核电主泵轴封的性能及常见问题.pdf

I G M 虐力_ 通用祝辨 IG M m E le L t r i lp o H e r l搞】夼T 目前桩t i * 轴封 纯的日 、特点和流程对常Z 问题进行T 分析，井提7 自庄H 逦的女i * 1 关键调l核i 净却制& * 密封 一，前奢 随着社会经济的发展环境问鼯日益突出。我 国的能源消费结构以煤和石油化石燃车+ 为主，节能减 俳成为制约经济发展的一个瓶领。棱能以其清洁的特 点，成为未来能源结构谰整中的一个重要发展方向。 为了改变租国的能源消费结构，国务院果断做出积极 发展棱电的决簟，目前我国已经成为世界上桉电在建 机组最多的国家。 目前我国在运或在建的棱电站基本上是压水堆 机型属于第二代棱电技术或者其改进机型，机组的规 模从3 0 万1 0 0 万k W 不等。主泵是反应堆冷却剂乐皖 中唯一的目转机械设备。旋转的泵轴与固定的泵壳间 的密封装置用以限制高温高压带放射性的睁却荆向 安全壳的泄漏。对高压设备而言，密封是一项重要技 术，通常分为静密封和动密封两大类。蜃常用的静密 封是填料密封填料可选用舍氟塑料，柔性石墨厦石 8 6 黑黑：。 棉等。但对于反应堆冷却剂泵而言无论从密封性 能指标，连是从保持冷却剂系统特殊的清洁度要求 以及维护条件等角度来看，常规的填料式密封郭是 不可接受的，反应堆冷却剂泵的密封，广眨应用的 是机械密封技术，机械密封可分为静压式和动压式 两种。 二、轴封的基本结构 反应堆净却剂泵轴密封采用几种密封形式并 按照不同维台方式串联而成。在主泵中流动的净 却剂盈度高述3 0 0 必须防止高温净却剂进入 轴密封医。来自化学与容积控制系统的高压低温 的轴封水其压力较主泵内净却剂压力高3 - 4 b ar 【】b a r = 1 0 P a ) ，温度低于6 5 C 。轴封水引入泵腔 后分为两路一路向下进 主目路，起隔离液的作 用- 另一路向上旅次进入一、二、三级轴密封。 为防止困轴封木故障而导致冷却剂直接流八轴密封 结构在泵叶轮上部设有热屏换热器。当轴封水断 失时，泄磊的冷却剂首先通过热屏换热井被设备 净却水冷却到6 5 以下，然后再进人轴密封匠。其 流程如图l所示，图1 中字母含义见下表。 i i 轴# m 程目 围1 中字母吉义殛作用表 * 自g * * * * m 【黛笋 宅力罐用祝瓣G M l 6 I ，f n I r h w 11 号轴封 ( 1 ) 1 号轴封水流程在正常运行时，m R C V 系 统提供轴封洼水，轴封注永温度约为5 55 ，压力约 为】5 8 b a r ，“18 m h 流量进 承泵径向轴承与轴封之 间的水腔其中06 8 m 5 I h 的轴封水进 1 号轴封，其余 l1 2 m 3 m 的轴封永向下流动流过泵径向轴承、热屏， 然后进人主泵内部与泵内一回路冷却剂混合流八一回 路。o6 8 m 1 h 的轴封水流过一号轴封动静环之间的间 隙，流 背压为3I b a r 的腔室。轴封水在两环之间形成 液膜动环和静环的两个端面在液艟两侧相对滑动，不 直接摩擦。I 号轴封泄漏流出豹水大部分 O6 7 m h ) 返目下游上充泵 口，但有1 I4 L h 流量，压力为3lb a r 的水向上流动，进人2 号轴封。 ( 2 ) 1 号轴封原理厦轴封水的作用轴封水由外 侧境向内删，由于静环下表面采用丁特定的不同角度 的两个斜面，由水压引起的力能自动调整静环上下位 置，使其处于平衡状态+ 保持静环与动环之间的间隙在 01 1 m m 左右。 部分轴封水经过泵轴承，热屏流到泵壳内抑制 反应堆净却女4 瘦其热量向上流动。正常运行时厦热屏失 去冷却水时龈证泵轴承的润滑和冷却，溘过轴封提 供轴封水。 ( 3 ) l号轴封受力分析作用在静环上的力可丹成 闭合力和张开力。为了分析方便，假设静环底面由一个 平面和一个斜面组成。井且忽略静环的自重，忽略轴 封背压。如图2 所示一个作用于静环上表面的力 - 施 加在静环的上表面上，力的大小 = A 2 + A ，。静环底部 所受的压力产生一个张开力月。