循環(huán)水泵維修經(jīng)驗

于金龍

（中國原子能科學研究院，北京 102413）

0 引言

循環(huán)水系統(tǒng)由3 臺SPL350-430（I）循環(huán)水泵、膠球清洗裝置、相連閥門及Q235-A.F 管道組成。兩條Ф820×9 mm 的管道，從冷卻塔輸送循環(huán)水至室外閥門井后，匯成一條Ф1020×8 mm的母管。3 條Ф630×6 mm 的管道，從母管接出后分別連接到循泵入口，循環(huán)水泵（以下簡稱循泵）打出水經(jīng)過3 條循環(huán)水支管匯入一條Ф1020×8 mm 的母管，然后供給主凝汽器、副凝汽器、空氣冷器、冷油器和凝結(jié)水冷卻器，最后通過Ф1020×8 mm 的回水母管進入09 子項冷卻塔噴淋管，冷卻后落入冷卻塔底部水池，再經(jīng)過水池出口濾網(wǎng)進入兩條Ф820×9 mm 的管道。

循泵為單級雙面進水立式離心循泵，是循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備之一。2004 年安裝在03 子項，2009 年循環(huán)水系統(tǒng)改造后，循泵遷移到00 子項循泵泵房。在額定工況運行時，兩臺循泵運行，一臺循泵備用。循泵停運階段維保周期為6 個月，運行階段維保周期為3 個月。當循泵發(fā)生故障時，將直接影響汽輪機組的真空度及熱源交換，直接降低機組出力。盡管循泵在制造、安裝和運行過程中采取多種方法以防止汽蝕的發(fā)生，但在實際運行中，由于種種原因會使循泵的運行條件與設(shè)計工況發(fā)生偏離，不同程度的汽蝕仍偶有發(fā)生，給電力企業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失。循泵泵體及密封環(huán)銹蝕、葉輪汽蝕是循泵主要故障，長期在汽蝕下運行，易引起泵體部件壽命降低及葉輪局部損壞，汽蝕嚴重時會引起泵體強烈振動，導(dǎo)致水流中斷，泵體停止工作。

1 原因分析

1.1 直接原因

循環(huán)水系統(tǒng)管道、葉輪與泵體材料為普通碳鋼，在潮濕環(huán)境下，當系統(tǒng)停運時間遠遠大于運行時間時，材料表面發(fā)生的化學腐蝕，是葉輪與泵體銹蝕的直接原因。循泵在長期停機狀態(tài)下，空氣易侵入泵體，空氣與泵體接觸氧化，引起380GA 密封環(huán)、葉輪、泵體銹蝕，從而導(dǎo)致密封環(huán)銹蝕，甚至卡澀，使2#循泵盤車盤不動。循泵泵體及系統(tǒng)管道進入空氣，是造成循泵銹蝕卡澀與葉輪汽蝕的主要原因。

1.2 間接原因

循泵運行過程中，過流部分區(qū)域，通常是葉輪葉片進口稍后處，抽送液體的絕對壓力下降到小于等于當時液溫下相應(yīng)汽化壓力時，就會因汽化而產(chǎn)生汽泡。汽泡主要由蒸汽組成，因水中溶解有一定量氣體，所以汽泡中除了蒸汽以外，還夾帶少量氣體。當汽泡隨水流流到高壓區(qū)時，高壓液體將使汽泡急劇縮小并直至凝結(jié)成水，汽泡逐漸變形而最終破裂。當汽泡破裂時，細水滴以高速填充汽泡空穴而發(fā)生互相撞擊從而形成強烈的水擊作用，使過流區(qū)域的材料受到腐蝕破壞。由此可知，汽蝕過程包括汽泡形成、汽泡生長、汽泡破裂，從而導(dǎo)致水泵葉輪及泵體發(fā)生腐蝕和汽蝕。

1.3 根本原因

1.3.1 設(shè)備原因分析

（1）循泵本身為臥式結(jié)構(gòu)設(shè)計，因現(xiàn)場安裝空間問題，將臥式循泵改為立式安裝。在循泵啟動前，泵體及附屬管道放氣閥排放不充分，而使空氣進入系統(tǒng)，引起循泵葉輪銹蝕和汽蝕。

（2）對循泵日常技術(shù)維護，只有在解體檢修的情況下才能判斷內(nèi)部磨損腐蝕，否則對于循泵內(nèi)葉輪、密封環(huán)、泵殼等腐蝕情況無法準確判斷。系統(tǒng)設(shè)備長期停置后，接觸空氣而發(fā)生氧化，進而使葉輪密封環(huán)銹蝕卡澀而造成無法盤車。

1.3.2 系統(tǒng)原因分析

（1）冷卻水塔液位高度差降低。在反應(yīng)堆滿功率運行期間，09 子項冷卻水塔出口至循泵入口母管濾網(wǎng)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。當冷卻水塔底部水池內(nèi)水位高度降低或出口濾網(wǎng)堵塞時，循泵入口母管濾網(wǎng)水位將降低，引起循泵中心線與入口水面水位差降低，而降低有效汽蝕余量，極易引起空氣進入管道與泵腔，從而加速循泵汽蝕。

