機組SEC反沖洗泵出力下降的分析與處理

張 弟，趙 強，趙紫炎，黃顯康，姜 偉，宋少甫，林國民

(中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300)

0 概述

安全廠用水系統(essential?service?water?system，SEC)的功能是通過板式換熱器把由設備冷卻水系統收集的熱負荷輸送到最終熱阱——海水。由于板式換熱器內的流通截面小，杭州灣地區海水中的泥沙和有機物含量很高，因此在SEC前端設置了格柵、鼓網和貝類捕集器對海水進行多次過濾。其中，鼓網的作用是截流漏過格柵的細小雜物，其網孔尺寸為3?mm×3?mm，極易被堵塞。SEC反沖洗泵的作用就是對鼓網進行連續反沖洗，保證過濾效果，使系統處于穩定運行狀態。

某核電廠3，4號機組自投運以來，SEC反沖洗泵故障時有發生，嚴重影響系統和機組安全穩定運行。

1 SEC反沖洗泵簡介

該核電廠3，4號機組均為M310堆型，SEC系統設有A，B列，每列并聯2臺SEC反沖洗泵，1用1備，因此每臺機組配有4臺SEC反沖洗泵。3，4號機組SEC反沖洗泵是由大連蘇爾壽泵及壓縮機有限公司生產的HGSV50-400型立式單級離心泵。該泵主要零部件有:葉輪、前后耐磨板、軸、泵殼、泵蓋、機械密封、軸承等。葉輪為開式葉輪，軸向進水徑向出水，聯軸器為彈性膜片聯軸器，電機為鼠籠式三相單速感應電動機，泵和電機采用聯軸器直接連接。設計流量為40?m3/h，揚程為50?m，泵安裝在-24.23?m的SEC泵坑內，泵入口側與暗渠聯通，通過SEC反沖洗泵的連續工作，將水輸送至-3.8?m的SEC鼓網處對鼓網進行反沖洗。

2 故障描述及原因分析

2.1 SEC反沖洗泵的主要故障

該核電廠3，4號機組分別于2010年底和2012年初正式運行。2臺機組自運行以來，SEC反沖洗泵故障時有發生，其中部分故障直接導致泵不可用，機組記I0，影響機組的穩定運行。

自2臺機組投產至2016年底，統計SES反沖洗泵故障共30余次，故障類型分布如圖1所示。

圖1 3，4號機組SEC反沖洗泵故障分布

從故障頻率看，該核電廠3，4號機組SEC反沖洗泵故障發生頻率最高的是“出口壓力降低”。

“漏水”缺陷是由于海水中泥沙含量較高，沖刷腐蝕較快，導致泵體或耐磨板穿孔；或機械密封長期運行磨損引起的漏水。此類缺陷原因比較明確，處理方式明確，在此不做分析。

“軸封堵塞”缺陷主要為生活水系統中存在活性碳，導致軸封水管道堵塞，流量降低，亦屬于偶發缺陷，處理方式明確，在此不做分析。

2.2 故障原因分析

為了查找該核電廠3，4號機組SEC反沖洗泵出口壓力降低的根本原因，采取了多種排查方法，包括：對泵解體檢查、電機性能試驗、泵入口管道沖洗疏通、儀表根閥及管線疏通、泵出口止回閥檢查。對各故障點進行分類整理，如表1所示。

表1 故障因素分類

2.3 故障原因

針對3，4號機組SEC反沖洗泵出口壓力降低的缺陷，在日常解體檢查時進行了以下工作：

(1)?對電機進行在線性能測試，測量電機運行時電流轉速等參數；

(2)?制作工裝，對泵入口管道進行沖洗，檢查是否有堵塞；

(3)?對儀表根閥及至母管段管道進行疏通；

(4)?檢查泵出口止回閥及隔離閥；

(5)?利用分中法對泵葉輪與前后耐磨板間隙進行復查和調整。

根據檢查結果并對比同類泵運行情況，排除了電機出力不足、電機轉向錯誤、電機轉速太低、泵入口管線堵塞、儀表根閥堵塞、泵出口止回閥故障及介質含氣量大/粘度不合適這7個故障因素。

在解體檢查中，對SEC反沖洗泵葉輪與前后耐磨板間隙進行復查，發現葉輪與前耐磨板間隙在1.5—2?mm，較標準值0.7—1.1?mm有所擴大。葉輪與耐磨板間隙增大，造成泵內部回流量增大，理論上會稍微提高葉輪入口壓力；但通過葉輪的總流量增大了，泵的氣蝕余量就會升高。間隙過大，會造成葉輪進出口出現壓力差，高壓端向低壓端泄漏，增大泵的容積損失，使泵的效率和揚程均下降。根據這個表面現象，對表1序號1的4個故障因素進行分析。