如果底面是一条直线 的选个力在图2 的平衡图上将由一个三角彩代表然 而静环朝着高压删有一个渐开腔这就使转折点处压力 更高因而在力的平衡目上张开力是一个近似梯形，力 ，J d ，+ t 。 丘錾 盛当萎警岫毒品占宣昌寓良剖 句 匕一 I ! 曼I I 算力锺胛扰擀 _ G M E le a r i cP o w r 在平衡状志时A - F ，即 。= A ：动静环保持相对 平衡间隙为01 I m m 。如果间隙趋于闭台，因为高压 侧存在新开段，所以导致转折点处压力升高，A 和，增 加，A 减小。这样改变丁力的平衡静环将向上移动直 至选到新的平衡即动静环间隙恢复正常值0I I m m 。 随着机组的下行，轴封两端的压差降低，所队在 低压下不能在忽略静环的自重因为它变成闭台力的 一个重要分量。在静环两侧压差小于15 M P a 的情况 下张开力可能不足以保持间隙固此主泵运行应保 持1 号轴封压差大干I5 M P a 。在主泵I 号轴封压差低干 1 5 M P a ，主控室将出现报警信号，提醒操作员干预。 在主泵起动和停运过程中由于转速较低，不利于形成稳 定的 膜，所以要求压差大于1 5 M P a 。 22 、3 号轴封结构 ( I ) 2 ，3 号轴封结构第2 、3 缎轴封! | 1 1 2 号和3 号 轴封，它们均属干普通机械轴密封件，如图3 所示，2 号 轴封为单摩擦面，3 号轴封为双摩擦面。这种轴封同样 是依靠联结于泵俸的静环和固定联结于泵轴的动环的两 个垂直于旋转轴的端面来进行密封两个端面相对运动 时紧贴选到密封目的。动环为端面覆盖氧化铝的不锈 钢，静环由石墨制成。静环端面通过弹簧组压紧在动环 端面上。 目323 目轴封i 意目 少量轴封水从掰端面之间渡过，起冷却，润滑， 润湿的作用但建立不起稳定的藏膜，因此两端面主要 仍为固体摩擦。 ( 2 ) 2 号轴封作用2 号轴封的主要作用是阻挡1 号 髓黑黑。 轴封的泄漏，引导其疏目R C V 系统。在I 号轴封发生故 障时，无论主泵在转动状态或静止状态，2 号轴封都能 够在R C P 系统压力下短时替代1 号轴封，并且像掖膜面 密封那样运行，时间约为在一回路栖定温度压力下保 持3 0 r a i n 吼便进行停堆和停运设备。当l号轴封损坏 时主控室出现】号轴封泄漏量高报警，操纵员应关闭 l号轴封泄漏阀，将I 号轴封泄漏的垒部流量通过2 号轴 封，让2 号轴封作为主要轴封使用。 2 号轴封水：正常运行时2 号轴封水泄漏流量为 1 1 4L h ，背压14b a t ，两端压差17b a t 。轴封泄漏水与 3 号轴封下行泄漏水( 04 L h ) 【台挂进往泄漏檀收集 箱，溢流管线流人疏水收集箱。 ( 3 ) 3 号轴封作用轴封注入水来自R E A 系, 统， 由轴封立管R C F O lll0 2 I 0 3 B A 维持压力，其最大压力 为23b a r ，正常流量为08 L h 。它的作用是阻止2 号轴 封泄埽水向上流动，避免硼在密封处结晶，同时对密 封端面润湿，以很小的流量冲刷轴封。3 号轴封洼水流 量为08L h ，其中04 L h 下行经轴封后与2 号轴封泄漏 ( 1 I4 L h ) 虻台流凡R C P 0 0 9 B A 轴封两端压差为06 b 04 L ：h 上行经轴封后流至疏水收集箱R P E 0 0 3 B A 然后送往硼目收系统轴封两端压差为10 6 b 左右。 3 号轴封的作用是阻挡2 号轴封的泄漏+ 引导2 号轴 封泄漏水流 泄漏液收集箱，以避免2 号轴封的泄漏水 流到安垒壳内，以及防止2 号轴封泄漏水向上流动，在 泵的末端产生硼结晶。 三、常见问题分析 主泵密封问题主要有以下几类吼下简述了密封 故障的原固及相应措施。每一种故障分析部包括仪表失 灵或i 昊动作，不在故障分析中重述。 11 号封流异常 在主泵起动以前，建立l号轴封低泄漏量限值密 封泄偏量是一十关键因素，它是I 号密封面闻密封水骥 存在的依据。实际的低泄漏量是由密封面的堵塞引起 的密封面的堵塞导致了在密封面的外侧产生压降，此 压降使密封失去平 鼾，引起密封闭合殛密封面磨损。