田灣核電站抗燃油應用與維護

許海生

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

1 核電站主泵用抗燃油監(jiān)督

田灣核電站位于江蘇省連云港市連云區(qū)田灣，一期工程建設兩臺單機容量106 萬kW的俄羅斯AES-91型壓水堆核電機組。二期兩臺機組單機容量112.6 萬kW，采用俄羅斯VVER-1000改進型核電機組。1號和2號機組分別于2007年5月17日和8月16日先后投入商業(yè)運行。二期工程于2012年12月27日正式開工建設。3號、4號機組分別于2018年2月15日、12月22日投入商業(yè)運行，機組設計壽命為40 a，年平均負荷因子不低于80%，年發(fā)電量為140 億kW·h[2]。

反應堆冷卻劑泵簡稱主泵，是一回路的重要組成部分，主要功能為保障一回路冷卻劑的循環(huán)，強化堆芯傳熱，并把堆芯產(chǎn)生的熱量傳送到蒸汽發(fā)生器，屬于安全1級、質保1級設備，以安全可靠而著稱。

田灣核電所使用的主泵型號為ГЦНa-1391，為立式、離心、單級泵，由水力殼體、可取出部件、電動機、上部和下部定位架、支撐件及輔助系統(tǒng)等組成。1391型主泵上徑向軸承和推力軸承采用水潤滑方式，推力軸瓦為滲硅石墨瓦塊（耐磨材料СГ-П0.5）。同樣從安全考慮，主泵電動機軸承室潤滑采用同汽輪機潤滑油一致的同一牌號的抗燃油，以色列化工集團工業(yè)品公司（ICL-IP，原美國阿克蘇諾貝爾磷化學公司）生產(chǎn)。抗燃油具有較好的黏溫性和氧化安定性，尤其是難燃性，自燃點高達530 ℃以上，較普通礦物汽輪機油350 ℃的自燃點高約200 ℃，可以保證汽輪機組高溫蒸汽管道減少火險隱患。每臺主泵電動機潤滑油油箱容積為1600 L，按設備KKS編碼區(qū)分分別為JEB10-40BB001，單個機組共4臺，1號～4號機組共計16臺。

油系統(tǒng)用來冷卻電動機上部和下部巴氏合金徑向軸承，以保證電動機準備、啟動和運行。油系統(tǒng)安裝在主泵機組上定位隔架的支架上，包括油箱JEV10BB001，2臺屏蔽電動泵JEW10AP001和JEV10AP002，安裝在油箱頂部的油冷卻器JEV10AC001及裝在電動機轉子上的螺旋泵等。油箱JEV10BB001注滿了牌號為Fyrquel-L（原設計為ОМТИ）的潤滑油，油通過手動閥JEV10AA005排放。

為了保證主泵機組的啟動，在主泵啟動前15 min，電動油泵就應投入運行，以保證潤滑油充滿電動機內(nèi)部空腔循環(huán)。同時，空氣也從軸承槽中經(jīng)過溢出管道上的通氣口和油冷卻器排放到油箱中。一旦一臺電動油泵斷電，備用電動油泵將自動投入。當油溫在200～450 ℃范圍時，電動油泵保證長時間處于“待啟動”狀態(tài)。電動油泵的一次檢修壽命為8000 h。當主泵機組轉速達到額定轉速后，啟動油泵自動切除。由安裝在主泵電動機轉子上的螺旋泵來實現(xiàn)油系統(tǒng)內(nèi)油的循環(huán)。

油箱是用板坯焊接而成。當油以大流量流動時，會有很多空氣溶入油中，因此在冷卻器后的輸油管道上設置了氣泡消除器。另外，油系統(tǒng)還有減震器、電動油泵的定位架。需要排放油箱中的油或排空電動機空腔內(nèi)的油，在給油箱換油時需排空油箱內(nèi)空腔中的油，這是通過油箱上帶法蘭的結合面與接管連接實現(xiàn)的。立式電動泵機組由單級離心泵和電動機組成。電動機為異步鼠籠轉子電動機。