2.3.1 葉輪與前后耐磨板嚴重沖刷腐蝕

在歷次解體檢查中，發現泵葉輪、前后耐磨板在運行周期內受到海水的嚴重沖刷腐蝕，產生嚴重變形、沖刷脫落、減薄等缺陷，如圖2所示。

圖2 葉輪與耐磨板沖刷腐蝕變形嚴重

目前，葉輪和前后耐磨板的材質為雙向不銹鋼，該材質與海水會產生電化學反應，引起腐蝕。新備件安裝運行1個周期后，就已經被沖刷腐蝕得面目全非，表面出現不規則的凹凸點；葉輪部分材質因沖刷腐蝕產生脫落，導致葉輪外形幾何尺寸變化，從而引起泵性能的變化。同時，由于葉輪與耐磨板表面受沖刷變薄，導致葉輪與耐磨板之間間隙增大，遠遠超過標準值。

2.3.2 泵殼流道及出口嚴重沖刷受損

在解體過程中，發現泵殼流道及出口受嚴重沖刷而變形，甚至本體腐蝕脫落(見圖3)，導致泵出口直徑增大，引起流量增大。

該泵葉輪為后彎式葉輪，查詢該泵運行維護手冊，由該泵運行性能曲線分析得知，泵流量增大會直接引起泵揚程降低。

2.3.3 軸承或其他零部件損傷

2017-03-01，在處理3SEC203PO缺陷時，解體檢查，發現泵驅動端軸承擋油環存在裂紋，如圖4所示。在泵運行過程中，由于驅動端擋油環存在裂紋，受力擠壓變形，使泵的軸竄量增大，直接引起泵葉輪與耐磨板之間間隙增大，影響泵的出力。

圖3 泵出口沖刷腐蝕脫落

圖4 軸承擋油環存在裂紋

綜上分析，引起3，4號機組SEC反沖洗泵出口壓力降低的根本原因為：

(1)?泵葉輪與前后耐磨板間隙增大，遠遠超出標準值；

(2)?泵出口流道受沖刷變寬，流道口材質被沖刷腐蝕脫落，使泵出口流量增大，揚程降低。

3 故障處理

3.1 提升備品備件的耐沖刷、耐腐蝕性能

(1)?對葉輪與前后耐磨板進行碳化鎢涂層處理，增強耐海水沖刷腐蝕強度。與沒有進行碳化鎢涂層處理的葉輪和耐磨板相比，具有涂層的葉輪和耐磨板的耐腐性明顯增強，具體如圖5所示。

(2)?對泵殼流道進行涂層處理，降低其沖刷腐蝕速度。在泵解體檢查時，對泵殼流道易沖刷腐蝕部分進行陶瓷涂層處理，以降低海水沖刷腐蝕速度，避免泵運行流量變化導致反沖洗泵故障。

3.2 升版規程，改進現場解體檢查處理方法

3.2.1 固化安裝過程中葉輪與前后耐磨板間隙

對泵解體規程進行升版，增加泵葉輪和耐磨板平面度數據的測量。在對泵進行解體檢查回裝后，通過調整泵蓋與泵體之間波齒墊厚度，利用分中方法計算后，對葉輪與前后耐磨板間隙進行調整并固定，保證間隙在0.7—1.1?mm。

圖5 運行1個周期后的對比示意

3.2.2 對軸封擋油環進行定期檢查更換

該部件原來無備件信息，在發現這個問題后及時與設備管理工程師溝通，申請物資編碼采購備件。同時，在泵解體檢查規程中增加對應檢查內容，定期更換，以免泵運行期間軸竄量變化，及時消除隱患，確保生產安全。

3.3 故障處理成果

3，4號機組SEC反沖洗泵預防性解體檢查項目周期為1年。據統計，SEC反沖洗泵自投運以來，每年都會出現出口壓力降低故障，且發生頻率有逐年增長的趨勢，僅2016年該故障就出現了6次，故障率非常高。將上述處理方案應用到預防性和糾正性維修之后，自2017年1月至今，未再出現過泵出力不足的故障，大大降低了設備故障率，保證了設備和系統安全穩定運行。

4 總結

自該核電廠3,4號機組SEC反沖洗泵出現不能滿足沖洗要求后，維修人員通過對系統及泵結構的不斷分析，在解體時對各個設備參數進行仔細測量，提出了切實可行的試驗方法，最終確認了故障的根本原因是葉輪與耐磨板、泵殼流道及出口受嚴重沖刷、腐蝕而受損，并制定了處理方案。該方案在實際應用中初見成效，提升了機組SEC反沖洗泵的可靠性，同時為其他設備的檢修維護積累經驗。