离心泵主要性能参数与反应堆安全运行.doc

离心泵主要性能参数与反应堆安全运行第23卷2002第4期年8月核动力工程NuclearPowerEngineeringVO1.23.NO.4文章编号:02580926(2002)04005804离心泵主要性能参数与反应堆安全运行杨树春,李加刚中国核动力研究设计院,成都610005)摘要:以离心泵的主要性能参数为依据,讨论了反应堆在运行过程中需要注意的问题;以高通量工程试验堆(HFETR)J_行为背景,归纳了离心泵在运行过程中容易出现的10种典型故障;运用离心泵的基础知识.可帮助运行人员迅速发现,判断和处理离心泵在运行时发生的故障,保证反应堆安全运行关键词:离心泵;主要性能参数;HFETR;运行人员;安全运行中图分类号:TL33文献标识码:A1前言反应堆一回路的冷却剂泵大多使用离心泵(通常称为主泵),它是导出堆内裂变热的重要转动设备.泵一旦出现故障或产生其它缺陷,将严重影响反应堆,主热交换器,稳压器等的主要运行参数,给反应堆的安全运行带来不利的影响.因此,反应堆的安全与主泵的可靠运行有密切关系本文以HFETR运行为背景,从离心泵的主要性能参数和数学模型出发,指出常见的离心泵运行故障并讨论应引起人们注意的有关问题.2离心泵的主要性能参数2.1主要性能参数关系在反应堆运行过程中.运行人员对一回路冷却系统的参数最关心的是主泵流量,扬程(压力),图1主泵QH特性曲线收稿日期:20010216;修回日期:20010702有效功率和电机输出功率的特性,当运行工况改变或一回路运行参数出现异常波动时,有利于运行人员根据有效规程及时采取行动.主泵主要性能参数关系为:(1)流量G=,Q=yAV(2)扬程H=10.一pro),(3)泵有效功率Ne=7HQ/102(4)电机输出功率P=43ILULCOS式中各符号与教科书相同.2.2理论特性曲线与实际特性曲线在额定转速下,泵的Q一,Q一,Q一77曲线统称为特性曲线.其中,Q一曲线最常用.归一化后的HFETR一回路冷却系统主泵的理论Q一特性曲线见图l,归一化后的实测Q一特性曲线见图2.Q图2主泵QH特性曲线杨树春等:离心泵主要性能参数与反应堆安全运行593主要性能参数与安全运行的关系3.1泵流量与运行的关系对高温高压考验回路而言,等值的质量流量和体积流量的冷却效果不一样,其原因是流体在不同温度下的焓熵值发生了变化.另外,从(1),(3)式可以看出,流体密度的变化导致泵的体积流量增减,引起系统压力波动.对结构已固定的回路系统而言,系统阻力也将发生变化,最终系统参数将在一个新的状态下平衡或稳定3.2泵的扬程,功率与运行的关系根据Q一曲线可知,当系统尺寸,材料,泵型一定时,扬程是流量的减函数,泵流量越大,扬程就越低.在运行过程中调节系统参数时.要避免一回路冷却系统的压力低于流体的饱和蒸汽压,否则,堆芯流体将产生容积沸腾:但系统压力过高,可能会使含有放射性物质的流体泄漏增加;还可能导致某些关键承压设备因超压损坏.造成LOCA事故?由Q一曲线可知,泵电机在启动时,其启动电流约为工作电流的57倍(泵的功率越大,其启动电流与工作电流的比值越大).启动瞬间的电磁转换发出大量热.巨大的电流及热能冲击对电机定子绕组的绝缘极为不利.因此.操作规程明确规定:在泵启动时,应当关闭出口阀(注意:容积泵,轴流泵不能关闭出口阀)这时的电机功率较小,在稍后的稳定运行中,再逐步调节系统运行参数.4离心泵常见故障根据HFETR多年的运行统计,将离心泵在运行过程中出现的典型故障分为l0种类型(表1)将收集,整理的部分国外核电站的主泵典型故障列于表21.以表1中泵电流波幅较大,流量不稳定故障为例,简要说明判断离心泵故障类型的方法:在某次执行反应堆停堆冷却过程中,运行人员从主控室以遥控方式启动了某台离心泵启动后发现,该泵的电流表指示在0.2/00.91o之间大幅度波动,而流量表指示在零至额定值之间波动上述现象说明,泵已启动成功(供电正常),且管路出口无堵塞(有流量指示),电流表和流量表指示的大幅波动说明泵的负荷不稳定,根据图3所示的结构,初步判断是联轴器故障运行人员立即停泵并去现场检查发现,联轴器部分齿轮严重磨损.当动力传递至磨损不严重的齿轮处时.泵可以输出流量;当动力传递至磨损严重的齿轮处时,泵基本上无流量输出,表现为流量忽大忽小和电流摆幅较大的现象针对此故障,维修人员找出了故障原因并制订了纠正措施表1高通量工程试验堆离心泵常见故障表60核动力工程V01.23.No.4.20o2表2国外核电站主泵典型故障表2图3HTETR主泵单元结构示意图需要指出的是,如果反应堆在功率运行工况下,主冷却系统中相同或相似结构的泵发生上述故障,可能使系统压力出现较大波动,引起稳压器液位波动过度;流量忽大忽小会在堆芯形成冷水效应,使反应性和中子注量率发生变化;系统温度快速上升,轻者使反应堆造成热积累,恶化冷却条件,使反应堆偏离正常运行限值,导致反应堆保护停堆;严重时将使反应堆燃料元件或组件烧毁,给反应堆安全运行带来灾难性后果因此,在运行过程中,应对冷却系统中的离心泵故障给予高度的注意,可以参照表l给出的故障类型,及时采取正确的处理措施,确保反应堆处于安全状态,5结束语HFETR主控室和考验回路控制室的运行人员,对运行中出现的异常或故障,应当认真,谨慎的分析.