機(jī)組SEC反沖洗泵出力下降的分析與處理

張 弟，趙 強(qiáng)，趙紫炎，黃顯康，姜 偉，宋少甫，林國(guó)民

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300)

0 概述

安全廠用水系統(tǒng)(essential?service?water?system，SEC)的功能是通過(guò)板式換熱器把由設(shè)備冷卻水系統(tǒng)收集的熱負(fù)荷輸送到最終熱阱——海水。由于板式換熱器內(nèi)的流通截面小，杭州灣地區(qū)海水中的泥沙和有機(jī)物含量很高，因此在SEC前端設(shè)置了格柵、鼓網(wǎng)和貝類捕集器對(duì)海水進(jìn)行多次過(guò)濾。其中，鼓網(wǎng)的作用是截流漏過(guò)格柵的細(xì)小雜物，其網(wǎng)孔尺寸為3?mm×3?mm，極易被堵塞。SEC反沖洗泵的作用就是對(duì)鼓網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)反沖洗，保證過(guò)濾效果，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

某核電廠3，4號(hào)機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，SEC反沖洗泵故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響系統(tǒng)和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 SEC反沖洗泵簡(jiǎn)介

該核電廠3，4號(hào)機(jī)組均為M310堆型，SEC系統(tǒng)設(shè)有A，B列，每列并聯(lián)2臺(tái)SEC反沖洗泵，1用1備，因此每臺(tái)機(jī)組配有4臺(tái)SEC反沖洗泵。3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵是由大連蘇爾壽泵及壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)的HGSV50-400型立式單級(jí)離心泵。該泵主要零部件有:葉輪、前后耐磨板、軸、泵殼、泵蓋、機(jī)械密封、軸承等。葉輪為開(kāi)式葉輪，軸向進(jìn)水徑向出水，聯(lián)軸器為彈性膜片聯(lián)軸器，電機(jī)為鼠籠式三相單速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，泵和電機(jī)采用聯(lián)軸器直接連接。設(shè)計(jì)流量為40?m3/h，揚(yáng)程為50?m，泵安裝在-24.23?m的SEC泵坑內(nèi)，泵入口側(cè)與暗渠聯(lián)通，通過(guò)SEC反沖洗泵的連續(xù)工作，將水輸送至-3.8?m的SEC鼓網(wǎng)處對(duì)鼓網(wǎng)進(jìn)行反沖洗。

2 故障描述及原因分析

2.1 SEC反沖洗泵的主要故障

該核電廠3，4號(hào)機(jī)組分別于2010年底和2012年初正式運(yùn)行。2臺(tái)機(jī)組自運(yùn)行以來(lái)，SEC反沖洗泵故障時(shí)有發(fā)生，其中部分故障直接導(dǎo)致泵不可用，機(jī)組記I0，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

自2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)至2016年底，統(tǒng)計(jì)SES反沖洗泵故障共30余次，故障類型分布如圖1所示。

圖1 3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵故障分布

從故障頻率看，該核電廠3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵故障發(fā)生頻率最高的是“出口壓力降低”。

“漏水”缺陷是由于海水中泥沙含量較高，沖刷腐蝕較快，導(dǎo)致泵體或耐磨板穿孔；或機(jī)械密封長(zhǎng)期運(yùn)行磨損引起的漏水。此類缺陷原因比較明確，處理方式明確，在此不做分析。

“軸封堵塞”缺陷主要為生活水系統(tǒng)中存在活性碳，導(dǎo)致軸封水管道堵塞，流量降低，亦屬于偶發(fā)缺陷，處理方式明確，在此不做分析。

2.2 故障原因分析

為了查找該核電廠3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵出口壓力降低的根本原因，采取了多種排查方法，包括：對(duì)泵解體檢查、電機(jī)性能試驗(yàn)、泵入口管道沖洗疏通、儀表根閥及管線疏通、泵出口止回閥檢查。對(duì)各故障點(diǎn)進(jìn)行分類整理，如表1所示。

