秦山三廠輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)優(yōu)化改造

馬弘杰

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

在正常功率運(yùn)行時(shí)，主凝結(jié)水泵將凝汽器熱阱中的凝結(jié)水經(jīng)過(guò)軸封冷卻器和兩列并列運(yùn)行的低壓給水加熱器組輸送至除氧器情況。 在電廠啟動(dòng)、停運(yùn)或喪失IV 級(jí)電源等異常運(yùn)行工況時(shí)， 輔助凝結(jié)水泵將凝汽器熱阱中的凝結(jié)水經(jīng)輔助液位控制閥及管道直接輸送至除氧器，以維持除氧器的液位，輔助凝結(jié)水泵能提供4%FP 的凝結(jié)水流量。 輔助凝結(jié)水泵為8 級(jí)直立密封多級(jí)葉片泵，額定流量44.8 kg/s，揚(yáng)程119 m，位于TB 最底層的012 區(qū)域。

本文通過(guò)多個(gè)小節(jié)詳細(xì)剖析輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)現(xiàn)場(chǎng)工況、缺陷情況、改造方案及運(yùn)行響應(yīng)。

1 輔助凝結(jié)水泵及其入口膨脹節(jié)功能介紹

1.1 輔助凝結(jié)水泵功能介紹

蒸汽在汽機(jī)里做功后經(jīng)CCW 冷凝成凝結(jié)水，積聚在凝汽器底部（凝汽器熱阱），凝汽器熱阱里的凝結(jié)水經(jīng)主凝泵送經(jīng)軸封冷卻器（管側(cè)）、除氧器液位控制閥、低加疏水冷卻器（管側(cè)）、1#/2#/3#低加（管側(cè)）后，到達(dá)除氧器。上述從凝汽器熱阱開(kāi)始直至到達(dá)除氧器即為凝結(jié)水系統(tǒng)的主要流程。 另外，該系統(tǒng)還包括凝泵再循環(huán)管線、 凝汽器喉部噴淋 （旁排動(dòng)作時(shí)提供冷卻）、低壓缸噴淋、軸封冷卻器的緊急噴淋及凝泵和主給水泵入口濾網(wǎng)沖洗水管線等。

凝結(jié)水系統(tǒng)包括兩臺(tái)主凝泵、一臺(tái)輔凝泵、三個(gè)除氧器主液位控制閥、一個(gè)除氧器輔助液位控制閥及其他一些閥門和系統(tǒng)管道組成。機(jī)組啟動(dòng)及其他一些低功率工況下，由輔凝泵從凝汽器熱阱取水，經(jīng)除氧器輔助液位控制閥直接送至除氧器， 輔凝泵能提供4%FP 的凝結(jié)水流量。 正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)主凝泵運(yùn)行，凝結(jié)水經(jīng)主凝泵送經(jīng)軸封冷卻器（管側(cè)），由兩個(gè)除氧器液位控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)低加疏水冷卻器（管側(cè)）、1#/2#/3#低加（管側(cè)）后，到達(dá)除氧器，另一臺(tái)主凝泵及輔凝泵處于備用位置。 主凝泵電機(jī)由四級(jí)電源5324-BUC/D 母線供電，而輔凝泵由三級(jí)電源5433-BUN 母線供電，四級(jí)電源失去后，輔凝泵會(huì)在2#備用柴油機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)行順序帶載。

凝汽器補(bǔ)排水系統(tǒng)包括凝汽器正常及緊急補(bǔ)水管線、排水管線，以及后備給水箱（RFT）的補(bǔ)水管線，及輔助給水泵的備用水回路。 正常運(yùn)行時(shí)，二回路的汽水損失由后備給水箱通過(guò)正常的補(bǔ)水回路向凝汽器熱阱提供補(bǔ)水，在緊急情況下，也可以從除鹽水箱直接向凝汽器熱阱提供緊急補(bǔ)水。在凝汽器熱阱出現(xiàn)高液位時(shí)， 多余的水則由排水回路排至后備給水箱。后備給水箱還由除鹽水分配泵通過(guò)后備給水箱的液位控制閥提供補(bǔ)水。 異常工況下，后備給水箱還可以為輔助給水泵提供一路備用水源。

1.2 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)功能介紹

膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)：8＂×L10.75＂的非核級(jí)法蘭連接A240-321 材料金屬波紋管膨脹節(jié)。

