主熱傳輸泵軸封過濾器更換中典型問題分析及應對措施

唐宇琨

（中核核電運行管理有限公司運行五處，浙江 嘉興 314300 ）

1 主熱傳輸泵軸封過濾器更換

1.1 主熱傳輸泵軸封過濾器簡介

核電廠的主熱傳輸泵對于反應堆的運行十分重要，主要用途是給反應堆提供冷卻劑，實現冷卻劑在一回路系統內的循環，以便將反應堆的熱量帶至蒸汽發生器加熱二回路工質。電廠的主熱傳輸系統的主熱傳輸泵都是在高溫、高壓、高輻射的環境下運行的，所以每臺主熱傳輸泵都設計了一套包括三道機械密封和一道備用密封的裝置防止冷卻劑泄漏，一回路機械密封為壓力邊界的一部分，是核安全一級設備。而當主熱傳輸泵高速轉動時機械密封的各個部件之間會相互摩擦發熱，所以需要有主熱傳輸泵軸封注入系統向主熱傳輸泵機械密封和軸承等部件連續注入干凈、低溫的冷卻水進行冷卻和潤滑來防止這些設備的損壞。主熱傳輸泵軸封注入系統的軸封注入流來自上充泵出口的低溫重水，分別經過三個節流裝置，經過軸封系統過濾器后分四路供給四臺主熱傳輸泵。進入每臺主熱傳輸泵的軸封注入流分別經過降壓盤管、軸封注入流量計、軸封熱交換器后又分成兩路，50%的注入流經過主熱傳輸泵輔助葉輪、主熱傳輸泵軸承后進入主熱傳輸泵泵腔后回到主系統，另50%的注入流分別通過3道主熱傳輸泵的機械密封和軸封回流閥后回到重水儲存箱中。

由于主熱傳輸泵機械密封承受的壓差很大，同時主熱傳輸泵的轉速高，所以即使很細小的雜質顆粒都會對機械密封造成損傷，并可能引起冷卻劑泄漏。為此，冷卻水進入主熱傳輸泵軸封前首先通過2個100%容量的主熱傳輸泵軸封過濾器進行過濾。正常運行時，一列投運，另外一列備用。每個過濾器的設計流量為5.3L/s，通常系統的正常運行流量只有0.8 L/s。當過濾器兩端的壓差達到要求值或者過濾器出口的懸浮物超標時，就表示需要更換過濾器濾芯了，這種情況下就需要根據規程進行主熱傳輸泵軸封過濾器的更換操作。

1.2 主熱傳輸泵軸封過濾器更換流程簡介

以1＃過濾器更換為例，首先對處于備用狀態的2＃過濾器進行充水排氣，其后將過濾器切換到2＃過濾器。確認系統狀態正常后隔離1＃過濾器進行疏水操作，疏水完成后執行過濾器更換，更換工作結束后對1＃過濾器進行充水排氣，置于備用狀態。詳細流程如圖1所示。

圖1 主熱傳輸泵軸封過濾器更換系統簡明流程（以1#過濾器更換為例）

2 主熱傳輸泵軸封過濾器更換過程中典型問題分析

2.1 問題一分析及解析

執行主熱傳輸泵軸封過濾器更換操作過程中，在更換的節點投入備用過濾器中，可能會引起主熱傳輸泵軸封流量下降，導致熱傳輸泵振動短時間內增加。

原因分析：

主熱傳輸泵軸封過濾器切換過程中，破損濾芯或者濾芯更換時帶入的異物可能進入系統，如果這些異物進入降壓盤管或者頂部倒U型管線氣塞都可以導致軸封流量快速降低，而引起主熱傳輸泵水導軸承的水膜剛度降低造成了主熱傳輸泵振動短時間內加劇。主熱傳輸泵軸封流量的快速下降可以通過調節相應的軸封回流閥的開度來恢復主熱傳輸泵軸封流量，防止主熱傳輸泵軸封流量低于運行要求的下限。

2.2 問題二分析及解析

執行主熱傳輸泵軸封過濾器更換的節點過濾器充水排氣、沖洗等過程中，現場閥門開度過大，可能會引起疏水至重水回收系統液位上升過快，導致重水回收系統的滿溢。

原因分析：

（1）因主熱傳輸泵軸封過濾器的疏水閥到窺視窗位置高度較低，且上充泵出口壓力大，重水回收系統為微負壓狀態，導致閥門兩側的壓差很大，根據伯努利方程可知即使閥門打開的開度很小，其流量也會很大。因此主熱傳輸泵軸封過濾器的疏水閥打開一點開度后管線水就接近滿管，由于管線較短現場滿管后是沒有氣泡現象的，因此經驗不足的人員很難通過窺視窗觀察到水流情況，容易引起人員的誤判。

（2）重水回收系統疏水速率較大，即使兩臺疏水泵同時運行時也有可能使重水回收液位上升過快。

（3）緩慢打開主熱傳輸泵軸封過濾器的疏水閥閥門至手輪半圈開度時對應主熱傳輸泵軸封注入流量下降，因此在進行主熱傳輸泵軸封過濾器充水排氣時，應該密切監視主熱傳輸泵軸封流量。

