三門核電屏蔽主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚫倪M(jìn)

摘 要：三門核電有限公司采用了屏蔽主泵，與傳統(tǒng)的壓水堆軸封主泵相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)。文章通過(guò)介紹三門核電屏蔽主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚕治鲈摴に嚧嬖诘膯?wèn)題，提出定子腔室氮?dú)馓畛涓倪M(jìn)工藝，并分析了該工藝的可行性。通過(guò)三門核電冷試和熱試期間的實(shí)際應(yīng)用，確定改進(jìn)后的工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從而為三門核電屏蔽主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚫倪M(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：屏蔽主泵；定子腔室；氮?dú)馓畛涔に?/p>

1 屏蔽主泵簡(jiǎn)介

1.1 概述

三門核電有限公司（以下簡(jiǎn)稱三門核電）2個(gè)環(huán)路共設(shè)置4臺(tái)屏蔽主泵（以下簡(jiǎn)稱主泵），用于輸送反應(yīng)堆冷卻劑，使其完成在堆芯、一回路環(huán)路以及蒸汽發(fā)生器之間的循環(huán)。每個(gè)環(huán)路的1臺(tái)蒸汽發(fā)生器底部懸掛2臺(tái)主泵，泵殼的進(jìn)、出口分別與蒸汽發(fā)生器底封頭出口接管和主管道冷管段焊接，主泵的重量由蒸汽發(fā)生器支撐。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取消了主泵與蒸汽發(fā)生器之間的冷卻劑管道，減小了環(huán)路壓降，簡(jiǎn)化了蒸汽發(fā)生器、主泵和管道支撐系統(tǒng)。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三門核電的主泵是由美國(guó)柯蒂斯懷特EMD公司設(shè)計(jì)的單級(jí)、全密封、高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電動(dòng)屏蔽泵。與泵聯(lián)為一體的電機(jī)為N-10086-A1系列，為單繞組、四極、三相、屏蔽套式感應(yīng)電機(jī)。主泵由變頻器驅(qū)動(dòng)和維持運(yùn)行，并通過(guò)外置熱交換器和定子冷卻夾套對(duì)軸承、飛輪、電機(jī)等部件進(jìn)行冷卻。主泵葉輪布置在電機(jī)單元上部，并與電機(jī)共用一根軸，取消了聯(lián)軸器裝置。轉(zhuǎn)子組件（包括水力部件和電機(jī)轉(zhuǎn)子）由位于電機(jī)上部/下部的徑向軸承以及推力軸承支撐。主泵在其承壓殼體內(nèi)包容定子組件和轉(zhuǎn)子組件，承壓邊界包括泵殼、熱屏、定子殼體和定子端蓋等部件，承受一回路介質(zhì)的全部壓力。電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均設(shè)置了密閉耐腐蝕的屏蔽套，避免了定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組與一回路介質(zhì)接觸。由于葉輪和泵軸包容在壓力邊界內(nèi)，因此，不需要考慮軸封的泄漏，從而消除了由密封失效引發(fā)失水事故的可能性。主泵定子腔室設(shè)置有充/排氣孔，用于定子腔室的抽真空與氮?dú)馓畛涔ぷ鳌?/p>

2 主泵氮?dú)馓畛涔に嚫倪M(jìn)的必要性

2.1 主泵氮?dú)馓畛涔に嚫攀?/p>

主泵定子腔室氮?dú)獾奶畛涔ぷ髟诿總€(gè)換料周期均需要實(shí)施，目的是為主泵電機(jī)定子繞組建立一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境，減少定子繞組在運(yùn)行過(guò)程中與氧氣等氧化物質(zhì)的直接接觸。在初次氮?dú)馓畛洳僮髦?，定子腔室?nèi)所填充氮?dú)鈮毫β愿哂?個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

2.2 主泵氮?dú)馓畛涔に嚵鞒?/p>

主泵定子腔室填充氮?dú)夤に囘^(guò)程為：拆下主泵定子腔室抽真空/氮?dú)馓畛浞ㄌm盲板→連接抽真空/氮?dú)馓畛涔芫€→便攜式真空泵對(duì)定子腔室抽真空→一回路抽真空→一回路充水→氮?dú)庠刺畛涞獨(dú)猓?.007MPa～0.01MPa之間且維持10分鐘）→拆下氮?dú)庠床⒋蜷_定子腔室與大氣連通閥門，定子腔室氮?dú)鈮毫εc大氣壓接近相同→關(guān)閉定子腔室與大氣連通閥門→拆除抽真空/氮?dú)馓畛涔芫€→回裝主泵定子腔室抽真空/氮?dú)馓畛浞ㄌm盲板。定子腔室氮?dú)馓畛淞鞒倘鐖D1所示。

