滨海核电站循环水泵膨胀密封的应用分析

经验交流机电工程技术2015年第44卷第04期DOI: 10. 3969 /j. issn. 1009- -9492. 2015. 04. 032滨海核电站循环水泵膨胀密封的应用分析李振，易琳，张宇(中广核工程有限公司，广东深圳518124)摘要:从描述循环水泵膨胀密封气囊技术改进入手，分析了膨胀密封现场组装成功率低的原因，讨论了不同形式膨胀密封对循环水泵安装和维修:工作的影响，提出了国内部分核电站循环水泵膨胀密封的应用建议。关键词:核电站;循环水泵;膨胀密封;安装;维修;应用中图分类号: TM623.4文献标识码: A文章编号: 1009 - 9492(2015) 04- 0116-06Application & Analysis of the Inflatable Seal of the Circulating W aterPump in a Coastal Nuclear Power PlantLI Zhen，YI Lin, ZHANG Yu(China Guangdong Nuclear Power Engineering Co. Ltd, Shenzhen518124, China)Abstract: Based on the technical adaptation on the inflatable seal of circulating water pump, the reasons for the low success rate of theinflatable seal on site assembly has been described in the paper. The efects of diferent forms of the inflatable seal on the intallation andmaintenance work for the circulating water pump has also been analyzed and the application of the inflatable seal has been suggested insome domestic coastal nuclear power plants.Key words: nuclear power plant; circulating water pump; inflate seal; installation; maintenance; application1背景Y核电站1/2号机组循环水泵在安装与调试期国内滨海核电站循环水泵一般设置中空充气间多次发生膨胀密封气囊故障，后经两次技术改式膨胀密封，膨胀密封主要功能是水泵检修期进解决了问题。本文总结了循环水泵膨胀密封故间，在不必抽掉泵入口渠道海水的情况下，通过障处理过程和气囊粘接工艺的技术改进，分析了投入压缩空气，使密封膨胀与泵轴紧密贴合将海不同形式膨胀密封对循环水泵安装和维修工作的水隔绝，便于泵轴封等部件的维护检修，减少循影响以及国内部分核电站循环水泵膨胀密封的应环水泵检修工期与工作量。膨胀密封依据密封间用情况。隙尺寸、流体压力、膨胀收缩率等进行结构设2膨胀密封气囊的现场更换计"。根据膨胀密封气囊截面形状，可分为圆形、Y核电站1/2号机组循环水泵按照水泵、齿轮梯形、矩形、0形等。按设计有无粘接口，可分箱、电机、润滑油站等形式发货，水泵结构如图为粘接式和整圈式。根据气囊与密封其他部件的1所示。膨胀密封气囊由某橡胶院分包设计供组装形式，可定义为分解式和集装式。膨胀密封货，膨胀密封组件与泵芯组装后发运。作为停车密封，在循环水泵设计选型时通常与主2012年3月下旬，1号机组循环水泵轴密封形式结合考虑。一般主轴密封选择机械密(1CRFOO群Vr 1中国煤化工. 做膨胀密封气密封的水泵，以配置集装式膨胀密封为主，而选择性试验时THCNMH(:决定现场实施密填料密封的水泵，以配置分解式膨胀密封为好。