表1 故障因素分類

2.3 故障原因

針對(duì)3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵出口壓力降低的缺陷，在日常解體檢查時(shí)進(jìn)行了以下工作：

(1)?對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線性能測(cè)試，測(cè)量電機(jī)運(yùn)行時(shí)電流轉(zhuǎn)速等參數(shù)；

(2)?制作工裝，對(duì)泵入口管道進(jìn)行沖洗，檢查是否有堵塞；

(3)?對(duì)儀表根閥及至母管段管道進(jìn)行疏通；

(4)?檢查泵出口止回閥及隔離閥；

(5)?利用分中法對(duì)泵葉輪與前后耐磨板間隙進(jìn)行復(fù)查和調(diào)整。

根據(jù)檢查結(jié)果并對(duì)比同類泵運(yùn)行情況，排除了電機(jī)出力不足、電機(jī)轉(zhuǎn)向錯(cuò)誤、電機(jī)轉(zhuǎn)速太低、泵入口管線堵塞、儀表根閥堵塞、泵出口止回閥故障及介質(zhì)含氣量大/粘度不合適這7個(gè)故障因素。

在解體檢查中，對(duì)SEC反沖洗泵葉輪與前后耐磨板間隙進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)葉輪與前耐磨板間隙在1.5—2?mm，較標(biāo)準(zhǔn)值0.7—1.1?mm有所擴(kuò)大。葉輪與耐磨板間隙增大，造成泵內(nèi)部回流量增大，理論上會(huì)稍微提高葉輪入口壓力；但通過(guò)葉輪的總流量增大了，泵的氣蝕余量就會(huì)升高。間隙過(guò)大，會(huì)造成葉輪進(jìn)出口出現(xiàn)壓力差，高壓端向低壓端泄漏，增大泵的容積損失，使泵的效率和揚(yáng)程均下降。根據(jù)這個(gè)表面現(xiàn)象，對(duì)表1序號(hào)1的4個(gè)故障因素進(jìn)行分析。

2.3.1 葉輪與前后耐磨板嚴(yán)重沖刷腐蝕

在歷次解體檢查中，發(fā)現(xiàn)泵葉輪、前后耐磨板在運(yùn)行周期內(nèi)受到海水的嚴(yán)重沖刷腐蝕，產(chǎn)生嚴(yán)重變形、沖刷脫落、減薄等缺陷，如圖2所示。

圖2 葉輪與耐磨板沖刷腐蝕變形嚴(yán)重

目前，葉輪和前后耐磨板的材質(zhì)為雙向不銹鋼，該材質(zhì)與海水會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，引起腐蝕。新備件安裝運(yùn)行1個(gè)周期后，就已經(jīng)被沖刷腐蝕得面目全非，表面出現(xiàn)不規(guī)則的凹凸點(diǎn)；葉輪部分材質(zhì)因沖刷腐蝕產(chǎn)生脫落，導(dǎo)致葉輪外形幾何尺寸變化，從而引起泵性能的變化。同時(shí)，由于葉輪與耐磨板表面受沖刷變薄，導(dǎo)致葉輪與耐磨板之間間隙增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3.2 泵殼流道及出口嚴(yán)重沖刷受損

在解體過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)泵殼流道及出口受嚴(yán)重沖刷而變形，甚至本體腐蝕脫落(見(jiàn)圖3)，導(dǎo)致泵出口直徑增大，引起流量增大。

該泵葉輪為后彎式葉輪，查詢?cè)摫眠\(yùn)行維護(hù)手冊(cè)，由該泵運(yùn)行性能曲線分析得知，泵流量增大會(huì)直接引起泵揚(yáng)程降低。

2.3.3 軸承或其他零部件損傷

2017-03-01，在處理3SEC203PO缺陷時(shí)，解體檢查，發(fā)現(xiàn)泵驅(qū)動(dòng)端軸承擋油環(huán)存在裂紋，如圖4所示。在泵運(yùn)行過(guò)程中，由于驅(qū)動(dòng)端擋油環(huán)存在裂紋，受力擠壓變形，使泵的軸竄量增大，直接引起泵葉輪與耐磨板之間間隙增大，影響泵的出力。