在 这种I 况下起动主象将损坏密封轮奔，产生各种密封失 散。在泵运行期间，1 号轴封低流量异常主要由以下原 因 低压降，其主要原因是洼冷却剂泵停泵同时匣 应堆冷却剂系统的压力升高，使轴封水和净却女4 的压差 降低。圆2 号轴封的泄漏，其主要原因是2 号轴封的密封 面没有完垒座台严实或者轴封面已经损胡= ，而此时主泵 仍然在运行由此造成密封间隙过大，引起泄漏。0 I 号 轴封损坏，但是仍然要维持主泵的紧急运转。西密封隔 离阗误操作使隔离阀打开引起泄漏。 22 号轴封流量异常 一旦l号轴封失去作用，或者故障，2 号轴封要能 够替代l号轴封，维持机组进行后撒。2 号轴封流量异 常主要由“下几种原因：由2 号密封没有完垒闭合 如果世漏量在一个可接受的范围内，继续运行主泵。 2 号密封损坏，如果无异常振动2 9 密封泄漏不超过 o2 5 0 m h 则不影响机组的正常运行继续运行主 袋2 0 密封泄漏量已超过02 5 0 m3 h ，按危急运行I 况 停泵尽快更换2 号密封。 33 号轴封流量高 3 号轴封是主泵的展后一道密封屏障，3 号轴封眭 八的是除盐除氧水。3 号轴封流量高主要原因是3 号 轴封没有完垒座合密封维恪后的首次运行盎停堆后的 首次起动出现这种工况，如泄漏量在一个可以接受的 范围内，继续运行主泵，但是要尽快查明原因，如果不 明原因要按照规程进行相应操作，3 号轴封损坏，但 是无异常振动，密封泄漏量在可接受的范围内，继续运 行主泵尽快更换3 号轴封， 4 主泵起停时主泵的轴封注入流量太幅度波动 国内某核电厂主泵起停时出现轴封水流量波动较 大的现象，初始的解决方挂是：现场手动* 小未停主 泵的手动轴封往人流量调节阀，开大停运主泵的手动轴 封注入流量调节阀，使三台主泵的轴封注人流量忮复到 正常值2 m h 。其原因是：由于主泉是离心泵，主泵停 运，泵壳内的压力升高停运主泵手动调节阀两端的压 差减小，即驱动压头减小，由于压头同流量的平方成正 比所以洼人泵壳的轴封流量减小，壤泵的总轴封注人 流量减小，根据泵的扬程流量曲线，上充泵的出口压力 增加，R C P 0 6 I V P 下游的压力增加，导致其他两台主幕 的驱动压头增加流量增大停运主泵的轴封流量略有 目升。 由于压头同流量的平方成正比压头的变化率同 流量成正比。因此对于相同的压力变化，在低流量区 流量变化显著，在高漉量区流量变化不明显。通过调节 阀门的开度，可以改变环路的阻力特性曲线，进而改变 密力堪用祝群G M I “lf 聃I “n m l I 作点。阀门关小阻力增加，泵的高流量区前移。通 过关小主泵的轴封流量手动调节阀管线的高流量区前 移改变了I 作点使手动调节阀I 作在高流量区，流 量对压头的变化不再敏感，超停主泵时，主泵的轴封注 人流量不再波动，问晤得判解豳。 51 号轴封泄漏牢高时轴封回流不能自动隔离 某核电机组设计中，主泵1 号轴封泄漏串高时，轴 封目漉自动隔离逻辑是：避漏串大干l4 m h 且主持却 剂系统压力大干I3 8 b a r ( g ) 延时6 0 s 后自动隔离轴封 目流隔离阀。怛1 9 9 1 年法国T R I C A S T I N 机组发生主泵 1 号轴封目流不能自动隔离事件轴封回流大于I4 m h 且主冷却剂系统压力大于I3 8 b a r ( g ) 一主泵自动停运 一停堆并且投 蒸汽旁排系统一一十蒸汽旁排阀门打 开一主冷却剂乐统过净一主冷却剂系统压力小干1 3 8 b a r ( g ) 一轴封目流无法自动隔离。为解决此问鼯将 主泵l号轴封目流隔离逻辑中。主冷却剂系统压力大干 I3 8 b a r ( g ) ”的条件更改为“主冷却荆系统压力大干 2 7 b a r ( g ) ”该改进实现了即使在一目路出现过冷而 压力意外降低时也可以自动隔离轴封目德管线的功能。 四，结语 轴封系统作为核电主系重要的辅助系统，担负着 对主泵进行密封防止高温高压有放射性冷却剂外泄的 重任，同时为主泵轴封提供必要的轴封水。轴封系统的 正常运行是主泵运行的必要条件，它是主泵的关键部 件，与主泵的安垒可靠运行密切相关。在运行中为了 保证机组的正常运行要严