封拆卸和气囊更换，到4月上司，现场做了两次复收稿日期: 2014-11-11116李振等:滨海核电站循环水泵膨胀密封的应用分析.经验交流装，由泵厂人员和橡胶院人员实施，但两次试验都660 mm，截面形状为“A”字形。最初气囊阳、不合格。4月中旬橡胶院做技术改进，5月初按改阴端头采用对接形式粘接(如图2所示)。根据进的粘接方法现场重新粘接试验，发现下层气囊合阳、阴端头不同位置的受力情况以及对粘接强度格，而上层气囊不合格，最后经两次修整后成功。的不同要求，选用两种胶黏剂。A型胶黏剂为可赛新1480，用于图2所示的交叉线区域; B型胶黏剂为双组份胶黏剂，组分一是葛洲坝牌LDJ-281，组分二是聚异氰酸酯，组分- -与组分二按10: 1的重量比配制，用于图2所示斜线区域。从粘接区域看，阳端头外围接触面积大，粘接质量容易保证，而其他接触面积较小，特别是交叉线区域，由于粘接时难以施加外力，粘接力不强，粘接质量难以控制。1号机组循环水泵气囊漏点多发生在此区域。另外，从膨胀密封组件结构看(如图3所示)，其上、下层气囊与隔环、支撑环、底座等组成气腔，在隔环与支撑环之间，包括下层密封支撑环与密封底座之间为金属面接触，虽然气囊可压缩，但严密性能较难保证，成为气密性的薄弱环节。橡胶院第一次粘接工艺改进方式是: 在气囊的阳端头与阴端头对接处的内部粘接一块胶皮;端头粘接时，阳端头内部放置--块盐芯作为支图1循环水 泵结构示意图回顾1号机组循环水泵气囊更换过程，从4月9日拆除密封开始，共经历5次复装试验，使用6根气囊，历时1个月。(a)阳端头.(b)阴端头2012年5月中旬，泵厂按照第一次改进工艺图2阳阴端 头示意图组装2号机循环水泵膨胀密封，发现密封气密性仍不合格，为此要求橡胶院做第二次改进并在现场实施气囊更换。在8月份，现场按新工艺装配. 0型圈了两台循环水泵膨胀密封，4根气囊粘接都获成功。但在其后更换1号机循环水泵(1CRF002PO)膨胀密封气囊(因供气管线管嘴腐密封压盖蚀断裂导致膨胀密封进水)时，由于泵厂新派人上部隔环员操作不熟练，又发生膨胀密封试验不合格，最上层密封支撑环O型圈终经4次复装试验完成。中国煤化工下层密封支撑环3膨胀密封气囊的技术改进YHCNMHG密封底座3.1第一次技术改进膨胀密封气囊内圈直径590 mm,外圈直径为图3膨胀密封组件示意图117经验交流机电工程技术2015年第44卷第04期持，以方便施加外力，提高粘接强度，粘接好后度、湿度等)等因素外，更重要的因素取决于气用热水融化盐芯排出盐水;将A型胶黏剂改为汉囊的可粘接性能、端头的设计形式、密封组件的高乐泰401。为保证粘接质量，现场加强了过程组合形式、胶黏剂的配制、粘接工艺保证和操作控制:使用电子天平(精确到0.001 g)，按10:1人员的熟练程度等。以下从膨胀密封的设计选型配制B型双组份胶黏剂;在密封腔室上下隔环与和制造组装过程进行分析。密封支撑环之间涂抹法兰密封胶。4.1设计选型过程3.2第二次技术改进在设计选型阶段，需要重点关注气囊的胶种橡胶院第二次技术改进重新设计了气囊的端选择。由于海水腐蚀性强，胶种选择需要考虑耐头形式，将腐蚀、耐老化、耐磨损、可粘接性、气密性、加气囊的阳端工特性等要求。目前国内核电站循环水泵气囊材头与阴端头质主要是硅橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁粘结方式改腈橡胶等四种。硅橡胶属于特种合成橡胶，具有为套接方式最大的工作温度范围(-100 C~350 C)，用于密(如图4所封主要缺点是高透气性，透气率较普通橡胶大数示)。同时为十至数百倍”。其他三种是通用合成橡胶，其中三提高粘接可元乙丙橡胶(EPDM) 耐老化性能优异，在现有靠性，设计通用橡胶中是最好的，但最大缺点是硫化速度了气囊专用慢，比一般合成橡胶要慢3~4倍，自粘性和互粘夹紧工具性都很差，不易粘合。氯丁橡胶气密性能除不如(如图5所丁基橡胶外，比其他合成橡胶都好，但氯丁橡胶示)。两种胶在低温下易结晶，致使弹性下降，如果在橡胶聚黏剂中，A合过程中引人第二单体(如苯乙烯)，可降低结晶型胶黏剂用作用，从而改善其耐寒性能。