核電站冷水機(jī)組常見故障分析診斷與維修

黃海銘+劉雋+陳龍

摘 要 本文在對(duì)核電站電氣廠房冷卻水系統(tǒng)及冷水機(jī)組工作原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出核電站冷水機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生的故障，并對(duì)這些故障進(jìn)行分析和診斷，根據(jù)維修中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冷水機(jī)組的維修后狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而降低故障的發(fā)生及減少其在生產(chǎn)過(guò)程中所造成的損失。

關(guān)鍵詞 核電站;冷水機(jī)組;故障診斷與維修

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0077-02

核電站利用核反應(yīng)堆發(fā)熱的形式，代替了火電站原有的鍋爐加熱發(fā)電的形式，在很大程度上促進(jìn)了發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，核電站除了核反應(yīng)堆以外，還需要許多重要的設(shè)備與之相配合使用，包括主泵，穩(wěn)壓器，蒸汽發(fā)生器，安全殼，汽輪發(fā)電機(jī)和各種冷卻系統(tǒng)等，其中核電站冷水機(jī)組在為核電站的提供冷源方面，起到了至關(guān)重要的作用。

1 核電站冷水機(jī)組的工作原理

電氣廠房冷凍水系統(tǒng)是一個(gè)封閉式的冷凍水回路。其功能是將電氣廠房的各通風(fēng)系統(tǒng)冷卻盤管回收的熱量，通過(guò)冷水機(jī)組傳遞給設(shè)備冷卻水系統(tǒng)。電氣廠房冷凍水系統(tǒng)是為主控制室空調(diào)系統(tǒng)、電氣廠房主通風(fēng)系統(tǒng)、電纜層通風(fēng)系統(tǒng)這三個(gè)系統(tǒng)的冷卻盤管提供8℃的冷凍水。這個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于弄清楚制冷的基本原理，也就是以下制冷的四個(gè)過(guò)程：

低溫、低壓的冷媒氣體在壓縮機(jī)中壓縮成高溫、高壓氣體;

高溫、高壓氣體在冷凝器中傳熱給冷卻水冷凝成高溫、高壓的液體;

高溫、高壓的液體經(jīng)過(guò)電磁膨脹閥成低溫、低壓的液體;

低溫、低壓的液體在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)成低溫、低壓的氣體。

如此四個(gè)過(guò)程依次循環(huán)，周而復(fù)始，其中的難點(diǎn)在于系統(tǒng)中介質(zhì)的流動(dòng)和形態(tài)的變化，要弄明白冷媒的流程和潤(rùn)滑油的流程。冷媒的流程是從壓縮機(jī)開始，依次經(jīng)過(guò)油分離器、冷凝器、電池膨脹閥、蒸發(fā)器，最后回到壓縮機(jī)中。潤(rùn)滑油從壓縮機(jī)開始，依次經(jīng)過(guò)油分離器、油過(guò)濾器，再回到壓縮機(jī)中。

2 核電站冷水機(jī)組故障分析

以下列舉幾起核電站冷水機(jī)組發(fā)生故障的過(guò)程，并對(duì)其處理結(jié)果和發(fā)生原因進(jìn)行分析。

1）事故經(jīng)過(guò)及原因分析。冷水機(jī)組第一起事故的源頭在蒸發(fā)器的進(jìn)口水室，由于該處有殘留的異物碎片，對(duì)發(fā)熱器的部分傳熱管造成了堵塞，使該部分傳熱管冷水結(jié)冰，導(dǎo)致傳熱管被冰脹裂，水流入制冷劑系統(tǒng)中，導(dǎo)致壓縮機(jī)濕壓縮，造成對(duì)葉輪的破壞。還有兩起事故是因?yàn)橹评錂C(jī)組里的制冷劑輸入過(guò)多，導(dǎo)致葉輪受到破壞，壓縮機(jī)軸承也受到了嚴(yán)重的破損。

