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)使用溫槍對(duì)疏水管線測(cè)溫，約30 ℃，測(cè)量其他機(jī)組疏水管線溫度，約40 ℃，說明疏水管線可能存在堵塞。結(jié)合理論分析制定疏水管線法蘭拆除檢查方案，如拆除后無水流出，說明法蘭上游至消音器段可能存在堵塞。如拆除后有水流出，說明法蘭上游無堵塞，則向法蘭下游灌水，灌水過程中如無水冒出，則管線暢通，如有水冒出，則說明法蘭下游管線堵塞。

現(xiàn)場(chǎng)按照制定方案執(zhí)行，疏水法蘭解開后，發(fā)現(xiàn)法蘭上游無水流出，通過內(nèi)窺鏡伸入向法蘭上游檢查，發(fā)現(xiàn)消音器底部存在黃色類似銹泥狀固體，桶開后大量凝結(jié)水流出，持續(xù)20 min，疏水管彎頭銹渣堵塞。

2.1.2 異物進(jìn)入消音器導(dǎo)致異響

現(xiàn)場(chǎng)聽取異音特性類似金屬撞擊聲音，爬至消音器下游房間，發(fā)現(xiàn)頂部裝有濾網(wǎng)。并且查詢歷史檢修情況，于2018年10月執(zhí)行消音器房間疏水管線改造工作，防異物措施控制良好，在濾網(wǎng)旁邊進(jìn)行打孔，不會(huì)導(dǎo)致異物落入，結(jié)合異音特性，異物落入導(dǎo)致異響的可能性低。

2.1.3 消音器本體部件松動(dòng)異響

消音器本體結(jié)構(gòu)，由導(dǎo)流管、5個(gè)消音器片、限位架等主要部件組成，根據(jù)異響聲音，消音器片松脫與筒壁磕碰可能性較高，但根據(jù)結(jié)構(gòu)特性，消音器片與限位架配合，消音器內(nèi)部消音片檢查，發(fā)現(xiàn)消音器內(nèi)兩端的消音片存在松動(dòng)，且與限位板存在較大間隙，徒手推動(dòng)存在輕脆的金屬碰撞聲。與異音基本一致。

圖4 消音片檢查情況

2.2 管道支架相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起異音

2.2.1 系統(tǒng)振動(dòng)導(dǎo)致支架松動(dòng)異響

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)異音來源于汽動(dòng)泵汽側(cè)至消音器之間，沿程排查管線及支架，共檢查6處支架，未發(fā)現(xiàn)支架松動(dòng)及碰磨問題。結(jié)合異音出現(xiàn)時(shí)，泵都處于停運(yùn)狀態(tài)，無振源，因此系統(tǒng)振動(dòng)導(dǎo)致支架松動(dòng)異響的情況可排除。

2.2.2 熱膨脹導(dǎo)致支架異響

管道熱脹冷縮引起支架相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致發(fā)出異響，首先汽泵狀態(tài)穩(wěn)定，管線溫度幾乎無變化，可排除外力導(dǎo)致管道支架異響的可能性。

圖5 支架位置圖

2.2.3 管道內(nèi)壁沖蝕異響

管道內(nèi)窺鏡檢查，兩塊疑似沖蝕痕跡。經(jīng)進(jìn)一步RT檢查發(fā)現(xiàn)一處缺陷，非凝結(jié)水流向位置，初步可排除異音影響。

圖6 管道內(nèi)壁檢查情況

2.3 汽動(dòng)輔助給水泵本體部件異音

2.3.1 本體汽側(cè)部件松動(dòng)異響

現(xiàn)場(chǎng)使用聽針聽取聲音，異響來源于汽側(cè)，根據(jù)汽動(dòng)泵設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽側(cè)部件主要有汽機(jī)噴嘴、汽機(jī)葉片、熱屏等，汽機(jī)噴嘴為整體緊固在汽柜部件，且有焊絲防脫，異音可能性低。汽機(jī)葉片同泵軸為一體件，且葉片與靜止部件設(shè)計(jì)V間隙值為1.19～2.20 mm[3]，不足以產(chǎn)生碰撞聲音。熱屏為緊固在泵殼體部件，且硬度低于不銹鋼，現(xiàn)場(chǎng)聽取聲音明顯不是熱屏聲音，且大修剛剛執(zhí)行完全檢工作，執(zhí)行啟動(dòng)試驗(yàn)，泵體汽側(cè)無異音，說明泵本體汽側(cè)部件松動(dòng)的可能性排除。

