昌江核電主泵調(diào)試與運(yùn)行問題分析及解決方法探討

楊俊輝+羅琴

【摘 要】主泵是壓水堆核電站反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要承壓設(shè)備之一，用于驅(qū)動帶有放射性的高溫高壓的冷卻劑。每個反應(yīng)堆環(huán)路設(shè)置一臺主泵。海南昌江核電廠1、2號機(jī)組采用德國KSB公司生產(chǎn)的RSR 750型立式軸封主泵。本文對主泵在調(diào)試期間與運(yùn)行過程出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行分析和探討，為工藝改進(jìn)及邏輯變更提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】主泵；頂軸油泵；氮氣密封

【Abstract】Reactor coolant pump is one of the main pressure equipment in the reactor coolant system of pressurized water reactor nuclear power station，which is used to drive the coolant with high temperature and high pressure.Each reactor loop contain a reactor coolant pump.Hainan Changjiang nuclear power plant 1，2 units produced by KSB company RSR 750 type vertical shaft main pump.This paper analyzes and discusses the problems and solutions of the reactor coolant pump during commissioning and operation， and provides reference for process improvement and logic change.

【Key words】Reactor coolant pump；Oil lifting pumps；Nitrogen operated seal

0 前言

海南昌江核電1、2號機(jī)組是以秦山二擴(kuò)機(jī)組為參考電站的二代加六十萬兆瓦壓水堆機(jī)組，其主泵采用德國KSB公司生產(chǎn)的RSR750型主泵[1]。RSR750型主泵與參考電站所采用的日本三菱100D型主泵在泵及電機(jī)結(jié)構(gòu)、輔助系統(tǒng)、邏輯控制、保護(hù)等多方面都有很大區(qū)別。目前在國內(nèi)核電廠沒有同型號的主泵，缺少調(diào)試與運(yùn)行相關(guān)的經(jīng)驗與反饋，因此需要在調(diào)試與運(yùn)行過程中總結(jié)可能存在的問題并進(jìn)行改造，以滿足主泵長期運(yùn)行時的安全性與可靠性。

1 調(diào)試試驗簡介

主泵調(diào)試包括電機(jī)空載試驗及主泵帶載試驗，以驗證主泵是否能夠滿足設(shè)計及運(yùn)行，主要包括對軸密封注入系統(tǒng)、主泵停車密封系統(tǒng)、軸密封應(yīng)急系統(tǒng)、軸密封的高壓泄漏和低壓泄漏參數(shù)的檢查，對高壓冷卻器的設(shè)冷水流量檢查和調(diào)節(jié)；驗證相關(guān)報警及連鎖；確認(rèn)反應(yīng)堆冷卻劑泵在冷態(tài)水壓試驗和熱態(tài)功能試驗期間的運(yùn)行是否正常。

2 調(diào)試及運(yùn)行出現(xiàn)的問題及解決方案探討

2.1 主泵頂軸油泵供電電源問題

問題描述：

根據(jù)主泵電機(jī)廠家提交的EOMM手冊要求，主泵在停運(yùn)惰轉(zhuǎn)期間必須啟動頂軸油泵，最遲在轉(zhuǎn)速到達(dá)450rpm之前要啟動[3]。目的是為了在推力軸承及推力瓦之間建立穩(wěn)定油膜，防止在低轉(zhuǎn)速情況下推力軸承受到主回路的高壓產(chǎn)生干摩擦，導(dǎo)致軸瓦損壞。而設(shè)計的主泵頂軸油泵的供電為非應(yīng)急電源。當(dāng)失去主電源、主輔電源的情況下，主泵將會自動停運(yùn)，而頂軸油泵由于電源失去而無法啟動，存在主泵軸承損壞的極大風(fēng)險。

改進(jìn)建議：

變更頂軸油泵的供電電源，由原來的常規(guī)母線供電修改為由應(yīng)急電源供電。以A列應(yīng)急柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組為例，母線負(fù)荷裕度約為63KW，兩臺頂軸油泵的功率為13KW，頂軸油泵在0S帶載也不會影響柴油機(jī)的成功啟動和可靠運(yùn)行。這樣即使失去主、輔電源仍然可由柴油機(jī)供電，保證頂軸油泵能正常啟動，從而確保主泵安全停運(yùn)。