在對(duì)該事故的原因進(jìn)行了深入分析的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)在第一起事故中，無(wú)論在軸承還是壓縮機(jī)的供油回路中，都存在少量的異物，制冷機(jī)組在系統(tǒng)壓力低的情況下，由于保護(hù)開關(guān)失效也沒(méi)有起到應(yīng)有的保護(hù)作用，并且發(fā)現(xiàn)制冷機(jī)組的制冷劑部分系統(tǒng)由于長(zhǎng)期得不到清洗，內(nèi)部較臟，并且銹蝕現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

2）事故的處理。對(duì)于以上幾起事故的發(fā)生，對(duì)于事故處理方面所應(yīng)采取的措施進(jìn)行了如下總結(jié)：利用穩(wěn)定性強(qiáng)、耐磨的物理材料，對(duì)原軸承座進(jìn)行基礎(chǔ)面的清理和噴涂，使其軸承之間完整貼合，防止軸承之間不同心現(xiàn)象的發(fā)生;使用液態(tài)的制冷劑，對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，并在其中安裝過(guò)濾器，以避免系統(tǒng)內(nèi)異物的殘留;按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)制冷機(jī)組的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑性能檢測(cè)，如有異常，及時(shí)進(jìn)行處理;并且檢測(cè)系統(tǒng)中各項(xiàng)開關(guān)是否處于故障狀態(tài)，如遇故障，及時(shí)將其排除;對(duì)于系統(tǒng)中的制冷劑也要及時(shí)更新，防止舊的制冷劑影響系統(tǒng)性能[1]。

3 核電站制冷機(jī)組的狀態(tài)調(diào)整

在對(duì)制冷機(jī)組進(jìn)行各項(xiàng)故障排除后，需要對(duì)制冷機(jī)組的各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行重新整合和設(shè)置，具體調(diào)整進(jìn)程包括以下四各方面的內(nèi)容。

1）冷水機(jī)組熱力膨脹閥的調(diào)整。將具有測(cè)量壓力和壓力差作用的壓力表，安裝在蒸發(fā)器和浮球閥中間的管線上，以此觀察壓力差的變化，并運(yùn)用膨脹壓力閥，對(duì)制冷機(jī)組的冷凝壓力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，保持蒸發(fā)器中的制冷劑液位與第一排管子相持平，并根據(jù)液位的高低，適度調(diào)整膨脹閥。

2）壓縮機(jī)氣封壓力的調(diào)整。通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)上部的內(nèi)六角閥，將壓縮機(jī)內(nèi)的氣封壓力調(diào)整到相應(yīng)水平，通常情況下，氣封壓力相較蒸發(fā)壓力高出0.41～0.16MPa。

3）冷水機(jī)組的葉輪平衡壓力的調(diào)整。在壓縮機(jī)葉輪的工作過(guò)程中，會(huì)受到制冷劑來(lái)自軸向的強(qiáng)大壓力，因此需要對(duì)葉輪進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)該軸向壓力，使葉輪的前后壓力達(dá)到平衡，在壓縮機(jī)的側(cè)面就有對(duì)這個(gè)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的測(cè)量點(diǎn)，壓縮機(jī)的有機(jī)液體閥門可以實(shí)現(xiàn)這一調(diào)節(jié)過(guò)程，通常情況下，使葉輪達(dá)到平衡的壓力相較蒸發(fā)壓力高出0.02～0.04MPa。

4）壓縮機(jī)潤(rùn)滑油流量的調(diào)整。首先需要根據(jù)有關(guān)圖表，和壓縮機(jī)各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)前的節(jié)流前后的壓差，查出相應(yīng)壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油的流量，通過(guò)制冷機(jī)潤(rùn)滑油泵出口處的旁通閥開關(guān)的調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷機(jī)中潤(rùn)滑油的流量的調(diào)整[2]。

