核電主泵停機密封調試及改進研究

蔡茂生++郝祥偉

摘 要：本文主要介紹了某核電廠核主泵停機密封的主要結構、組成以及調試過程中發現的問題，針對調試中遇到的問題做了簡要分析，并對原結構進行了改進研究，最終解決了問題，為核主泵的安全運行提供了保障。

關鍵詞：核主泵；機械密封；停機密封；調試

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

1 概述

國內某核電廠核主泵采用了奧地利ANDRITZ廠家的產品，ANDRITZ 核主泵其中不同于其他商家產品的特點之一是設計了停機密封組件。停機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其功能，其主要作用是當機械密封發生損壞或者嚴重的注入水故障，停機密封作為最后的屏障，起到防止核反應堆冷卻劑泄漏的作用，而在核主泵正常運行時，停機密封由設置的彈簧來保持開啟位置。

2 停機密封的工作原理

停機密封安裝在核主泵的第3級機械密封之上，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：停機密封的投運是靠氮氣釋放閥關閉，供應管線電磁閥開啟，通過氮氣供應系統（RAZ）引入壓力為0.7MPa的氮氣來實現的；如果核主泵第3級密封發生嚴重的故障時，在核主泵的轉子停運后，需把停機密封投運，把各主泵機封組件管線上的電動閥關閉，一回路內部水壓往關閉方向作用于停機密封上，停機密封上的活塞向上移動，直到活塞中的O型環壓住泵轉子聯軸器的下半部，這樣就能避免一回路冷卻劑從核主泵流出，防止了因其機械密封損壞而導致LOCA（失水事故）事故的發生。

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

3 停機密封試驗分析

3.1 通道試驗

首先對停機密封組件上的各設備的動力和控制回路的電纜接線進行驗證。

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行測試：

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

3.3 核主泵停機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系統壓力0.7MPa，核主泵停運，核主泵低壓泄漏隔離閥關閉，停機密封氮氣釋放閥關閉，供氣閥開啟，確認核主泵停機密封關閉，停機密封氮氣釋放管線下游連接至下游RPE（核島疏水排氣系統）系統。

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

試驗結果：停機密封并沒有開啟。

3.3.2 原因分析

經過逐一檢查和分析，發現是由于停機密封氮氣釋放閥下游管線連接至下游RPE系統，存在下游排氣不暢，憋壓所致，所以需要對氮氣釋放管線進行對空改造。

4 核主泵停機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系統壓力0.7MPa；核主泵停運，停機密封已切除。

試驗過程：

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

打開電磁閥，模擬供氣閥“失電開”狀態，測量停機密封開度。

試驗結果：1-2秒時全部打開，3-4秒內回落到50%，5秒以后全關。

4.2 原因分析

此次試驗結果與下游管線接RPE不同，當氮氣釋放管線與RPE連接時，停機密封持續投運，而下游排空時，停機密封先投運，穩定后處于切除狀態。這說明，下游管線的排空有利于氮氣的順利釋放，如果連RPE將造成停機密封的持續保壓。

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

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

5 核主泵停機密封功能安全運行改進研究

核主泵停機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），核主泵停機密封氮氣供應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生致使停機密封在核主泵運轉時誤投的風險，實施以下改造方案：

（1）停機密封釋放管線排空的方案。

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

（3）改造后試驗結果。

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

6 結語

在核主泵正常運行中，核主泵停機密封處在退出狀態，經過在氮氣釋放管線排空和氮氣供應管線上增加合適的節流孔板改進后，停機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險，此次改進，并沒有改變原有管線的壓力邊界完整性，并經過了首臺機組的兩個換了周期的驗證，結果滿足核主泵的安全運行。

參考文獻

[1]朱繼洲.核反應堆安全分析[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，2007（4）：1-9.