電動給水泵暖泵系統(tǒng)改造分析

宋磊　孟超

【摘 要】某機組調(diào)試期間發(fā)生一起主給水泵切換試驗期AHP解列事件，針對此事件進行原因分析，結(jié)合機組實際運行情況闡明了增減暖泵管線的必要性，同時對目前暖泵改造的不足之處提出了建議。

【關鍵詞】主給水泵；暖泵；高加解列；改進

1 電動給水泵組系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)描述

某電廠主給水泵系統(tǒng)由三臺并聯(lián)的 50%容量的電動泵組構(gòu)成，正常時兩臺運行，一臺自動備用，為蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)提供所需的給水。每臺給水泵組在9.85MPa.a 的壓力下能提供2150m3/h 的有效輸出流量。三臺主給水泵并列布置在常規(guī)島-7.2m，除氧器來的水經(jīng)過三條降水管、前置泵入口電動隔離閥，進入前置泵，再從前置泵經(jīng)裝有流量測量孔板的泵間跨接管，進入壓力級泵，然后經(jīng)出口逆止閥和電動隔離閥送往高壓給水加熱器。在壓力級泵與出口逆止閥之間設有再循環(huán)管線以保證泵的安全運行，每條再循環(huán)管線上有一只再循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥。

1.2 給水泵輸送流體特點

額定工況下，除氧器內(nèi)水溫149℃，除氧器內(nèi)壓力0.35MPa，根據(jù)JB/T 8059-2008高壓給水泵技術(shù)條件的泵啟動要求，大型給水泵啟動前需要暖泵以減少對泵的熱沖擊。主給水泵的動環(huán)由高硬度硬質(zhì)合金鋼制成，由于其材料硬度高而脆，溫差過大容易導致密封環(huán)破裂，泵輸送高溫水，啟動主給水泵之前要進行暖泵操作，以降低熱沖擊對泵體和機械密封帶來的不利影響。

1.3 常規(guī)島啟機前暖泵方式

機組系統(tǒng)設計中沒有暖泵回路，但是在機組投產(chǎn)后根據(jù)運行中遇到的實際問題分析發(fā)現(xiàn)，增加暖泵回路是十分必要的。在沒有增加暖泵回路之前，一般只有兩種情況才進行暖泵：一是，機組正常運行時，主給水泵進行切換操作；另一種情況是，在機組大修或小修后常規(guī)島啟動，充水排氣已完成，除氧器水溫達到80℃以上時，啟動APA主給水泵前進行暖泵操作。暖泵操作方法：打開壓力級泵預暖閥，開啟前置泵入口隔離閥，然后依次打開前置泵泵體疏水閥、跨接管線排氣閥、壓力級泵泵體疏水閥，待泵殼溫度與流體溫度小于20℃時將各疏水排氣閥門關閉。這種暖泵方式的優(yōu)點對主給水泵各部分暖泵比較徹底，前置泵、壓力級泵內(nèi)水得以流動。減少了對泵的熱沖擊，也減小了主給水泵啟動時振動。缺點是暖泵時間長，不易控制泵體溫升速率，熱水資源浪費，使泵的運行環(huán)境惡化。尤其是當備用主給水泵應急啟動時沒有時間暖泵，給主給水泵安全運行帶來嚴重威脅。

2 無暖泵回路的危害

2.1 增加高加解列風險

2.1.1 事件描述

2011年12月24日，某機組處于調(diào)試期間的滿功率運行狀態(tài)，按照計劃準備執(zhí)行TPAPA50 （主給水泵切換試驗），隨后執(zhí)行TPRRC 58緊急停堆試驗。主控開始執(zhí)行主給水泵切換試驗。首先模擬APA102PO電動給水泵的入口關閉信號，該信號導致APA102PO故障跳閘，處于備用狀態(tài)的APA 302 PO立即自動啟動，5#高加3 高水位出現(xiàn)，導致高加自動解列。