4 核電站冷水機(jī)組存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施

1）冷卻水流量不能根據(jù)冷凝壓力的改變而調(diào)整。由于制冷機(jī)組設(shè)計(jì)師在對(duì)制冷機(jī)組研發(fā)和設(shè)置過(guò)程中，沒(méi)有加入對(duì)其冷卻水流量測(cè)量電動(dòng)閥的設(shè)置，因此冷卻水的流量，不能根據(jù)冷凝壓力進(jìn)行自主調(diào)整，需要進(jìn)行人為的手動(dòng)調(diào)整，當(dāng)冬天來(lái)臨，冷卻水源的水溫降低，制冷機(jī)組中的冷凝壓力也相應(yīng)降低，因此導(dǎo)致制冷機(jī)組中的蒸發(fā)壓力也有所下降，這樣會(huì)使制冷機(jī)組形成低壓的自我保護(hù)模式，導(dǎo)致制冷機(jī)組停止運(yùn)行?；谶@種現(xiàn)狀，需要采取手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，在水溫較低時(shí)，將制冷機(jī)組內(nèi)部的冷凝壓力設(shè)置在0.8MPa左右，這樣能雖然能起到一定的調(diào)節(jié)作用，但不能從根本上解決問(wèn)題，所以在生產(chǎn)制冷機(jī)組的過(guò)程中，加入水流量自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)于核電站的核島冷水系統(tǒng)制冷機(jī)組將是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的工程[3]。

2）制冷劑節(jié)流膨脹閥的開度控制系統(tǒng)不可靠。由于核島冷水系統(tǒng)制冷機(jī)組的節(jié)流模式仍停留在膨脹閥的機(jī)械式使用上，該調(diào)節(jié)方式具有很大的不穩(wěn)定性，同時(shí)又受到制冷系統(tǒng)內(nèi)部格選各項(xiàng)壓力的影響，其在調(diào)節(jié)的過(guò)程中，存在很大的缺陷，還經(jīng)常因?yàn)槠湔{(diào)解的不靈敏性，導(dǎo)致制冷劑的液面不斷波動(dòng)。為了解決此問(wèn)題，建議把膨脹閥換成電機(jī)控制，并且添加一個(gè)液位的傳感器，這樣既可以避免膨脹閥缺陷的發(fā)生，更可以保障調(diào)節(jié)過(guò)程的可靠性。

3）制冷劑系統(tǒng)的環(huán)保問(wèn)題。眾所周知，氟利昂對(duì)于大氣臭氧層有很大的破壞作用，因此制冷機(jī)組中制冷劑的更新?lián)Q代也是刻不容緩，在面臨制冷機(jī)組更新?lián)Q代的核電站，可以采取更換整組制冷機(jī)組的方式，制冷機(jī)組設(shè)備尚保持完好性能的核電站，可以采取更換制冷劑（R134a）和壓縮機(jī)葉輪，增速齒輪，密封材料以及制冷機(jī)組的潤(rùn)滑油的方式，以此來(lái)減少制冷機(jī)組對(duì)環(huán)境造成的不良影響。

4）機(jī)組與管道的減振與降噪。在冷水機(jī)組中的相應(yīng)部位，設(shè)置橡膠材料的減震裝置，并且將金屬軟管設(shè)置到蒸發(fā)器和冷凝器的進(jìn)出口處，降低其在振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噪音，并且制止噪聲通過(guò)管道的媒介傳遞出去[4]。

5 結(jié)論

隨著核電站技術(shù)在全國(guó)大規(guī)模的實(shí)施，相關(guān)部門在核電站的建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，也積累了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)和心得，然而安全問(wèn)題仍然不容忽視，加強(qiáng)核電站安全工作的開展，降低故障的發(fā)生，仍然是核電站工作的重中之重，只有加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)性能的檢測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)排除和維修，才能使冷水機(jī)組在核電站中安全穩(wěn)定的運(yùn)行下去，極大程度地避免和緩解事故的

發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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[4]黃澄，朱雪明，肖澤.設(shè)備在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障分析診斷技術(shù)在大型水泵機(jī)組中的應(yīng)用[J].給水排水，2010，05（47）：53-57.endprint