圖1 主泵電動機潤滑油系統(tǒng)流程圖

由于主泵輸送介質為一回路放射性水，抗燃油位于保護區(qū)，考慮到放射性核素影響因素及電站化學科油分析設備條件，將《電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》（DL/T571-2014）中新油和運行油的質量標準中主要指標如外觀、水分、顆粒度、運動黏度、酸值、開口閃點作為主泵電動機潤滑油的技術監(jiān)督標準。其中顆粒度等級要求為NAS1638級，不高于8級。隨著抗燃油運行時間的延長，油質惡化問題不可避免。為了對主泵電動機用抗燃油進行全面的分析，從T105大修開始，在大修期間進行放射性核素的測量后，按照《電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》（DL/T571-2014）的要求進行全分析。與該規(guī)程及出廠檢驗報告相比，增加了電阻率、泡沫特性、氯含量等指標。因此，在實際的技術監(jiān)督中，將《電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》（DL/T571-2014）中新油和運行油的質量標準進行部分修改后納入《油務監(jiān)督大綱》（MPGX-WOS00-349）中，作為日?？谷加图夹g監(jiān)督的綱領性文件，同時，根據(jù)需要，增加RULER、MPC、RPVOT及油泥析出、元素等項目的檢測。

2 存在問題

抗燃油在使用過程中因溫度和水分的影響必然劣化，劣化后的抗燃油出現(xiàn)酸值過高、油泥析出嚴重、電阻率降低等問題，突出表現(xiàn)為主泵電動機軸瓦上產(chǎn)生漆膜、油箱濾網(wǎng)壓差高、油冷器上產(chǎn)生油泥等各種影響設備安全運行的潤滑問題。2號機組4號主泵電動機（2JEB40AP001-M01）油冷器換熱管表面吸附有油泥，影響換熱效率，導致油箱油溫升高。2號機組3號主泵電動機(2JEB30AP001-M01)止推軸承表面發(fā)現(xiàn)漆膜，造成推力瓦溫度持續(xù)升高。在2013年4月份換油后，又重復出現(xiàn)推力瓦溫度持續(xù)升高的情況。

圖2 紅外光譜元素分析圖譜

圖3 主泵電動機止推軸承

圖4 主泵電動機推力瓦產(chǎn)生的漆膜

圖5 油冷器換熱管上的油泥

3 原因分析

主泵電動機潤滑油水分經(jīng)常出現(xiàn)超標情況。磷酸酯抗燃油水解后會產(chǎn)生大量的強酸（磷酸）和弱酸（烷基酚），造成抗燃油的酸值升高。過高的酸值會導致更快速的水解反應（自催化反應），加速抗燃油劣化，導致漆膜的產(chǎn)生、電阻率超標等嚴重劣化情況[3]，如圖6所示。

圖6 磷酸酯抗燃油水解反應過程

產(chǎn)生的烷基酚可以通過RULER測試進行換算，如圖7所示。

圖7 RULER測試結果

4 處理措施

及時去除因劣化產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物是延長抗燃油使用壽命的重要手段。由于影響油的電阻率的雜質主要是極性液體雜質，而不是固體雜質，所以采用提高濾油機濾芯精度和真空的方法解決不了此類問題[4]。

對于沒有安裝旁路再生設施的，為防止油質惡化產(chǎn)生的嚴重后果，需要進行換油處理。同時要求保證新油的電阻率指標合格。

由于第一種原因引起的泡沫問題，通過使用抗燃油再生設備對油進行再生處理，去除油中的劣化產(chǎn)物及其它污染物，就能很好地解決泡沫問題。

由于第二種原因引起的泡沫問題，只有向油中添加消泡劑的辦法才能解決?？梢栽谶\行狀態(tài)下添加，不影響設備的正常運行。

對于油質劣化的系統(tǒng)，在現(xiàn)有條件下由于沒有在線處理措施，可以考慮增加抗燃油再生設備或在大修窗口進行換油。同時加強庫存油、運行油的電阻率和泡沫特性指標的連續(xù)檢測，對油質進行跟蹤。