及时处理,防止事态扩大或重叠运行事件.在HFETR运行过程中,笔者通过运用离心泵的基础理论知识并结合系统实际状况,曾经准确判断和正确处理多起主泵,加压泵和应急泵的故障,保证了HFETR的安全运行需要说明的是,随着HFETR工作任务的增加和系统技术改造的进一步展开,反应堆的物理,热工特性以及一回路冷却系统的水力特性,系统构成可能发生变化,故文中表l所列的设备故障现象将会发生变化;因而,在引用时应注意当时的运行工况,设备类型和其它相关信息,防止犯经验主义的错误参考文献:【l】BellKJ.HowEncapsulatedInsulationcanReduceOumgeTimesJ.NuclearEngineeringInternationa1.1989,34(4):27.【2】孙惠琴.可靠性工程技术【M】.北京:机械电子工业部,l990:79.MainCharacteristicParametersofCentrifugalPumpandSafeOperationofReactorYANGShuchun,LIJiagang(NuclearPowerInstituteofChina,Chngdu610005?China).Abstract:BasedOilmaincharacteristicparametersofcentrifugalpump,theproblemsarediscussed杨树春等:离心泵主要性能参数与反应堆安全运行61duringthereactoroperation.ToHighFluxEngineeringTestReactor,tentypetypicalfaultsaregeneralizedinthereactoroperation.Makinguseofbasicknowledgeofcentrifugalpump,itcanhelpreactoroperatorstofindoutwhethercentrifugalpumpisoutoforderandtohandleit.So,thesafetyofreactorCanbeassured.Keywords:Centrifugalpump;Maincharacteristicparameter;HFETR;Operators;Safeoperation作者简介:杨树春(1958一).男.高级工程师1988年毕业于中国核动力院职工大学反应堆工程专业.曾获中国核工业总公司科技进步三等奖.可靠性成果三等奖多项.现在中国核动力院一所从事核设施安全管理工作.近年来.在核动力工程,人类工效学发表科技论文12篇:.李加刚(1968一),男.工程师1989年毕业于上海交通大学反应堆工程专业.现任高通量工程试验堆值班长.从事反应堆运行工作,(上接第57页)结构的设计,抗震鉴定的方法以及在抗震试验中所取得的经验,也将为其他大型机电设备的抗震设计和试验鉴定提供宝贵的借鉴.IOMW高温堆用l类抗震柴油发电机组的研制成功,不仅保证了高温堆十分紧迫的工期,节省了大量的资金,而且为自主开发研制像柴油发电机组这样的反应堆用大型,复杂的机电设备提供了十分有益的经验.SeismicQualificationofHTR一10StandbyDiesel-GeneratorUnitSUNWeidong.,DOUAnping,ZHOUShixin,DENGGuo,lin.YUChensheng.,QURonghong.(I.InstituteofNuclearEnergyTechnologyofTsinghuaUniversity,Beijing,102201,China2.SCIMCGeneratingSetCo.,LTD,200432,China】Abstract:StandbydieselgeneratorunitisanimportantseismiccategoryIequipmentofHTR?10.Itsseismicqualificationadoptedbysimulatedearthquaketestontheshakingtable.Inthispaper,themethodandprogramoftestaredescribedindetail,theresultofexperimentaresearchedandanalyzed.Asaresult,thisdieselgeneratorunitcouldbesatisfiedwithantiseismicdemandofHTR一10engineering.Keywords:HTR一10;Di