嶺澳核電站循環(huán)水泵氣囊密封損壞機理分析

嶺澳核電站循環(huán)水泵氣囊密封損壞機理分析邱逵達趙昔(廣東核電合營(yíng)有限公司技術(shù)部深圳518124)摘要:嶺澳核電站在循環(huán)水泵調試及試運行期間，在短短的三個(gè)月時(shí)間內，損壞了兩臺水泵的氣囊密封,檢修過(guò)程耗費了大量的人力物力。如果該故障發(fā)生在機組運行期間，就會(huì )影響機組的穩定運行，甚至會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失。本文以氣囊密封試驗臺架的試驗結果為依據，通過(guò)理論計算證明，循環(huán)水泵的氣囊密封設計存在致命缺陷，提出了運行和維修操作防范措施，以避免故障的重復發(fā)生。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵氣囊密封氣青密封失效理論計算 氣囊密封臺架試驗 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.嶺澳核電站為兩臺980MW的壓水堆核電機組，循環(huán)水泵盤(pán)根的更換周期為一個(gè)換料周期， 在機核電站正常運行和汽機旁路時(shí)冷卻所須的冷卻水由循組正常運行期間，若出現盤(pán)根失效情況，采用投氣封環(huán)水系統中的循環(huán)水泵提供。循環(huán)水系統的布置為每維修盤(pán)根是最簡(jiǎn)單和經(jīng)濟的方法。為便于分析氣封失臺機組配備兩臺循環(huán)水泵，由英國的ALSTOM Fuides效的原因，以1號機的1號循環(huán)水泵氣封損壞為例，etMecanique公司制造，每臺水泵提供機組冷卻所須介紹該問(wèn)題發(fā)生的過(guò)程。冷卻水量的一半。系統中如果一臺泵發(fā)生故障, 則電盤(pán)根壓蓋供水管線(xiàn)站三臺凝汽器的- -半將無(wú)循環(huán)水供應，這會(huì )導致汽輪機組降負荷運行。嶺澳核電站在短短3個(gè)月時(shí)間接連發(fā)生了兩次循盤(pán)根.泵軸套益環(huán)水泵氣囊密封(以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣封)損壞事件,分別為1號機的1號循環(huán)水泵和2號機的2號循環(huán)水泵。為了更換損壞的氣封，需在進(jìn)水渠道中放置閘門(mén)隔離海水、抽干涵道內海水、全面解體水泵，檢修活動(dòng)需歷圖1嶺澳核電站循環(huán)水泵 密封結構圖時(shí)半個(gè)月時(shí)間，耗費大量的人力物力。如果該故障發(fā)電站運行人員在設備巡視時(shí)發(fā)現:該泵的軸封漏生在機組運行期間，就有可能影響機組的穩定運行,量異常增大，軸封水壓力過(guò)低(0. 13MPa),而軸封水甚至會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失。供水系統正常。經(jīng)維修人員調節盤(pán)根緊度后泄漏正1事件過(guò)程常，但軸封水壓力還是偏低。為了檢查泵的盤(pán)根是否嶺澳核電站循環(huán)水泵氣封的作用是在維修泵的盤(pán)損壞，采用投泵氣封的方法，以確認軸封的下部?jì)傻栏鶗r(shí)，投入氣封以阻擋海水的泄漏，而不用抽掉水泵盤(pán)根是否有泄漏。試驗過(guò)程中，氣封的氣壓為人口的海水，節約檢修時(shí)間。水泵軸封的結構圖如圖0.2MPa，充氣后軸封水壓為0.34MPa,保持約20min,1所示。然后排氣泄壓。2h 后啟動(dòng)循環(huán)水泵，發(fā)現泵氣封排作者簡(jiǎn)介:邱逵達，男，1968 年生，工程師，從事廣東核電合營(yíng)有限公司的常規島設備管理工作.E- mail: giukuida@ hotnil. com82中國煤化工《潤滑與密封》MYHCNMHG氣閥向外冒出鹽水,分析判斷泵的氣封已損壞，軸封示。