岭澳核电站循环水泵气囊密封损坏机理分析

岭澳核电站循环水泵气囊密封损坏机理分析邱逵达赵昔(广东核电合营有限公司技术部深圳518124)摘要:岭澳核电站在循环水泵调试及试运行期间，在短短的三个月时间内，损坏了两台水泵的气囊密封,检修过程耗费了大量的人力物力。如果该故障发生在机组运行期间，就会影响机组的稳定运行，甚至会带来巨大的经济损失。本文以气囊密封试验台架的试验结果为依据，通过理论计算证明，循环水泵的气囊密封设计存在致命缺陷，提出了运行和维修操作防范措施，以避免故障的重复发生。关键词:循环水泵气囊密封气青密封失效理论计算 气囊密封台架试验 T11b PThe Analysis of Failure Mechanism of Inflatable Seal inCirculating- water Pump at Lingao Nuclear Power StationQiu Kuida Zhao Xi(Technical Department of Guanglong Nucler Power Joint Verture Company Ld, shernchen 518124, China)Abstract: During the trial period of crulaing water pump, there are two maintenance inlable seals danaged in three mootbs. Based on theresult of the inatable seal, bench test and the tereical calculation ，we found the deign touble of the inable seal and sugested an operationand maintenance measure to prevent the acident.Keywords: Circulating water Pump maintenance Inatable Seal Calculation of Infatable seal Failure Inatableseal Bench Test.岭澳核电站为两台980MW的压水堆核电机组，循环水泵盘根的更换周期为一个换料周期， 在机核电站正常运行和汽机旁路时冷却所须的冷却水由循组正常运行期间，若出现盘根失效情况，采用投气封环水系统中的循环水泵提供。循环水系统的布置为每维修盘根是最简单和经济的方法。为便于分析气封失台机组配备两台循环水泵，由英国的ALSTOM Fuides效的原因，以1号机的1号循环水泵气封损坏为例，etMecanique公司制造，每台水泵提供机组冷却所须介绍该问题发生的过程。冷却水量的一半。系统中如果一台泵发生故障, 则电盘根压盖供水管线站三台凝汽器的- -半将无循环水供应，这会导致汽轮机组降负荷运行。岭澳核电站在短短3个月时间接连发生了两次循盘根.泵轴套益环水泵气囊密封(以下简称气封)损坏事件,分别为1号机的1号循环水泵和2号机的2号循环水泵。为了更换损坏的气封，需在进水渠道中放置闸门隔离海水、抽干涵道内海水、全面解体水泵，检修活动需历图1岭澳核电站循环水泵 密封结构图时半个月时间，耗费大量的人力物力。如果该故障发电站运行人员在设备巡视时发现:该泵的轴封漏生在机组运行期间，就有可能影响机组的稳定运行,量异常增大，轴封水压力过低(0. 13MPa),而轴封水甚至会带来巨大的经济损失。供水系统正常。经维修人员调节盘根紧度后泄漏正1事件过程常，但轴封水压力还是偏低。为了检查泵的盘根是否岭澳核电站循环水泵气封的作用是在维修泵的盘损坏，采用投泵气封的方法，以确认轴封的下部两道根时，投入气封以阻挡海水的泄漏，而不用抽掉水泵盘根是否有泄漏。试验过程中，气封的气压为人口的海水，节约检修时间。水泵轴封的结构图如图0.2MPa，充气后轴封水压为0.34MPa,保持约20min,1所示。然后排气泄压。2h 后启动循环水泵，发现泵气封排作者简介:邱逵达，男，1968 年生，工程师，从事广东核电合营有限公司的常规岛设备管理工作.E- mail: giukuida@ hotnil. com82中国煤化工《润滑与密封》MYHCNMHG气阀向外冒出盐水,分析判断泵的气封已损坏，轴封示。这样，即使气封排气后气封仍抱在水泵的泵轴水通过损坏的气封进人气封充气管线。上。泵启动后，因气封中无气但抱紧在泵轴上,气封2原因分析随泵逆时针(电机方向看)转动，导致气封的气嘴被(1)故障模式分析拉脱而气封损坏。根据RCA (根本原因分析)方法，对循环水泵气2)气封损坏的力学计算封潜在失效模式进行了分析,泵气封失效的可能原因为简化计算,我们取一-单位体积的气封为研究对有:①气封在出厂前已损坏;②出厂前气嘴处有小破象，研究其受力情况，如图4所示。口，充气后导致破口增大而损坏;③气封安装不到位;当气封排气后，N2=0, Fm=uN， Fn2=pP2,④气封在气嘴处有气泡等质量缺陷;⑤泵轴上的海生F2= Fi-Fm物刮坏气封;⑥轴转动时气封抱住转轴转动而损坏。以事故时的轴封水压力0.34MPa 作用在气封采用排除法，最可能的原因为⑥,即泵轴转动(φ400x12)为例，计算气封受的最大压力F.为:时，气封抱住泵轴转动而损坏。