所供氮?dú)庠礊?5MPa/40L標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)馄?，氮?dú)馓畛涔苈飞显O(shè)置的調(diào)節(jié)閥為自勵(lì)式壓力調(diào)節(jié)閥（設(shè)計(jì)壓力為20.6Mpa，整定值為0～0.034Mpa），根據(jù)閥門出口壓力調(diào)節(jié)閥門開度。同時(shí)，管路上設(shè)置的安全閥用于對(duì)定子腔室中氮?dú)馓畛涮峁┏瑝罕Ｗo(hù)。

2.3 原主泵氮?dú)馓畛涔に囷L(fēng)險(xiǎn)

按照西屋設(shè)計(jì)，主系統(tǒng)每次充水前都要進(jìn)行主泵定子腔的抽真空和氮?dú)馓畛渥鳂I(yè)。目前的氮?dú)馓畛涔に囀菑母邏旱獨(dú)馄拷?jīng)過(guò)兩道減壓閥，直接對(duì)主泵定子腔填充氮?dú)?。此過(guò)程中如果壓力調(diào)節(jié)出現(xiàn)失誤、減壓閥失靈超壓或者人員操作失誤導(dǎo)致主泵定子腔室壓力高于一回路冷卻劑側(cè)1psi，會(huì)造成主泵定子屏蔽套向轉(zhuǎn)子腔室側(cè)鼓包。定子腔室超壓后，在不解體主泵的情況下無(wú)法檢查定子屏蔽套是否鼓包，一旦定子屏蔽套出現(xiàn)鼓包損壞，需要主泵解體才能進(jìn)行屏蔽套的更換。

主泵屏蔽套更換的主要過(guò)程為：拆除主泵吊裝通道的大宗材料→拆除主泵→吊運(yùn)主泵至熱檢修車間→主泵去污→主泵解體→主泵定子屏蔽套更換→主泵定子屏蔽套試驗(yàn)→主泵組裝→吊運(yùn)主泵至蒸發(fā)器隔間→回裝主泵→回裝主泵通道的大宗材料。從以上工序可以看出，主泵屏蔽套的更換不僅復(fù)雜且維修難度大，將會(huì)給核電廠帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

3 主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚫倪M(jìn)

為了避免出現(xiàn)主泵定子屏蔽套向轉(zhuǎn)子腔室側(cè)鼓包的風(fēng)險(xiǎn)，確保主泵氮?dú)馓畛涞捻樌M(jìn)行，縮短核電廠停堆時(shí)間，減少主泵故障對(duì)核電廠造成的經(jīng)濟(jì)性影響，本文提出采用中間過(guò)渡的方式對(duì)目前的氮?dú)饣靥罟に囘M(jìn)行改進(jìn)。

3.1 改進(jìn)后主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚶窂?/p>

改進(jìn)后氮?dú)馓畛涔に囋诟邏旱獨(dú)馄亢偷獨(dú)馓畛涔芫€間增加緩沖罐裝置，緩沖罐作為一種中間過(guò)渡的安全裝置，避免主泵定子腔室壓力意外快速上升。緩沖罐設(shè)計(jì)壓力為1.05MPa，并設(shè)置有壓力表，用于檢測(cè)充入緩沖罐內(nèi)的壓力。

改進(jìn)后的定子腔室氮?dú)馓畛涔に囘^(guò)程為：拆下主泵定子腔室抽真空/氮?dú)馓畛浞ㄌm盲板→連接抽真空/氮?dú)馓畛涔芫€→便攜式真空泵對(duì)定子腔室抽真空→一回路抽真空→一回路充水→將高壓氮?dú)馄俊⒕彌_罐裝置連接至抽真空/氮?dú)馓畛涔芫€→氮?dú)庠刺畛涞獨(dú)猓?.007MPa～0.01MPa）之間且維持10分鐘）→拆下氮?dú)庠床⒋蜷_定子腔室與大氣連通閥門，定子腔室氮?dú)鈮毫εc大氣壓相同→關(guān)閉定子腔室與大氣連通閥門→拆除抽真空/氮?dú)馓畛涔芫€→回裝主泵定子腔室抽真空/氮?dú)馓畛浞ㄌm盲板。改進(jìn)后定子腔室氮?dú)馓畛淞鞒倘鐖D2所示。

3.2 改進(jìn)后主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に噷?shí)施過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程中，先進(jìn)行一個(gè)環(huán)路兩臺(tái)主泵定子腔室的氮?dú)饣靥?，再進(jìn)行第二環(huán)路兩臺(tái)主泵的氮?dú)饣靥睢５獨(dú)馓畛涔に噷?shí)施步驟：

（1）完成氮?dú)馓畛湓诰€，并準(zhǔn)備兩瓶高壓氮?dú)馄浚?/p>

（2）利用氮?dú)馄績(jī)?nèi)高壓氮?dú)鈱?duì)緩沖罐進(jìn)行吹掃；

（3）連接好緩沖罐與系統(tǒng)快速接頭；

（4）控制氮?dú)馄繙p壓閥，觀察緩沖罐上壓力表，將緩沖罐內(nèi)氮?dú)鈮毫刂圃?0.2MPa左右；

（5）慢慢打開氮?dú)夤?yīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氮?dú)饣靥钏俣?，同時(shí)密切監(jiān)視主泵定子腔室壓力，確認(rèn)氮?dú)鈮毫ι咚俣瓤煽兀?/p>