2.2 主泵高壓冷卻器前后隔離閥邏輯修改

問題描述：

設(shè)備冷卻水倒列時存在停運(yùn)主泵的風(fēng)險。根據(jù)參考電站機(jī)組運(yùn)行反饋，在進(jìn)行RRI泵倒列期間經(jīng)常會觸發(fā)設(shè)冷水流量高信號。根據(jù)目前邏輯高壓冷卻器設(shè)冷水流量在高于26m3/h時，導(dǎo)致前后隔離閥關(guān)閉，失去軸封注入水，如果沒有及時打開隔離閥供應(yīng)軸封水，面臨主泵可控密封泄漏溫度高95℃停泵的風(fēng)險。

改進(jìn)建議：

設(shè)置高壓冷卻器RRI流量高隔離RRI側(cè)和RCP側(cè)的目的，主要是針對在發(fā)生高壓冷卻器冷卻盤管有破口時，防止高壓的冷卻器流向RRI側(cè)，由于RRI側(cè)設(shè)計成不承壓管線，為防止大量冷卻劑流失，將兩側(cè)流體的閥門實施隔離。因此可以在KIC中增加高壓冷卻器前后隔離閥手自動選擇開關(guān)，在RRI倒列前先將其放在手動，切換完畢等RRI流量穩(wěn)定后再恢復(fù)自動。

2.3 主泵停機(jī)密封邏輯修改

問題描述：

廠家對主泵進(jìn)行試驗時曾出現(xiàn)零轉(zhuǎn)速信號誤發(fā)，導(dǎo)致在主泵運(yùn)行狀態(tài)下氮氣密封投運(yùn)。在主泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)氮氣密封投運(yùn)會導(dǎo)致氮氣密封面損傷，密封面可能會產(chǎn)生雜質(zhì)掉入機(jī)械密封，從而必須解體三號機(jī)械密封及氮氣密封。

改進(jìn)建議：

為防止主泵在運(yùn)行過程或停運(yùn)過程而轉(zhuǎn)速尚未達(dá)到零轉(zhuǎn)速時時停車氮氣密封誤投入，可以對停車氮氣密封自動投運(yùn)的邏輯進(jìn)行修改。在主泵停運(yùn)反饋加上一個延時后再與上主泵零轉(zhuǎn)速信號相與后自動關(guān)閉主泵氮氣密封排氣閥，從而避免因零轉(zhuǎn)速信號誤發(fā)而誤投氮氣密封。修改前后的邏輯如圖1所示。

2.4 主泵停機(jī)密封排氣管線修改

問題描述：

昌江核電出現(xiàn)過一臺主泵停運(yùn)后投入氮氣密封時導(dǎo)致第二臺泵停運(yùn)的事件。原因是兩臺主泵氮氣密封排氣管線是連在一起的，當(dāng)一臺主泵停運(yùn)時，氮氣密封排氣閥關(guān)閉，供氣閥開啟，如果出現(xiàn)供氣閥提前開啟則氮氣可能會進(jìn)入排氣聯(lián)管影響另一臺主泵，導(dǎo)致另外一臺主泵停運(yùn)。

改進(jìn)建議：

在主泵氮氣密封自動投運(yùn)的情況下不會出現(xiàn)相互干擾的情況，但是如果人為誤動作在沒有關(guān)閉排氣閥的情況下開啟進(jìn)氣閥，則會導(dǎo)致另外一臺泵受壓力沖擊而使得氮氣密封限位動作，主泵停運(yùn)。為減少此類風(fēng)險，可以對兩臺主泵氮氣密封排氣管線進(jìn)行改造，排氣管線直接對空，而不連接在一起。這樣便可避免相互干擾導(dǎo)致停泵的事件發(fā)生。

2.5 主泵下部油箱設(shè)冷水流量問題

問題描述：

目前由于下部軸承油箱冷卻水流量設(shè)定在0.8m3/h左右，該流量是靠手動閥手動調(diào)節(jié)，由于管線很小，現(xiàn)場很難調(diào)整該流量[2]。在設(shè)冷水倒列操作時也會導(dǎo)致設(shè)冷水流量下降，這樣主泵下軸承溫度也會上升，為控制溫度就必須要到現(xiàn)場手動調(diào)整。由于在功率運(yùn)行期間該區(qū)域是高放射性地方，頻繁調(diào)整不太現(xiàn)實，這樣勢必導(dǎo)致手動停運(yùn)主泵。