而在该故障模式中，F1=PS=0.34* (π2-π2)=0.34MPa*3.14*又存在六种可能，按可能性大小依次为:①水封压住[(20.6cm)2(20cm)2] = 2600N气封不能复原;②泵启动后气封内充人空气;③气封BFQ即作用在气封上的轴封水压力为2600N,通排气后不能自动复原;④气封与轴之间间隙太小;⑤过拉伸试验得到气封的回复力N.为870N,而气封与泵启动前气封内有空气;⑥气封粘住转轴不能复原。不锈钢件的摩擦系数为0.5~ 0.8,取μ=0.5,从而得气封损坏的原因怀疑为:因泵轴的轴封水保持在到:3.4MPa，泵气封虽然经过排气阀排气,现场表压指示为零，但气封因轴封水的压力仍抱紧在泵轴上。泵启考虑最理想情况，假定Fm为零,得到Fn= F2*动后，气封随泵逆时针(电机方向看)转动，气封的μ=Fi* μ= 2600 * 0.5= 1300N气嘴被拉脱而导致气封损坏。之后，泵轴封水从气封比较气封与盘根盒的摩擦力Fm和气封的回复力排气阀流出。根据泵的气封解体的情况看:气封沿泵N的大小,得到Fun>N。的转动方向转了30~ (约 10em),如图2所示。气封沿可见，气封不能回复。气封槽周向有约2cm的突起，也证明了是故障模式3循环水泵气封试验 台架的设计与试验①。对上述分析结果供货商ALSIOM Fuides et Mecanique持不同看法,该公司的专家认为:tM10O味1无论泵轴封水压多大,都不会T导致气封抱在轴上,怀疑为海\ |5气河生物卡涩或操作错误导致气封泵轴侧损坏,也即设计.上不存在问题。为了查找循环水泵气封损坏的F为水对气封的压力;图2 ICRFOOIPO 气封损坏图根本,原因,我们研制了一个试F为盘根盒对气封的弹(2)故障机理分析及计算验台架,模拟现场的实际情况,力;Fm为气封与泵轴的1)气封损坏机理分析以验证气封“失效模式⑥-故摩擦力;Fn为气封与盘障模式①水封压住气封不能复根盒的摩擦力; M为瓶原”的可能性。封回复力;N2为气封充充气原理(1)气封试验台架的设计气后对泵轴的压力。图4气封受力分析图泵轴侧’气封泵轴倒泵董泵轴侧^气封唇部气封试验台架的设计尽可能地模拟现场循环水泵|3 气封损坏机理图运行的实际工况,也即泵在运行一段时间后,因泵轴与因轴封水压在泵的气封上，气封排气后,气封的泵盖的同心度存在偏差,盘根磨损后,轴封水会通过盘回复力不足以抵消气封与气封槽的摩擦力，如图3所根室中的下两道盘根流到海水中,即下两道盘根与泵中国煤化工有轴封水(水压为2003年第4期YHCNMHG8压力表试验前,制定了严格的试验步骤:通过调整供气阀隔离阀③刷肖民门，保证气封的供气压力为0.2MPa;之后,打开供水阀一Xxμ←- x_-门①和②,再打开减压阀③(图6),调整水封压力为不进水管线进气管线盤根室同的设定值。通过试验,得到如图7所示的轴封水压水村班十R气封力与气封抱轴的关系曲线。试验平台从图7看出,一定的轴封水压会导致气封不能复原而抱在泵轴上。轴封水压力为0.2MPa时,气封局部抱在泵轴上;轴封水压力为0.33MPa时,气封完全抱在图5气封试验台 架设计原理图泵轴上,且气封被压紧的时间大于2h。0.34MPa)的情况下，气封(压力为0.2MPa)投入,检查4 根本原因与预防措施气封是否抱在泵的转轴上。其设计原理图如图5所(1)根本原因示。循环水泵试验台架的多次试验证明:循环水泵的(2)气封试验台架的研制与试验过程气封设计存在缺陷,且厂家没有给出明确的运行维修为保证台架的转轴(水泵的轴套)与盘根室(水泵的操作警告。当轴封水压力为0.33MPa时，气封充气泵盖)的垂直度,关键部位尺寸精度完全与泵的设计参0.2MPa 后排气(压力表指示为零),气封不能复原,仍数-致,特别是气封与盘根室的配合公差- -定 要得到保抱在轴上。可见,岭澳核电站两次循环水泵气封损坏，证。设计了台架的可调节支撑以保证台架的水平度;为是厂家设计气封时考虑不足导致。气封损坏的根本原了保证台架的转轴与盘根室的同心度,在固定泵轴套垂因为:轴封水压作用在气封上,气封卸压后不能复位而直作用于台架平面上后,同时在盘根室的90%对称位置环绕在泵轴上。泵启动后,气封随泵逆时针转动,直到设计了四个可调节支架。气封试验台架见图6。气嘴被拉脱而损坏。(2)预防措施因设计缺陷已不可能在短时期内得到纠正,必须在运行操作和维修试验过程中采取一定的防范措施，才能防止事故的重发。为此提出的预防措施有:1)修改运行操作规程,将原规程中每次停泵后必须投气封的操作删除。因为只有在盘根损坏时,才须停泵投入气封检修盘根。正常的停泵操作,不必投气图6气封试验 台架总装图封。1)试验主要验证的论点2)在检修盘根的活动中,应避免任何有轴封水的①轴封水是否会导致气封不能复原而抱在泵轴情况下投气封的操作,特别应禁止任何有轴封水的情上?况下,投气封后又不进行轴封水泄压而直接启泵的操②水压在多大的情况下,气封被压住泵的转轴而作。这样就可以避免轴封水作用在气封上,导致气封不能复原?泄气后仍不能复原而损坏事故的重发。③水压在多大的情况下,气封被压紧的时间大于5结束语2h(模拟事故时气封泄压到启泵的时间间隔)?岭澳核电站循环水泵充气密封损坏原因明确后，处完会不温求针对问题产生的原因采取了相关的预防措施。实践证明,预防措施是有效的,对提高循环水泵的可靠性具有重要意义。循环水泵的可靠性提高了,核电站的安全稳定运行也就得到了保证。气封处党全国小参考文献复营马自地之[]岭澳核电站循环水系统设计手册(PIXI7CROO2GSYS4SCNREW.E).[2]岭澳核电站循环水泵运行与维修手册图7气封试验结 果图(LX2E0MM001B2445SS REW.B).2)试验过程及记录84中国煤化工《润滑与密封》YHCNMHG