2.1.2 原因分析

除氧器在常規(guī)島廠房13米，高壓加熱器在0米，APA主給水泵在-7.2米，從除氧器到高加入口管道內(nèi)的水裝量大概有14噸，機組滿功率運行時除氧器內(nèi)水溫147℃，備用主給水泵及管道內(nèi)的水溫接近環(huán)境溫度20℃，與高加入口母管給水形成120℃的溫差，APA主給水備用泵啟動后，短時間內(nèi)將如此多的冷水打進高壓加熱器內(nèi)，導致高加入口水溫快速下降，為了維持供給蒸發(fā)器的給水溫度，需要給高加提供更多的熱量，汽輪機抽汽量增大，導致冷凝水增加，高加內(nèi)水位上升，最終觸發(fā)高加水位3高信號，導致高加解裂。

2.2 熱沖擊對給水泵的影響

熱沖擊是指輸送介質(zhì)的溫度突然變化對泵的影響，主要表現(xiàn)在密封和強度兩方面。APA主給水泵前置泵由于轉(zhuǎn)速比較低所以采用填料式機械密封，壓力級泵采用盒式結(jié)構(gòu)的機械密封。滿功率工況下除氧器內(nèi)水溫147℃，備用主給水泵泵內(nèi)水溫與環(huán)境溫度一致，約20℃，當備用主給水泵啟動后除氧器內(nèi)高溫水進入備用主給水泵內(nèi)，此時接近130℃的溫差對泵產(chǎn)生較大的熱沖擊，可能會引起主給水泵的機械密封的泄漏，泵體、泵軸、葉輪發(fā)生變形，在熱應力的作用下甚至可能產(chǎn)生裂紋。

2.3 污染二回路水質(zhì)

2.3.1 二回路水質(zhì)參數(shù)

據(jù)統(tǒng)計，世界各國核電站約有 50% 被迫停運是起源于蒸汽發(fā)生器的傳熱管破裂?？梢姳３终羝l(fā)生器二次側(cè)良好的水質(zhì)是至關重要的。機組化學技術(shù)規(guī)范嚴格規(guī)定了二回路水質(zhì)各參數(shù)，防止雜質(zhì)對蒸汽發(fā)生器的腐蝕，防止U 形管破裂而使一回路水進入二回路，導致放射性物質(zhì)的擴散。

根據(jù)技術(shù)規(guī)格書，正常功率運行期間排污水的Na—陽離子電導率關系，共分五個區(qū)域，如圖3所示分五個區(qū)域。為了限制蒸發(fā)器的腐蝕，技術(shù)規(guī)格書規(guī)定水質(zhì)超標時，必須按照規(guī)定實施糾正行動直至降負荷或者停機停堆。

2.3.2 備用泵啟動對水質(zhì)的影響

常規(guī)島汽水系統(tǒng)在大修期間幾乎全部停運、排空，很多系統(tǒng)設備進行解體檢修，在系統(tǒng)內(nèi)積聚了大量的雜質(zhì)，如果啟動前沒有經(jīng)過充分的沖洗和處理，主給水供水后雜質(zhì)將進入蒸汽發(fā)生器。常規(guī)島啟動及正常運行中第三臺主給水泵一般不會啟動，除氧器出口至主給水泵出口母管內(nèi)這部分水流動性比較差，主給水泵啟動后，這部分水經(jīng)過高加直接進入蒸發(fā)器，導致蒸發(fā)器內(nèi)雜質(zhì)增多，沉積在管板上表面、管子和管板的連接部位及流動死區(qū)等部位，雜質(zhì)會使得這些部位的應力腐蝕加劇，引起一回路向二次側(cè)的泄漏或傳熱管的破裂最終導致反應堆停閉，造成放射性污染及經(jīng)濟損失。

3 暖泵管線的技術(shù)改造

3.1 暖泵技改的必要性

增加暖泵管線能夠防止備用APA泵啟動的時候遭受熱沖擊及減少APA泵啟動時的暖管時間，改善備用APA泵泵體及管道中的水質(zhì)，防止泵啟動后SG水質(zhì)變差，防止備用泵系統(tǒng)中的冷水流經(jīng)高加導致高加解列，提高機組運行的穩(wěn)定性，所以增加暖泵管線是非常必要的。