（2）空氣進入泵腔造成葉輪腐蝕汽蝕?？諝膺M入泵腔的主要來源：①40～50 ℃水溫進入冷卻水塔底部水池時，易產(chǎn)生氣泡，這些氣泡隨水池內(nèi)水流運動而漩渦進入葉輪，從而形成氣囊阻礙流道，或通過液體水被擠破裂，而再次形成氣泡。②在冷卻塔內(nèi)冷卻過程中，循環(huán)水夾帶大量的過飽和空氣。③水塔底部吸水池入口母管旋渦帶入空氣，在大氣壓作用下進入循泵葉輪的進口低壓區(qū)，隨水流進入高壓區(qū)沖擊循泵葉輪，最終導(dǎo)致葉輪等腐蝕汽蝕。

（3）低點排水。循泵設(shè)計為立式泵，臥式安裝，系統(tǒng)停運后泵體及附屬管道內(nèi)存水無法徹底排盡。系統(tǒng)存水將加速泵體及附屬管路腐蝕速率。長期停運期間，設(shè)備及管路內(nèi)空氣和金屬接觸而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

1.3.3 環(huán)境原因分析

循環(huán)水出口水溫應(yīng)≤42 ℃，進出口溫差應(yīng)控制在7～8 ℃。在炎熱潮濕的夏季，泵體與系統(tǒng)管路內(nèi)殘留水汽能促進Q235-A.F 管道、葉輪、泵體等零部件的氧化速率。

2 相關(guān)影響分析

2.1 化學腐蝕對循泵的影響

化學腐蝕是在金屬表面與周圍環(huán)境發(fā)生電化學（化學）作用，引起金屬表面破壞變質(zhì)的一種自然現(xiàn)象，易促進泵體、軸、葉輪、水環(huán)及密封環(huán)等腐蝕氧化的速率，直接減少循泵服役壽命。

2.2 葉輪汽蝕對循泵的影響

循泵葉輪汽蝕將改變泵腔內(nèi)水流狀態(tài)，造成水流流動阻力增加，導(dǎo)致循泵揚程、流量和效率等參數(shù)值降低，進而造成泵體流道的材料發(fā)生侵蝕破壞，并引起泵體振動和噪聲，危及循泵的正常運行，主要表現(xiàn)為3 方面。

（1）振動和噪聲。循泵發(fā)生汽蝕時，汽泡在高壓區(qū)連續(xù)發(fā)生破裂現(xiàn)象，在微細射流高速沖擊作用下，形成噪聲，汽泡破裂時的沖擊作用，引起泵組產(chǎn)生振動現(xiàn)象。

汽蝕噪聲與發(fā)展的程度有關(guān)，噪聲大時對材料破壞的作用將加大，可用于判斷汽蝕破損的程度。汽蝕引起振動原因主要有：①汽泡破裂產(chǎn)生的高頻振動；②葉片進口沖角較大時后方易形成脫流，將產(chǎn)生不穩(wěn)定汽穴。如果振動頻率與循泵固有頻率相同或接近時，極易引起共振使循泵工況惡化，嚴重時破壞系統(tǒng)的安全運行。

（2）流道材料的破壞。在汽泡周圍液體壓力上升時，汽泡將受到較大壓縮，使內(nèi)壓升高而導(dǎo)致汽泡破裂，最終形成微細射流。流道材料表面在微細射流的作用下，表面晶體產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，嚴重者將形成蜂窩狀。同時，微細射流的沖擊將形成200 ℃以上高溫，使流道材料呈現(xiàn)電解現(xiàn)象，加快化學腐蝕速率。

（3）循泵性能的下降。汽蝕的初級階段對循泵特性無明顯影響，待汽蝕程度增大到流道有效形狀因空間較大而堵塞時，葉輪和液體能量交換而受到干擾破壞，引起循泵揚程、流量、工作效率、循泵軸功率曲線下降，嚴重時將引起循泵的停運。

3 經(jīng)驗建議

3.1 設(shè)計方面

（1）增加循泵低點排水，設(shè)計氮氣保護，以減少空氣的氧化。

（2）循泵葉輪及附屬管道選用耐氧化耐汽蝕更高的硬質(zhì)合金，或在表面涂刷環(huán)氧樹脂，以提高性能。

3.2 運行方面

（1）當循泵長期處于停運狀態(tài)且冷卻水塔底部水池有足夠存水時，應(yīng)將循泵及附屬系統(tǒng)管路灌滿水，以減少空氣接觸氧化，且每隔半月將循泵運轉(zhuǎn)4～6 h。

（2）當循泵長期處于停運狀態(tài)且冷卻水塔底部水池無存水時，應(yīng)打開系統(tǒng)最低點排放水閥，盡可能排盡存水，再用干燥氮氣將系統(tǒng)內(nèi)吹掃干凈，以減少氧化。

3.3 維修方面

（1）依據(jù)系統(tǒng)實驗與啟停頻繁的運行特點，進一步優(yōu)化與升級維修程序。

（2）為減少銹蝕與汽蝕，在循泵葉輪與吸入管道表面刷涂環(huán)氧樹脂，以減少氧化銹蝕與汽蝕。

4 結(jié)束語

通過現(xiàn)場2#循泵無法盤車的故障現(xiàn)象，重點對故障原因進行了研究，對系統(tǒng)設(shè)備的影響進行分析，并從設(shè)計、運行、維修等方面進行經(jīng)驗反饋，為同類型設(shè)備故障的維修提供借鑒經(jīng)驗。同時，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備自身的特性，制定不同的維修策略，達到舉一反三的目的。