改進(jìn)建議：

該管線增加遠(yuǎn)方可控制的調(diào)節(jié)閥或者改成流量孔板，使用節(jié)流孔板固化流量。另外可以考慮儀表換型，把原來儀表量程為0-1m3/h提高到0-2m3/h，這樣主控室可以觀察到冷卻水流量超過1m3/h時的波動情況。

2.6 主泵飛輪位置異常停運(yùn)主泵問題

問題描述：

昌江核電主泵停運(yùn)邏輯中有一項是主泵2個飛輪位置探頭任何1個異常信號觸發(fā)便產(chǎn)生停運(yùn)信號。若主泵飛輪供電開關(guān)異?；蛳尬婚_關(guān)故障等，就容易引起主泵跳泵，從而引發(fā)停堆。2取1這種情況誤動率較高且誤動停泵后不利于反應(yīng)堆余熱的排出。因此從運(yùn)行可靠性的角度出發(fā)，有必要對此停泵信號進(jìn)行改進(jìn)。

飛輪異常的原因主要是由于主泵轉(zhuǎn)速超速而引起，根據(jù)主泵廠家描述：“1E級速度測量表量程為2000rpm，但是飛輪設(shè)計在主泵轉(zhuǎn)速為2500rpm時掉下。”1E級速度測量表的物理量程為2000rpm，查定值手冊主泵轉(zhuǎn)速實際使用量程為0-1800rpm，那么使用比1800rpm低的一個轉(zhuǎn)速值（如1650rpm）加到飛輪位置異常邏輯中，這樣即可以防止誤動，又可以防止拒動，提高了主泵運(yùn)行的可靠性。

改進(jìn)建議：

飛輪位置異常二取一（RCP120SM或121SM異常）與主泵轉(zhuǎn)速高二取一（RCP140MC或141MC轉(zhuǎn)速高）同時存在時再跳泵；另外兩個限位開關(guān)同時動作也動作跳泵。修改后邏輯如圖2所示。

2.7 主泵軸承設(shè)冷水閥門的供電問題

問題描述：

主泵軸承設(shè)冷水隔離閥的供電電源是掛在常規(guī)母線配電盤下面，當(dāng)全廠失電時，主泵因失電自動停運(yùn).當(dāng)輔變恢復(fù)供電時，這時根據(jù)事故規(guī)程I2.2要求啟動一臺主泵[4]，但是主泵軸承設(shè)冷水隔離閥由于失電保持之前的開啟狀態(tài)，主泵油溫受到設(shè)冷水持續(xù)冷卻，油溫很快下降，由于油溫低于55℃連鎖主泵啟動[3]，導(dǎo)致主泵被閉鎖無法啟動，機(jī)組狀態(tài)無法控制。

改進(jìn)建議：

將主泵軸承設(shè)冷水隔離閥的供電電源掛在應(yīng)急母線下面，在失去廠外電時能夠啟動柴油機(jī)給設(shè)冷水隔離閥供電，在輔變恢復(fù)供電時主控室操縱員能夠按照事故規(guī)程啟動主泵，使機(jī)組狀態(tài)安全受控。

3 結(jié)論

RSR750型主泵經(jīng)過昌江核電1、2號機(jī)組的調(diào)試及運(yùn)行，暴露出了不少問題，通過與廠家、設(shè)計院等部門的分析研究并提出了相應(yīng)的解決方案，大部分方案已經(jīng)通過技術(shù)改造對主泵相關(guān)的工藝及邏輯進(jìn)行變更。目前2臺機(jī)組主泵運(yùn)行情況良好，事實說明采取的措施是行之有效的，能夠保證主泵長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]海南昌江核電廠1、2號機(jī)組反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)手冊[S].中國核動力研究設(shè)計院，2009，2.

[2]海南昌江核電廠1、2號機(jī)組設(shè)備冷卻水系統(tǒng)手冊[S].中國核電工程公司有限公司，2010，4.

[3]Equipment Operation and Maintenance Manual for Reactor Coolant Pump RSR 750，KSB，2014，9.

[4]海南昌江核電廠1、2號機(jī)組廠外電源全部喪失后的運(yùn)行規(guī)則（I2.2）[S].中國核動力研究設(shè)計院，2012，2.

[責(zé)任編輯：湯靜]