（6）將主泵定子腔室壓力升至0.007MPa～0.01MPa，停止氮?dú)饣靥睢?/p>

3.3 主泵定子腔室氮?dú)馓畛溥^(guò)程經(jīng)驗(yàn)反饋

在三門核電一號(hào)機(jī)組冷試和熱試期間，均出現(xiàn)過(guò)氮?dú)馓畛涔苈返恼{(diào)節(jié)閥不能實(shí)現(xiàn)背壓控制功能（不能將閥后壓力控制在0.034MPa以內(nèi)），故必須采用其他的減壓措施來(lái)防止設(shè)備超壓。增加緩沖罐以后，為氮?dú)馄砍隹诘母邏旱獨(dú)馓峁┝俗銐虻呐蛎浛臻g，以更加可控的方式進(jìn)行氮?dú)饣靥睿词钩霈F(xiàn)意外情況，也不會(huì)導(dǎo)致主泵定子屏蔽套的損壞。

系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定在一回路充水后，壓力在0MPa時(shí)進(jìn)行氮?dú)饣靥罟ぷ?，為了進(jìn)一步降低氮?dú)饣靥畹娘L(fēng)險(xiǎn)，規(guī)程將氮?dú)饣靥畈襟E放在一回路壓力升至2.2MPa時(shí)進(jìn)行。氮?dú)饣靥罟ぷ鲿r(shí)間延后執(zhí)行，期間如果主泵定子腔室真空度出現(xiàn)降低現(xiàn)象，可重新對(duì)定子腔室抽真空。

3.4 主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚱ㄗh

由于調(diào)試工期緊迫，前期采購(gòu)的緩沖罐為廠家標(biāo)準(zhǔn)容器，容積為1m3，重量達(dá)200kg，不便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸及儲(chǔ)存。后續(xù)可考慮將緩沖罐更換成柔性的氮?dú)獍?，氮?dú)馓畛鋾r(shí)先將高壓氮?dú)馄績(jī)?nèi)的氮?dú)獬淙肴嵝圆牧现谱鞯牡獨(dú)獍鼉?nèi)，充填壓力略高于大氣壓力，氮?dú)獍娜莘e略大于主泵定子腔與管路總的容積。后續(xù)，氮?dú)獍尤胫鞅贸檎婵?氮?dú)馓畛涔芫€向主泵定子腔室充入氮?dú)?。由于氮?dú)獍獠恳恢笔艽髿鈮鹤饔茫獨(dú)馓畛溥^(guò)程是一個(gè)恒壓過(guò)程，不會(huì)出現(xiàn)超壓情況。另外，柔性氮?dú)獍梢哉郫B，運(yùn)輸和儲(chǔ)存都很方便。

氮?dú)饣靥罟に囋黾拥木彌_罐是調(diào)試期間使用的工器具，不屬于電廠正式設(shè)計(jì)的設(shè)備，不利于電站運(yùn)行期間的正常使用。建議后續(xù)機(jī)組改進(jìn)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在高壓氮?dú)馄亢偷獨(dú)馓畛涔芫€間增加緩沖裝置，避免出現(xiàn)主泵定子屏蔽套向定子腔室側(cè)鼓包風(fēng)險(xiǎn)。

主泵定子腔室上部氮?dú)馓畛浞ㄌm空間狹窄，法蘭安裝質(zhì)量不穩(wěn)定，并且頻繁拆裝容易造成主泵本體上螺紋底孔的損傷。建議在主泵定子腔室抽氮?dú)馓畛浞ㄌm后增加一段帶有法蘭的直管。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文分析可以看出，三門核電屏蔽主泵定子腔室氮?dú)馓畛涔に嚫倪M(jìn)是必要的，并在一號(hào)機(jī)組冷試和熱試期間驗(yàn)證后是可行的。通過(guò)在高壓氮?dú)馄亢统檎婵?氮?dú)馓畛涔芫€間增加緩沖罐裝置，大大降低在壓力調(diào)節(jié)出現(xiàn)失誤、減壓閥失靈超壓或者人員操作失誤導(dǎo)致主泵定子屏蔽套向定子腔室側(cè)鼓包的風(fēng)險(xiǎn)，為主泵氮?dú)馓畛涔に嚨捻樌M(jìn)行提供了可靠的保障，從而減少主泵故障對(duì)核電廠造成的經(jīng)濟(jì)性影響。

另外，后續(xù)類似核電項(xiàng)目的屏蔽主泵，建議在定子腔室氮?dú)馓畛涔に囋O(shè)計(jì)階段增加中間緩沖裝置，避免出現(xiàn)主泵定子屏蔽套鼓包風(fēng)險(xiǎn)，確保屏蔽主泵氮?dú)馓畛涔に嚨捻樌M(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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