圖3 泵出口沖刷腐蝕脫落

圖4 軸承擋油環(huán)存在裂紋

綜上分析，引起3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵出口壓力降低的根本原因?yàn)椋?/p>

(1)?泵葉輪與前后耐磨板間隙增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值；

(2)?泵出口流道受沖刷變寬，流道口材質(zhì)被沖刷腐蝕脫落，使泵出口流量增大，揚(yáng)程降低。

3 故障處理

3.1 提升備品備件的耐沖刷、耐腐蝕性能

(1)?對(duì)葉輪與前后耐磨板進(jìn)行碳化鎢涂層處理，增強(qiáng)耐海水沖刷腐蝕強(qiáng)度。與沒(méi)有進(jìn)行碳化鎢涂層處理的葉輪和耐磨板相比，具有涂層的葉輪和耐磨板的耐腐性明顯增強(qiáng)，具體如圖5所示。

(2)?對(duì)泵殼流道進(jìn)行涂層處理，降低其沖刷腐蝕速度。在泵解體檢查時(shí)，對(duì)泵殼流道易沖刷腐蝕部分進(jìn)行陶瓷涂層處理，以降低海水沖刷腐蝕速度，避免泵運(yùn)行流量變化導(dǎo)致反沖洗泵故障。

3.2 升版規(guī)程，改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)解體檢查處理方法

3.2.1 固化安裝過(guò)程中葉輪與前后耐磨板間隙

對(duì)泵解體規(guī)程進(jìn)行升版，增加泵葉輪和耐磨板平面度數(shù)據(jù)的測(cè)量。在對(duì)泵進(jìn)行解體檢查回裝后，通過(guò)調(diào)整泵蓋與泵體之間波齒墊厚度，利用分中方法計(jì)算后，對(duì)葉輪與前后耐磨板間隙進(jìn)行調(diào)整并固定，保證間隙在0.7—1.1?mm。

圖5 運(yùn)行1個(gè)周期后的對(duì)比示意

3.2.2 對(duì)軸封擋油環(huán)進(jìn)行定期檢查更換

該部件原來(lái)無(wú)備件信息，在發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后及時(shí)與設(shè)備管理工程師溝通，申請(qǐng)物資編碼采購(gòu)備件。同時(shí)，在泵解體檢查規(guī)程中增加對(duì)應(yīng)檢查內(nèi)容，定期更換，以免泵運(yùn)行期間軸竄量變化，及時(shí)消除隱患，確保生產(chǎn)安全。

3.3 故障處理成果

3，4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵預(yù)防性解體檢查項(xiàng)目周期為1年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，SEC反沖洗泵自投運(yùn)以來(lái)，每年都會(huì)出現(xiàn)出口壓力降低故障，且發(fā)生頻率有逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，僅2016年該故障就出現(xiàn)了6次，故障率非常高。將上述處理方案應(yīng)用到預(yù)防性和糾正性維修之后，自2017年1月至今，未再出現(xiàn)過(guò)泵出力不足的故障，大大降低了設(shè)備故障率，保證了設(shè)備和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 總結(jié)

自該核電廠3,4號(hào)機(jī)組SEC反沖洗泵出現(xiàn)不能滿足沖洗要求后，維修人員通過(guò)對(duì)系統(tǒng)及泵結(jié)構(gòu)的不斷分析，在解體時(shí)對(duì)各個(gè)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量，提出了切實(shí)可行的試驗(yàn)方法，最終確認(rèn)了故障的根本原因是葉輪與耐磨板、泵殼流道及出口受嚴(yán)重沖刷、腐蝕而受損，并制定了處理方案。該方案在實(shí)際應(yīng)用中初見(jiàn)成效，提升了機(jī)組SEC反沖洗泵的可靠性，同時(shí)為其他設(shè)備的檢修維護(hù)積累經(jīng)驗(yàn)。