3 主熱傳輸泵軸封過濾器更換過程中應對措施

3.1 典型問題一

主熱傳輸泵軸封過濾器更換過程中，可能引起主熱傳輸泵軸封注入流量異常下降的問題。該操作的風險在投入備用過濾器、新的主熱傳輸泵軸封過濾器投入熱備用的過程中。投入備用過濾器的主要風險在于異物和氣塞，新的主熱傳輸泵軸封過濾器投入熱備用過程中的主要風險在于注入流旁路部分軸封注入流導致主熱傳輸泵軸封注入流量下降。

（1）加強主控室參數的監視。更換過程中在主控室建立主熱傳輸泵軸封流量、重水回收系統液位、主熱傳輸泵振動等參數的趨勢，并確定干預值，將干預值固定在運行手冊中，以方便主控室操縱員進行監視。

（2）操作過程中，現場值班員在主熱傳輸泵軸封流量調節閥處待命。在主熱傳輸泵軸封注入流量低于限值時安排現場值班員通過開大主熱傳輸泵軸封流量調節閥的方式調節注入流量到正常范圍，調節過程應該緩慢，避免軸封流量的大幅度波動。

（3）更換過程的節點：投入更換完濾芯的過濾器的過程中，緩慢開大軸封過濾器入口隔離閥時，主控室與現場保持熱線聯系，每次緩慢開微小的開度，聽到水流節流聲后，立即停止操作，維持閥門現有的開度，減少主熱傳輸泵軸封過濾器注水對主熱傳輸泵軸封注入流的影響。

（4）切換主熱傳輸泵軸封過濾器過程中，緩慢打開備用軸封過濾器出口隔離閥，將備用的過濾器投入運行，并密切關注主熱傳輸泵軸封注入流流量的變化，如果操作期間主熱傳輸泵軸封注入流流量發生異常變化，超過干預值，應該立即停止操作。

3.2 典型問題二

針對疏水前打開軸封過濾器排氣閥和充水前打開過濾器入口隔離閥可能導致重水收集系統的液位上升速率過快。

（1）通過多種途徑確認疏水情況。在微開主熱傳輸泵軸封過濾器入口隔離閥時，因過濾器是疏空狀態，有個充滿水的過程，因此需要判斷是否有水流過，閥門的打開過程需要緩慢操作，而不能一下子開度很大。確認可以通過用以下方式確認：

第一，現場有水的節流聲和管道輕微振動；

第二，主控室監視軸封注入流是否緩慢下降；

第三，現場可以通過就地液位變化輔助判斷。

充水操作的經驗數值為在入口閥開度約1/12圈時，約1分鐘后過濾器會充滿水。由于房間噪音本底較大，可以在主熱傳輸泵軸封過濾器充水的過程中，短時停運對應區域的就地冷卻風機，現場工作人員就可以比較清晰地聽到節流的聲音，輔助判斷充水情況。

過濾器沖洗的過程中，疏水閥的打開可能導致主熱傳輸泵軸封注入流異常下降和重水收集系統液位上升過快。在打開疏水閥對出口管線進行沖洗時，通過現場閥門有節流聲和重水收集系統液位是否上漲來判斷是否有水流過。確認有水流過后可以在主熱傳輸泵軸封流量不變的情況下適當開大疏水閥，若主熱傳輸泵軸封流量出現減小的趨勢，應立即停止開大疏水閥。

（2）加強窺視窗水流的判斷的學習：第一，用手電筒從窺視窗背面斜照，開始前窺視窗無水，光線明亮，壁面可能有殘余水滴。在排氣過程中有夾帶氣泡的水流。有穩定水流時窺視窗內部更清澈，光線有折射感，滿管水時壁面看不到水滴，偶爾會有微小的氣泡。第二，測溫儀比較前后溫差，開始前溫度約20℃，滿管后來自上充泵水約30℃疏水后的溫度會上升10℃左右。

（3）執行充水以及備用過濾器排氣的過程中時，主控室與軸封過濾器入口閥和排氣閥操作人員聯系，以便在出現異常情況時及時關閉響應閥門。

（4）執行操作前，先驗證重水回收系統兩臺泵打水能力滿足設計要求，在執行充水操作時將兩臺泵置于自動打水模式。

（5）根據運行經驗總結在過濾器沖洗過程中重水回收系統液位上升的經驗值并將相對應的經驗值固化在運行手冊上。

4 結語

通過分析主熱傳輸泵軸封過濾器更換中典型問題產生的原因，結合運行經驗數據，完善了主熱傳輸泵軸封過濾器更換過程中的風險應對措施，通過機組的實踐，這些應對措施可以達到如下的效果：

（1）減少主熱傳輸泵軸封過濾器更換期間對于主熱傳輸泵軸封注入流的影響，避免主熱傳輸泵的振動的異常上升；

（2）避免主熱傳輸泵軸封過濾器更換期間重水回收系統液位上升過快導致重水回收系統滿溢；

（3）降低了主熱傳輸泵軸封過濾器更換期間降壓盤管堵塞的風險。