這樣，即使氣封排氣后氣封仍抱在水泵的泵軸水通過(guò)損壞的氣封進(jìn)人氣封充氣管線(xiàn)。上。泵啟動(dòng)后，因氣封中無(wú)氣但抱緊在泵軸上,氣封2原因分析隨泵逆時(shí)針(電機方向看)轉動(dòng)，導致氣封的氣嘴被(1)故障模式分析拉脫而氣封損壞。根據RCA (根本原因分析)方法，對循環(huán)水泵氣2)氣封損壞的力學(xué)計算封潛在失效模式進(jìn)行了分析,泵氣封失效的可能原因為簡(jiǎn)化計算,我們取一-單位體積的氣封為研究對有:①氣封在出廠(chǎng)前已損壞;②出廠(chǎng)前氣嘴處有小破象，研究其受力情況，如圖4所示?？?，充氣后導致破口增大而損壞;③氣封安裝不到位;當氣封排氣后，N2=0, Fm=uN， Fn2=pP2,④氣封在氣嘴處有氣泡等質(zhì)量缺陷;⑤泵軸上的海生F2= Fi-Fm物刮壞氣封;⑥軸轉動(dòng)時(shí)氣封抱住轉軸轉動(dòng)而損壞。以事故時(shí)的軸封水壓力0.34MPa 作用在氣封采用排除法，最可能的原因為⑥,即泵軸轉動(dòng)(φ400x12)為例，計算氣封受的最大壓力F.為:時(shí)，氣封抱住泵軸轉動(dòng)而損壞。而在該故障模式中，F1=PS=0.34* (π2-π2)=0.34MPa*3.14*又存在六種可能，按可能性大小依次為:①水封壓住[(20.6cm)2(20cm)2] = 2600N氣封不能復原;②泵啟動(dòng)后氣封內充人空氣;③氣封BFQ即作用在氣封上的軸封水壓力為2600N,通排氣后不能自動(dòng)復原;④氣封與軸之間間隙太小;⑤過(guò)拉伸試驗得到氣封的回復力N.為870N,而氣封與泵啟動(dòng)前氣封內有空氣;⑥氣封粘住轉軸不能復原。不銹鋼件的摩擦系數為0.5~ 0.8,取μ=0.5,從而得氣封損壞的原因懷疑為:因泵軸的軸封水保持在到:3.4MPa，泵氣封雖然經(jīng)過(guò)排氣閥排氣,現場(chǎng)表壓指示為零，但氣封因軸封水的壓力仍抱緊在泵軸上。泵啟考慮最理想情況，假定Fm為零,得到Fn= F2*動(dòng)后，氣封隨泵逆時(shí)針(電機方向看)轉動(dòng)，氣封的μ=Fi* μ= 2600 * 0.5= 1300N氣嘴被拉脫而導致氣封損壞。之后，泵軸封水從氣封比較氣封與盤(pán)根盒的摩擦力Fm和氣封的回復力排氣閥流出。根據泵的氣封解體的情況看:氣封沿泵N的大小,得到Fun>N。的轉動(dòng)方向轉了30~ (約 10em),如圖2所示。氣封沿可見(jiàn)，氣封不能回復。氣封槽周向有約2cm的突起，也證明了是故障模式3循環(huán)水泵氣封試驗 臺架的設計與試驗①。對上述分析結果供貨商ALSIOM Fuides et Mecanique持不同看法,該公司的專(zhuān)家認為:tM10O味1無(wú)論泵軸封水壓多大,都不會(huì )T導致氣封抱在軸上,懷疑為海\ |5氣河生物卡澀或操作錯誤導致氣封泵軸側損壞,也即設計.上不存在問(wèn)題。為了查找循環(huán)水泵氣封損壞的F為水對氣封的壓力;圖2 ICRFOOIPO 氣封損壞圖根本,原因,我們研制了一個(gè)試F為盤(pán)根盒對氣封的彈(2)故障機理分析及計算驗臺架,模擬現場(chǎng)的實(shí)際情況,力;Fm為氣封與泵軸的1)氣封損壞機理分析以驗證氣封“失效模式⑥-故摩擦力;Fn為氣封與盤(pán)障模式①水封壓住氣封不能復根盒的摩擦力; M為瓶原”的可能性。封回復力;N2為氣封充充氣原理(1)氣封試驗臺架的設計氣后對泵軸的壓力。圖4氣封受力分析圖泵軸側’氣封泵軸倒泵董泵軸側^氣封唇部氣封試驗臺架的設計盡可能地模擬現場(chǎng)循環(huán)水泵|3 氣封損壞機理圖運行的實(shí)際工況,也即泵在運行一段時(shí)間后,因泵軸與因軸封水壓在泵的氣封上，氣封排氣后,氣封的泵蓋的同心度存在偏差,盤(pán)根磨損后,軸封水會(huì )通過(guò)盤(pán)回復力不足以抵消氣封與氣封槽的摩擦力，如圖3所根室中的下兩道盤(pán)根流到海水中,即下兩道盤(pán)根與泵中國煤化工有軸封水(水壓為2003年第4期YHCNMHG8壓力表試驗前,制定了嚴格的試驗步驟:通過(guò)調整供氣閥隔離閥③刷肖民門(mén)，保證氣封的供氣壓力為0.2MPa;之后,打開(kāi)供水閥一Xxμ←- x_-門(mén)①和②,再打開(kāi)減壓閥③(圖6),調整水封壓力為不進(jìn)水管線(xiàn)進(jìn)氣管線(xiàn)盤(pán)根室同的設定值。