查詢泵轉(zhuǎn)子推力間隙U為0.61 mm，平衡盤靠泵側(cè)與平衡室蓋司太立合金配合，汽機(jī)側(cè)與耐磨環(huán)配合，考慮現(xiàn)場(chǎng)異音為連續(xù)型，聲音非常脆，而轉(zhuǎn)子只有在推向泵側(cè)才有金屬碰撞聲音，且轉(zhuǎn)子整體撞擊聲音會(huì)很沉悶，因此平衡盤撞擊的可能性低。

圖7 汽動(dòng)泵汽側(cè)主要部件

2.3.2 主汽門閥芯動(dòng)作異響

汽動(dòng)泵的蒸汽從蒸汽發(fā)生器出口引出，經(jīng)過汽水分離器后，到達(dá)汽動(dòng)泵蒸汽入口。經(jīng)過入口關(guān)斷閥、調(diào)節(jié)閥、噴嘴后，對(duì)汽輪機(jī)做功，變?yōu)榉ζ懦觥．?dāng)電氣跳閘、機(jī)械跳閘動(dòng)作或現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)打閘時(shí)，蒸汽經(jīng)過關(guān)斷閥后直接從乏汽管路排走[4]。

圖8 進(jìn)汽部件示意圖

關(guān)斷閥工作原理如下描述。關(guān)斷閥手輪控制閥桿位置，但閥桿與閥芯并不直接相連。手輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥桿向關(guān)閉方向移動(dòng)時(shí)，會(huì)將閥芯推向關(guān)閉位置。而閥桿向開啟方向移動(dòng)時(shí)，并不能帶動(dòng)閥芯向開啟方向移動(dòng)。因此，手輪和閥桿的主要作用為將關(guān)斷閥閥芯限制在關(guān)閉位置，以便將汽動(dòng)泵隔離[5]。

開啟前，在電氣跳閘電磁閥、機(jī)械/手動(dòng)跳閘閥門均關(guān)閉的情況下，蒸汽壓力推動(dòng)閥芯向打開方向(向左)移動(dòng)。

開啟過程，閥芯被蒸汽壓力推開后，蒸汽通過閥芯與閥體間的空間流向調(diào)節(jié)閥。由于閥芯兩邊面積不同，作用在閥芯兩邊的蒸汽壓力也不同，壓差將閥芯推至全開位置。

圖9 開啟前蒸汽走向

圖10 開啟過程蒸汽走向

觸發(fā)跳閘，電氣、機(jī)械或手動(dòng)跳閘出發(fā)后，相應(yīng)的閥門打開，蒸汽通過關(guān)斷閥閥芯內(nèi)部的通路流向乏汽管道。由于閥芯兩側(cè)面積不同(d2>d1)，蒸汽壓差將閥芯向關(guān)閉方向(向右)推動(dòng)，直至閥門關(guān)閉。

值得注意的是，采用跳閘方式停泵后，關(guān)斷閥閥芯處于關(guān)閉位置。而若采用關(guān)閉上游系統(tǒng)蒸汽隔離閥的方式停泵，則關(guān)斷閥閥芯位置保持在打開的狀態(tài)。

圖11 關(guān)閥蒸汽走向

根據(jù)主汽門動(dòng)作原理，泵停用狀態(tài)只有主閥芯可活動(dòng)(開關(guān)狀態(tài)見圖)，而閥芯活動(dòng)需要蒸汽進(jìn)入且產(chǎn)生壓差，熱備狀態(tài)下僅有0.1 bar乏汽進(jìn)入，通過檢查進(jìn)汽隔離閥及活塞背部排汽閥沒有內(nèi)漏聲音，而且用聽針聽主閥位置，可排除主閥芯動(dòng)作。

2.4 小結(jié)

綜合各方面可能原因，列出相關(guān)原因可能性。

表1 原因列表

3 措施及改善效果

通過異音形成機(jī)理，現(xiàn)場(chǎng)為了解決消音器異音問題，將疏水管道彎頭切割后內(nèi)部打磨清理，消音器內(nèi)2個(gè)消音片與限位板焊接固定。以上措施實(shí)施完成，異音消失，缺陷得以徹底處理。

4 結(jié)論

根據(jù)以上全面分析，異音來源于消音器消音片松動(dòng)疊加疏水管線堵塞。消音器疏水管線堵塞疏水不暢，消音器底部凝結(jié)水堆積，暖機(jī)蒸汽持續(xù)排出，出現(xiàn)水擊現(xiàn)象(蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不徹底，導(dǎo)致送出蒸汽部分凝結(jié)成水，體積突然縮小，造成局部真空，周圍介質(zhì)將高速向此處沖擊，會(huì)發(fā)出巨大音響和振動(dòng))，而2個(gè)消音片存在松動(dòng)，周圍蒸汽凝結(jié)出現(xiàn)壓差，消音片位移產(chǎn)生金屬敲擊聲音。后續(xù)將針對(duì)汽液兩相工況進(jìn)行深入理解分析。