3.2 暖泵管線改造

由每臺APA泵的跨接管線開孔，引出一條Ф42.2×4.85的管線，三條引出管線匯成一條母管進行暖管。暖管流程如圖所示，由運行的主給水泵提供暖泵水源。暖泵水從運行中的前置泵出口經(jīng)過兩道隔離閥分成兩路，一路經(jīng)前置泵返回除氧器，另一路經(jīng)壓力級泵及再循環(huán)管線返回除氧器。華東院建議方案是從壓力級泵出口母管引出一根Ф60.3X6.35的管子，分別接入三臺前置泵下游中壓管道上，兩種暖泵方案相比，只是暖泵水源的來源不同。目前這種暖泵方式在運行安全性方面要高，熱量損失也要小，三臺泵跨接管線距離很近，施工也很方便。

3.3 改造后的暖泵效果

主給水泵增加暖泵管線后，在主控KIT上可以檢測到前置泵入口水溫和除氧器內(nèi)水溫相同，現(xiàn)場點溫儀測得前置泵本體溫度也和除氧器內(nèi)水溫接近，可以看出增加暖泵管線之后取得了一定的運行效果。點溫儀測得壓力級泵泵體溫度和環(huán)境溫度相近，說明經(jīng)壓力級泵、再循環(huán)管線的這路暖泵流量很小，沒有起到暖泵效果。壓力級泵出口至高加入口母管這部分水沒有得到預熱，依然存在備用主給水泵啟動后高加解列的風險。該機組主給水泵切換后備用泵出口溫度由149℃降至31℃，也說明了壓力級泵出口電動閥至高加入口母管這部分水沒有得到預熱?，F(xiàn)場查看設備布置，除氧器出口到前置泵入口管道粗，布置直上直下，而跨接管線、壓力級泵、再循環(huán)管線管道彎處較多并且比前置泵入口管道細，流阻比較大；前置泵進口和出口在同一水平面，壓力級泵是上進上出，相比之下前置泵的流阻小，加之暖泵管線過于靠近前置泵出口，導致大部分暖泵流通過前置泵返回除氧器，流過壓力級泵的流量很少，壓力級泵吸入口和排出口都在泵的上部，泵的下部形成死水區(qū)，該部位的預熱不能得到保障。

3.4 改進方案

在暖泵管線上引出一根管線接至壓力級泵疏水閥上游，如圖所示，暖泵流經(jīng)過閥門1和2之后分成兩路，一路通過閥門3和止回閥4從壓力級泵的底部進入，經(jīng)再循環(huán)管線返回除氧器。另一路通過前置泵入口及壓力級泵出口返回除氧器。這樣使壓力級泵內(nèi)下部的水流動起來，消除了壓力級泵的下部死水區(qū)，起到暖泵效果。和目前的暖泵回路相比，本方案需要增加一路接往壓力級泵的管線，增加一個隔離閥和一個止回閥，也增加了泄露的幾率。改進方案能夠解決目前壓力級泵暖泵效果不好的問題，能夠降低壓力級泵機械密封泄露的幾率，降低泵啟動后的熱沖擊。

4 結(jié)論

暖泵回路的改造可以降低備用主給水泵啟動時高加解列的風險，尤其冬天，環(huán)境溫度比較低，暖泵效果比較明顯。減少了對前置泵的熱沖擊，但是壓力級泵的暖泵效果沒有達到預期，改善備用APA泵泵體及管道中的水質(zhì)，防止泵啟動后SG水質(zhì)變差，減少APA泵啟動時的暖管時間，提高機組運行的穩(wěn)定性。目前的暖管方案還需進一步改進，改進方案消除了壓力級泵的下部死水區(qū)，能夠達到壓力級泵的暖泵效果。

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[責任編輯：楊玉潔]