通過(guò)試驗,得到如圖7所示的軸封水壓水村班十R氣封力與氣封抱軸的關(guān)系曲線(xiàn)。試驗平臺從圖7看出,一定的軸封水壓會(huì )導致氣封不能復原而抱在泵軸上。軸封水壓力為0.2MPa時(shí),氣封局部抱在泵軸上;軸封水壓力為0.33MPa時(shí),氣封完全抱在圖5氣封試驗臺 架設計原理圖泵軸上,且氣封被壓緊的時(shí)間大于2h。0.34MPa)的情況下，氣封(壓力為0.2MPa)投入,檢查4 根本原因與預防措施氣封是否抱在泵的轉軸上。其設計原理圖如圖5所(1)根本原因示。循環(huán)水泵試驗臺架的多次試驗證明:循環(huán)水泵的(2)氣封試驗臺架的研制與試驗過(guò)程氣封設計存在缺陷,且廠(chǎng)家沒(méi)有給出明確的運行維修為保證臺架的轉軸(水泵的軸套)與盤(pán)根室(水泵的操作警告。當軸封水壓力為0.33MPa時(shí)，氣封充氣泵蓋)的垂直度,關(guān)鍵部位尺寸精度完全與泵的設計參0.2MPa 后排氣(壓力表指示為零),氣封不能復原,仍數-致,特別是氣封與盤(pán)根室的配合公差- -定 要得到保抱在軸上?？梢?jiàn),嶺澳核電站兩次循環(huán)水泵氣封損壞，證。設計了臺架的可調節支撐以保證臺架的水平度;為是廠(chǎng)家設計氣封時(shí)考慮不足導致。氣封損壞的根本原了保證臺架的轉軸與盤(pán)根室的同心度,在固定泵軸套垂因為:軸封水壓作用在氣封上,氣封卸壓后不能復位而直作用于臺架平面上后,同時(shí)在盤(pán)根室的90%對稱(chēng)位置環(huán)繞在泵軸上。泵啟動(dòng)后,氣封隨泵逆時(shí)針轉動(dòng),直到設計了四個(gè)可調節支架。氣封試驗臺架見(jiàn)圖6。氣嘴被拉脫而損壞。(2)預防措施因設計缺陷已不可能在短時(shí)期內得到糾正,必須在運行操作和維修試驗過(guò)程中采取一定的防范措施，才能防止事故的重發(fā)。為此提出的預防措施有:1)修改運行操作規程,將原規程中每次停泵后必須投氣封的操作刪除。因為只有在盤(pán)根損壞時(shí),才須停泵投入氣封檢修盤(pán)根。正常的停泵操作,不必投氣圖6氣封試驗 臺架總裝圖封。1)試驗主要驗證的論點(diǎn)2)在檢修盤(pán)根的活動(dòng)中,應避免任何有軸封水的①軸封水是否會(huì )導致氣封不能復原而抱在泵軸情況下投氣封的操作,特別應禁止任何有軸封水的情上?況下,投氣封后又不進(jìn)行軸封水泄壓而直接啟泵的操②水壓在多大的情況下,氣封被壓住泵的轉軸而作。這樣就可以避免軸封水作用在氣封上,導致氣封不能復原?泄氣后仍不能復原而損壞事故的重發(fā)。③水壓在多大的情況下,氣封被壓緊的時(shí)間大于5結束語(yǔ)2h(模擬事故時(shí)氣封泄壓到啟泵的時(shí)間間隔)?嶺澳核電站循環(huán)水泵充氣密封損壞原因明確后，處完會(huì )不溫求針對問(wèn)題產(chǎn)生的原因采取了相關(guān)的預防措施。實(shí)踐證明,預防措施是有效的,對提高循環(huán)水泵的可靠性具有重要意義。循環(huán)水泵的可靠性提高了,核電站的安全穩定運行也就得到了保證。氣封處黨全國小參考文獻復營(yíng)馬自地之[]嶺澳核電站循環(huán)水系統設計手冊(PIXI7CROO2GSYS4SCNREW.E).[2]嶺澳核電站循環(huán)水泵運行與維修手冊圖7氣封試驗結 果圖(LX2E0MM001B2445SS REW.B).2)試驗過(guò)程及記錄84中國煤化工《潤滑與密封》YHCNMHG