丁腈橡胶耐石油基日I图4气囊端头 套接示意图于距阳端头油类、苯等非极性溶剂的能力很好，耐水性和气5mm处粘接密性比较好，但耐天候性和耐臭氧性能较差。表面;B型胶黏剂用于阳端头剩余20mm的粘接1是三种通用合成橡胶的主要特性”。面(阳端头总长25 mm)。表1三种通用合成橡胶 (生橡胶)的主要特性性能氯丁橡胶丁腈橡胶三元乙丙橡胶耐磨性良耐热老化性.可优耐天候性耐臭氧性生耐水性耐油性耐温性, C -35~130-40-130-60-150气密性加工特性图5气囊夹紧 工具示意图中国煤化工4膨胀密封现场组装成功率低的原因分析4.2制造MHCNMHG,膨胀密封现场组装成功率，除了受制于现场的生厂一般迪过塑烁、混炼、压延、压粘接操作条件(空间狭小)和环境因素(如温出、成型、硫化、修边等几道工序。通常橡胶院118 |李振等:滨海核电站循环水泵膨胀密封的应用分析经验交流采用模压一次成型:工艺。在气囊生产制造过程5国内滨海核电站循环水泵膨胀密封的应用中，需要重点检查气囊的本体质量和粘接口的加分析.工质量。目前国内核电站循环水泵停车密封形式一般气囊的成品检验--般依靠气密性试验和水压是分解式膨胀密封和集装式膨胀密封。分解式膨试验。气密性试验目的是检查气囊的本体质量,胀密封，气囊与其他密封部件相对独立，可在无指标要求是:气压0.22 MPa压力，半小时压降控需解体泵条件下实施现场更换，具有便于维修、制在10%以内。水压试验目的是检查膨胀密封与更换工期短、维修成本低等优点，由于零部件较泵轴的配合情况，验证膨胀密封组件的密封性多，密封可靠性相对较差。集装式密封是气囊与能，指标要求是:气压0.2 MPa压力，能够密封其他密封部件组成- -体， 密封可靠性相对较高，10~ 15 m水头压力，仅有微量泄漏;气压0.3 MPa不能现场拆解，只能在泵解体后实施维修更换，压力，能够密封20~ 30 m水头压力，仅有微量泄相对地维修工期长而费用大，需要考虑泵人口渠漏。在气囊检查试验过程中，需要重点关注气囊道排水、泵解体、密封更换及水泵复装试验等工的粘接成功率、以及发运前气囊的成品保护。期。通常膨胀密封设计寿命为5-10年左右，按照在膨胀密封与水泵芯包组装前后，分别对膨设备运行维修手册要求，每年进行- - 次运行检查胀密封进行两次气密性检查，以验证气囊质量可试验，五年进行--次全面检查。靠和组装质量可靠。检查合格后，膨胀密封组件5.1膨胀密封形式对安装和维修工作的影响将随泵芯整体发货。在膨胀密封装配过程中，需以Y核电站1/2号机组循环水泵为例，该水泵要重点检查装配工艺实施过程和气密性试验结果。配置分解式膨胀密封，单台水泵密封的更换过程4.3根本原因分析需要计算泵人口渠道排水工期(按2天计)和密依据根本原因分析方法(RCA), 从人机料法封更换工期(按7天计)，总计9天，对机组大修环测(5M1E) 六个方面对Y核电站膨胀密封气囊工期安排影响不大。费用方面，可考虑聘请泵厂现场粘接的失效原因进行分析。根据Y核电站现人员(按3人计)实施更换，单台水泵需要支付场气囊更换经验，除却人员、机器、环境、测试厂家人员21个人.日费用及其他费用。等方面因素外，导致膨胀密封现场组装成功率低如配置集装式膨胀密封，需要考虑泵人口渠的根本原因是气囊橡胶可粘接性能较差、粘接口道排水、泵解体、密封更换、水泵复装、密封试设计形式存在缺陷、密封腔室的严密性能存在不验等工期，考虑到电厂维修人员技术能力强，工足。现场气囊粘接组装试验不合格的根本原因分作组织细致，估计在23天左右(考虑2天排水工析如图6所示。期加21天解体组装工期)，对大修工期影响较人员机器材料橡胶可粘接性能较差操作人员经验不足密封压紧工具使用效果差黏结剂现场适应性差气囊粘接组装试验不合格气囊粘接口设计形式缺陷施工环境潮湿、闷热气源管线有漏点密封腔室的严密性能存在不足黏结剂配比称量工具不准操作空间狭小气压试验压力表精度不高方法环境测试中国煤化工YHCNMHG图6 气囊粘接组装试验不合格的根本原因分析图119经验交流机电工程技术2015年第44卷第04期大。