管線位置條件： 膨脹節(jié)安裝在輔助凝泵的入口，其設(shè)計(jì)壓力較低，為真空至0.05 MPa，

正常運(yùn)行壓力更低：為負(fù)壓（-0.09 MPa）。

輔助凝結(jié)水泵的入口膨脹節(jié)在輔助凝結(jié)水泵啟停和正常運(yùn)行時(shí)能減少管道振動(dòng)， 吸收系統(tǒng)沖擊，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)的處理保證了在各種工況下除氧器的上水，保證了二回路的水裝量。也保證了一回路的熱量能正常的通過(guò)蒸汽發(fā)生器導(dǎo)出， 保證了核電廠在3C 的原則下安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)破損現(xiàn)象及其后果

2.1 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)破損故障描述

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行期間，該類設(shè)備曾多次出現(xiàn)嚴(yán)重變形情況（波紋管拉長(zhǎng)、彎曲、變形，出現(xiàn)“鼓包”的情況），膨脹節(jié)的該種損壞變形，導(dǎo)致其失效、無(wú)法正常工作，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很大的隱患。

2.2 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)故障風(fēng)險(xiǎn)分析

輔助凝結(jié)水泵入口直接連接到凝汽器，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，凝汽器內(nèi)為真空，如果輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)損壞導(dǎo)致入口管道對(duì)空，那么凝汽器真空會(huì)迅速惡化導(dǎo)致如下后果：

（1）隨著真空下降，汽機(jī)負(fù)荷下降。

（2）當(dāng)凝汽器真空達(dá)到13.3 kPa(a)時(shí)，開(kāi)始閉鎖CSDV 打開(kāi)，16.9 kPa (a)CSDV 完全閉鎖。 同時(shí)在13.3 kPa(a)時(shí)，備用真空泵自動(dòng)啟動(dòng)。

（3）當(dāng)凝汽器真空達(dá)到13.3 kPa(a)時(shí)，真空卸荷器開(kāi)始動(dòng)作， 調(diào)門開(kāi)始關(guān)閉， 汽機(jī)負(fù)荷繼續(xù)下降，SG壓力上升，引起ASDV 打開(kāi)。

（4）隨著凝汽器真空進(jìn)一步下降，汽機(jī)負(fù)荷低于90%FP時(shí)，ASDV排放容量不夠，將導(dǎo)致CSDV 開(kāi)啟。

（5）由于CSDV 開(kāi)度受限，當(dāng)CSDV 開(kāi)度不足以平衡堆機(jī)功率偏差時(shí)，將導(dǎo)致SG 壓力進(jìn)一步上升，導(dǎo)致Setback。

（6）當(dāng)凝汽器壓力達(dá)到22.7 kPa(a)時(shí)，真空卸荷器將汽機(jī)負(fù)荷卸為零。

（7）當(dāng)凝汽器壓力達(dá)到25.3 kPa(a)，會(huì)引起汽機(jī)脫扣，反應(yīng)堆功率Setback 至60%。

（8）如果SG 壓力繼續(xù)上升，達(dá)到MSSV 開(kāi)啟值，則會(huì)導(dǎo)致MSSV 動(dòng)作。 MSSV 動(dòng)作后有可能不回座或者回座不嚴(yán)， 則會(huì)導(dǎo)致1#SDS 和2#SDS 動(dòng)作。 如果MSSV 持續(xù)開(kāi)啟，會(huì)導(dǎo)致二次側(cè)速冷，1 回路的壓力和溫度急劇降低，有可能達(dá)到ECC 動(dòng)作值，導(dǎo)致ECC 系統(tǒng)動(dòng)作。

（9）輔助凝結(jié)水泵在進(jìn)行定期試驗(yàn)時(shí)如果發(fā)生入口膨脹節(jié)損壞，可能會(huì)造成本體和電機(jī)的損壞，也可能對(duì)附近的運(yùn)行人員造成人身傷害。

3 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)故障原因分析

3.1 分析輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)失效時(shí)所處的工況

起初兩臺(tái)機(jī)組的輔助凝泵入口膨脹節(jié)43210-EJ4004 為美國(guó)MICROFLEX 生產(chǎn)， 在多次出現(xiàn)此變形失效后，受委托南京晨光依據(jù)原設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了該金屬膨脹節(jié)的備件制造， 然而在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，膨脹節(jié)也出現(xiàn)了相類似的失效狀態(tài)。

為進(jìn)一步確認(rèn)該類設(shè)備變形失效的具體原因，對(duì)該類設(shè)備實(shí)施損壞變形失效分析和評(píng)估，再根據(jù)確定的失效原因，針對(duì)性的給出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，為后續(xù)的正常備件采購(gòu)提供試驗(yàn)驗(yàn)證和技術(shù)支持。

初步確定分析目標(biāo)：

（1）分析該金屬膨脹節(jié)的損壞有無(wú)制造原因；

（2）分析該金屬膨脹節(jié)在設(shè)計(jì)工況下會(huì)否有目前的損壞可能；

（3）分析該金屬膨脹節(jié)產(chǎn)生照片的損壞會(huì)是何種原因，并對(duì)完好的備件進(jìn)行模擬。

根據(jù)失效件的變形情況，其內(nèi)外周向屈服一致，分析并預(yù)判造成該失效形式的原因是膨脹節(jié)所受內(nèi)部正壓過(guò)高所致，可排除制造原因引起的金屬膨脹節(jié)失效。

試驗(yàn)驗(yàn)證：對(duì)完好的膨脹節(jié)備件進(jìn)行試驗(yàn)，包括抽真空試驗(yàn)和壓力試驗(yàn)（正壓）來(lái)確認(rèn)膨脹節(jié)失效的原因。

試驗(yàn)內(nèi)容：

首先，抽真空負(fù)壓試驗(yàn)（壓力值低于系統(tǒng)負(fù)壓），觀察膨脹節(jié)外觀變化。

其次，若未發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，則重新對(duì)膨脹節(jié)進(jìn)行正壓試驗(yàn)，直至發(fā)生柱狀失穩(wěn)，記錄該壓力數(shù)值。 （正壓第一階段：失穩(wěn)）

最后，繼續(xù)對(duì)該膨脹節(jié)進(jìn)行水壓試驗(yàn)直至爆破狀態(tài)，記錄該壓力數(shù)值。 （正壓第二階段：爆破）

試驗(yàn)結(jié)果：

（1）負(fù)壓試驗(yàn)：抽真空至4 KPa(a)時(shí)（低于系統(tǒng)負(fù)壓），波紋管未發(fā)生明顯變形、更沒(méi)有失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）正壓試驗(yàn)：正壓打至0.3 MPa 時(shí)，波紋管開(kāi)始發(fā)生變形，0.4 MPa 時(shí)變形增大已失穩(wěn)，卸壓壓力表回零后，波紋管有回彈，但仍失穩(wěn)狀態(tài)。 因此，此完好備件失穩(wěn)形式與之前已失效的波紋管類似，只是失效波紋管變形更厲害，可以判斷現(xiàn)場(chǎng)失效的波紋管正壓肯定超過(guò)0.4 MPa。

（3）爆破試驗(yàn)：隨著壓力不斷上升觀察膨脹節(jié)的外觀變化，壓力升至1.5 MPa 時(shí)，波紋管變形嚴(yán)重，繼續(xù)加壓到2.0 MPa，壓力突然驟降至1.5 MPa，此時(shí)繼續(xù)補(bǔ)壓，壓力不上升，波紋管只發(fā)生形變，“鼓包”嚴(yán)重。

通過(guò)以上試驗(yàn)可知， 膨脹節(jié)失效非負(fù)壓所致，而是正壓過(guò)大遠(yuǎn)超過(guò)了膨脹節(jié)設(shè)計(jì)壓力，導(dǎo)致了膨脹節(jié)變形失效，完好備件的爆破試驗(yàn)壓力值為1.5 MPa，此時(shí)之前的失效件外觀一樣。

3.2 分析導(dǎo)致輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)失效的原因

通過(guò)比較1、2 號(hào)機(jī)組執(zhí)行輔助凝結(jié)水泵定期試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，可看出1 號(hào)機(jī)組出口流量在啟泵瞬間達(dá)到38kg/s，又突降到0，原因如下：

（1）輔助凝結(jié)水泵出口電動(dòng)閥4321-MV4116 沒(méi)有全關(guān)或有內(nèi)漏，使得輔助凝結(jié)水泵并不是一個(gè)關(guān)閥啟泵的狀態(tài)，導(dǎo)致啟泵瞬間有一個(gè)流量突升；