费用方面，不考虑排水费用，单台水泵按6下，气囊泄压后不能复位，启泵后发生抱轴，密人工期21天为基，需要支付126个人.日费用及其封随泵轴转动导致气嘴拉脱损坏，最终通过调整他费用。轴封水和压缩空气的投送程序避免抱轴风险[4]。5.2国内部分核电站循环水泵膨胀密封的应用分析L核电站二期3/4号机组循环水泵为国外产国内滨海核电站循环水泵气囊的材质、粘接品，配置集装式膨胀密封，气囊为整圈式，两道工艺等存在较大差异，表2对比分析了国内部分密封，不需现场粘接。考虑到该泵与Y核电站1/2滨海电站循环水泵的膨胀密封设计特点和现场更号机组结构基本相同，为便于检修，建议改造为换条件。分解式膨胀密封。另外，由于硅橡胶制品价格昂其中D核电站1/2号机组循环水泵为国外产贵，建议将材质改为氯J橡胶。品，配置集装式密封，包含两道密封，气囊为现H核电站1/2号机组与N核电站1~4号机组循场粘接式。必须通过解体水泵后进行现场粘接，环水泵为同一厂家生产，配置集装式膨胀密封，同时采取加热硫化工艺。2010年8月以前，历次为国外产品，整圈式，一道密封，不需现场粘密封更换都聘请外方技术人员，每次更换过程包接。截至目前，未发生膨胀密封问题。不过对于括前期试粘接和后期现场粘接。2010年8月，电H核电站，由于地处东北，冬季温度低，以氯丁橡厂经过技术研发掌握了完全自主化的粘接程序。胶为材质的膨胀密封能否经受寒冷气候的考验,需L核电站一-期1/2号机组循环水泵为国外产要重点关注，必要时考虑实施氯丁橡胶改性处理。品，配置集装式膨胀密封，气囊为整圈式，- -道密Y核电站3~6号机组与H核电站1/2号机组、封，不需现场粘接。在循环水泵调试和试运行期间N核电站1~4号机组的循环水泵为同一厂家生发生两次膨胀密封抱轴导致密封损坏事件，其根本产，设计上将膨胀密封改为两道密封。两道密封原因是膨胀密封设计存在缺陷，在轴封水压作用互为备用，提高了膨胀密封的可靠性。由于进口表2国内部分 滨海核电站循环水泵膨胀密封的设计特及改进建议项目停车密封主轴密封现场检修改进建议厂址膨胀气囊材质与结构形式轴封形式气囊更换条件材质:氨丁橡胶拆泵检修,准备泵体拆采用国产整圈式膨胀密封D核电站12机组形式:集装式，可现场粘接机械密封装专用工具和密封夹紧工 (氣丁橡胶) 替代进口粘接式数量: 2道具、加热硫化装置密封材质:氣丁橡胶拆泵检修，准备泵体拆L核电站12号机组形式:集装式，无需现场粘接盘根密封装专用工具, 聘请外方技术(氯 T橡胶)替代进口粘接式数量: 1道支持材质:硅橡胶采用分解式膨胀密封，材L核电站3/4组盘根密封装 专用工具,聘请外方技术质由硅橡胶改为氯丁橡胶材质:氯丁橡胶对于H核电站,氯丁橡胶H核电站1/2号机组;改性处理，提高耐寒性能;N核电站1~4号机组;数量: 1道(H核电站1/2号机组; N核电站机械密封装 专用工具,聘请外方技术Y核电站3~ 6机组1-4号机组); 2道(Y核电站3- 6机组)替代进口整圈式膨胀密封材质:三元乙丙橡胶不需拆泵检修，准备密三元乙丙橡胶改性处理，H核电站314号机组、Y形式:分解式，可现场粘接盘根密封封夹紧工具和盐芯， 可聘请或更换为氣丁橡胶， 密封组件核电站1/2号机组中国煤化工材质:丁腈橡胶NBR60.JHCNMHG.F核电站1/2号机组形式:分解式，气囊两端头封闭，可现场粘接盘根密封 封夹分象胶改为氯丁橡胶数量: 2道.家人员技术支持120李振等:滨海核电站循环水泵膨胀密封的应用分析经验交流膨胀密封价格奇高，单根密封15万左右，目前装注，必要时考虑改成氯丁橡胶。配此种密封的循环水泵总计20台，膨胀密封数量6结论总计28根，而国产膨胀密封- -般3万元- -根，从膨胀密封的可靠性直接影响循环水泵的安装实施国产化替代角度，配备20台循环水泵膨胀密调试和运行维修。在循环水泵招标过程需要进行封单次节省336万元，效益比较可观。分解式和集装式两种膨胀密封的可靠性和经济性H核电站3/4号机组与Y核电站1/2号机组的分析。