（2）除 氧 器 輔 助 液位控制器64321-LC4224 的LOOP1 和LOOP2 設(shè)定值分別為L(zhǎng)OOP1：41.36 kg/s，LOOP2：3380 mm。因?yàn)? 號(hào)機(jī)組除氧器液位始終低于3380 mm， 導(dǎo)致LC4224 長(zhǎng)時(shí)間積分， 控制器輸出為42%。 所以啟泵瞬間，只要出口閥打開(kāi)，就會(huì)有很大的流量通過(guò)，從而有一個(gè)流量的突升。

（3）在凝泵出口流量達(dá)到41.36 kg/s 后，控制器輸出才開(kāi)始下降。 流量突降到0，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生水錘，產(chǎn)生瞬間的超過(guò)設(shè)計(jì)壓力的高壓力，導(dǎo)致入口膨脹節(jié)損壞。

4 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)改造詳細(xì)方案及定期試驗(yàn)時(shí)的響應(yīng)

4.1 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)改造詳細(xì)方案

原膨脹節(jié)在0.3 MPa 下就出現(xiàn)變形， 本方案將膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)壓力提高至0.5 Mpa， 采用增加壁厚，改變波形參數(shù)等方法提高膨脹節(jié)的強(qiáng)度和抗壓能力， 可以確保其在0.5 MPa 下能正常使用， 在0.75 MPa 試驗(yàn)壓力下不會(huì)失穩(wěn)， 理論上其爆破壓力值將大于1.5 MPa。

此設(shè)計(jì)方案較原膨脹節(jié)的承壓能力有很大的提高，但是否適用于現(xiàn)場(chǎng)， 需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)壓力波動(dòng)的數(shù)值，明確壓力波動(dòng)的原因，然后再進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

4.2 輔助凝結(jié)水泵運(yùn)行響應(yīng)

輔助凝泵啟動(dòng)試驗(yàn)98-91140-OM-760 是強(qiáng)制性試驗(yàn)，試驗(yàn)周期31 天。 在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）運(yùn)行人員通過(guò)對(duì)泵入口管道進(jìn)行充水排氣來(lái)保證泵入口管線滿水；

（2）在定期試驗(yàn)開(kāi)始之前聯(lián)系維修人員對(duì)泵的出口閥進(jìn)行手動(dòng)搖關(guān)，保證出口閥關(guān)嚴(yán)；

（3）啟動(dòng)輔凝泵前，將64321-LC4224 置于MAN，手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出到0，再置于AUTO，確認(rèn)其輸出保持在0。

通過(guò)這幾種措施來(lái)保證啟泵時(shí)不會(huì)產(chǎn)生瞬間的高壓力，從而防止入口膨脹節(jié)變形失效。 如果在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)有明顯變形，應(yīng)及時(shí)停止試驗(yàn)，并恢復(fù)試驗(yàn)前狀態(tài)，發(fā)缺陷聯(lián)系維修評(píng)估入口膨脹節(jié)變形情況及是否可以繼續(xù)運(yùn)行。如果入口膨脹節(jié)發(fā)生破損， 應(yīng)及時(shí)關(guān)閉泵入口閥4321-V4688和泵排氣閥4321-V4618，防止凝汽器真空惡化。

根據(jù)運(yùn)行分析，輔助凝結(jié)水泵出口管線位置比凝汽器高，因?yàn)楸贸隹陂y，出口逆止閥內(nèi)漏，導(dǎo)致這一段管線內(nèi)凝結(jié)水被排空，泵啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水錘，造成入口膨脹節(jié)損壞。 這是其損壞的其根本。

5 結(jié)語(yǔ)

輔助凝結(jié)水泵在核電廠正常滿功率運(yùn)行和事故工況下的作用十分重大。輔助凝結(jié)水泵的入口膨脹節(jié)在輔助凝結(jié)水泵啟停和正常運(yùn)行時(shí)能減少管道振動(dòng)，吸收系統(tǒng)沖擊，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。 輔助凝結(jié)水泵入口膨脹節(jié)缺陷的處理保證了在各種工況下除氧器的上水，保證了二回路的水裝量。 也保證了一回路的熱量能正常的通過(guò)蒸汽發(fā)生器導(dǎo)出，保證了核電廠在3C 的原則下安全穩(wěn)定的運(yùn)行。 輔助凝結(jié)水泵出口管線位置比凝汽器高，因?yàn)楸贸隹陂y，出口逆止閥內(nèi)漏，導(dǎo)致這一段管線內(nèi)凝結(jié)水被排空，泵啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水錘，造成入口膨脹節(jié)損壞。