在合同执行阶段，需要将膨胀密封作为重循环水泵为同一厂家生产，配置分解式膨胀密要的设备部件，加强膨胀密封设计、制造、试封，国内产品，两道密封，可现场粘接。该膨胀验、组装等环节的质量控制。对于已安装运行的密封结构经历两次技术改进，现场复装成功率得到循环水泵，建议实施膨胀密封的国产化替代和必提高，但还难以保证每次成功，有必要在生产运行要的技术改造，提高膨胀密封的可靠性。阶段根据运行维修情况加以改造，如三元乙丙橡胶参考文献:改性处理或更换为氯丁橡胶以提高密封粘接性能,[1]车佳英.充气膨胀密封[J] .特种橡胶制品，1994,15 (2): 33-34.密封组件优化提高各层密封结合面的气密性等。[2] 张玉龙，孙敏.橡胶品种与性能手册[M] .北京:化F核电站1/2号机组循环水泵配置分解式膨胀学工业出版社，2006.密封，国内产品，两道密封，端头设计为封口[3]涂湘缃.实用防腐蚀工程施工手册[M] .北京:化学式，粘接方式为两端面对接，可现场进行粘接。[4]邱逵达，赵昔.岭澳核电站循环水泵气囊密封损坏机.工业出版社，2000.膨胀密封一般在工厂内粘接号后以整圈形式随泵理分析[J] . 润滑与密封，2003 (4): 82-84.体部件散件供货。1 号机现场安装期间发生两台循环水泵膨胀密封因气嘴粘接口划伤和本体漏气第一作者简介:李振，男，1972年生，山东胶南人，大问题而实施更换处理。鉴于丁腈橡胶耐天候性和学本科，高级工程师。研究领域:核电项目的设备采购与耐臭氧性的弱点，需要在电站运行期间加以关合同执行管理。已发表论文3篇。(編辑:王智圣)(.上接第63页)用户在上一级界面选择不同的设置时，该窗体上的嵌入式应用开发[M] .上海:上海交通大学出版对应的按键会显示为灰色(不可用)或是正常色社，2011.(可用);同时，不同的错误信息出现时，给对应[3] 聂可富.基于RS- -485总线的抄表系统设计[D] .南.京:南京航空航天大学，2011.的标号赋值，用于信号的监测与显示。[4] 仲林国.基于机器视觉技术的嵌入式系统的研究5总结[D] .杭州:浙江大学，2005.论文针对在儿童书籍在印后的配页过程中出[5] 谢云山，刘一兵，陈晓富. PC8051F020在HART流量现的多帖、少帖、错帖等不足现象，设计了条形仪表卡应用中的抗干扰设计[J] .自动化与仪器仪表，2009, 1 (141): 86-88.码阅读器结合单片机构成嵌人式控制系统，并从.[6] 兰冬情，熊庆国.基于CH372的USB通信技术的研究软件和硬件方面进行了优化设计。计算机为主[J] .信息技术，2011 (8): 102-103.机，单片机为从机，通过RS485串行通讯口，将[7] Junhao Niu.Design of USB- CAN Controller Based on控制单元的检测信息写人计算机数据库。并运用PIC18F4580 [J] . Procedia Engineering， 2012 (29) : .VB编写人机可视化界面，用户可以实时、简单、329-333.快捷地对生产线进行监控和错误处理。该研究成[8] 周立功. ARM嵌入式系统基础教程:第二版[M] .北果已在德阳市某印刷厂试用成功，书帖配页过程京:北京航空航天大学出版社，2008.[9] lan Doyle. How to protect your RS- -485 [J] . Electronics的错误率已从15%降至3%。大大提高了书籍在配Weekly, 2011, 2468: 17-18页过程中的质量，对以后类似书帖检测具有借鉴[10] 饶勇刚.采用MAX813L芯片对复位电路可靠性提高意义和推广价值。的讨中国煤化工(12): 49-50.CNMHG[1] 张荣宝.配页机中书帖检测系统的研究[D] .上海:第一作者简介:"胡小青，女，1980年生，河南周口人，硕复旦大学，2006.士，讲师。研究领域:机械电子工程。已发表论文6篇。[2] 英特尔软件学院教材编写组.基于英特尔凌动TM平台(编辑:向飞)121