抗燃油在線再生設備是技術最先進、性能最優(yōu)越的抗燃油處理設備，它具有再生、凈化、除油泥和補油功能。根據(jù)系統(tǒng)大小不同，設計制造不同流量的抗燃油再生裝置。最大流量為3 m3/h?？谷加驮谶\行中堅持投入再生設備，可將抗燃油在運行中因老化而產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物、油泥等及時除去，不但保證了油的電阻率、酸值等指標處于新油水平，同時使油的顏色明顯變淺，而且避免了因油老化產(chǎn)生的酸性有害物質對油的劣化的催化作用，這樣不但可大大延長油的使用壽命，還可大幅降低油的維護費用，從2012年安裝抗燃油再生裝置至今，使用壽命已經(jīng)超過7 a，油質各項指標均在正常范圍之內(nèi)，沒有出現(xiàn)因抗燃油劣化原因導致的設備運行故障，保證了機組和設備的安全穩(wěn)定運行[1]。

主泵電動機潤滑油箱由于在控制區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)未配置在線濾油設備。運行時油箱內(nèi)部設置有雙層過濾濾網(wǎng)，對機械雜質進行循環(huán)過濾。該油系統(tǒng)的濾油是在大修期間進行的。利用PALL公司生產(chǎn)的便攜式濾油小車（型號為PFC8314-50，額定流量50 L/min，采用濾芯精度為5 μm，濾芯型號為HC8314FKP16Z）進行機械雜質的過濾。后期又配置了抗燃油再生裝置進行抗燃油的維護。由于核島內(nèi)部廠房廊道所限，該抗燃油再生裝置根據(jù)需要設計成組合式設備，分別為進油部件（電控箱、進油泵、進油濾網(wǎng)等）、再生（脫水）部件和出油部件（精濾芯、粗濾芯、取樣閥等），部件之間通過高壓油管和快換接頭連接，確保油系統(tǒng)運行安全，并且設計有多種安全報警，如系統(tǒng)壓力報警、精濾壓差報警、粗濾壓差報警等。

圖8 主泵電動機抗燃油再生裝置原理圖

針對抗燃油油泥，通過與合作單位研發(fā)的主泵電動機油冷器清洗裝置，配合抗燃油生產(chǎn)廠家的清洗液對油冷器換熱銅管表面吸附的油泥進行清除處理，提高了油冷器的換熱效率，保證了主泵電動機油溫滿足運行規(guī)程要求。

圖9 主泵電動機抗燃油再生裝置

圖10 油冷器清洗裝置

圖11 油冷器清洗后

5 經(jīng)驗反饋

綜合幾年來抗燃油管理和維護的經(jīng)驗，本文認為需要從以下幾個方面進行管理：1）加強庫存油的儲存和保管。嚴格按照抗燃油生產(chǎn)廠家的存放要求進行儲存，盡量避免室外存放，庫房應清潔、陰涼干燥，保持良好的通風狀態(tài)。2）應根據(jù)系統(tǒng)重要性及設備制造廠要求，為不同系統(tǒng)使用的抗燃油制定合理的油質監(jiān)督標準，指標不能過高或過低，尤其是顆粒度指標。3）在線油系統(tǒng)凈化設備應考慮過濾效率。由于大修工期越來越短，留給油系統(tǒng)從排油到系統(tǒng)注油的時間窗口越來越短，僅1個星期左右。因此，一旦油質不合格，單靠檢修油箱濾油的處理方式是不能滿足大修需求的。機組正常運行期間的油系統(tǒng)凈化效果變得異常重要。4）機組運行初期，主要加強水分和顆粒度指標的監(jiān)測，隨著運行時間的延長，也要加強監(jiān)測電阻率和泡沫特性指標，同時增加MPC和RULER的檢測需求，對抗燃油的剩余使用壽命進行科學評估。5）根據(jù)實際情況和經(jīng)驗，制定合理的濾油周期。6）提前考慮運行油的防劣化措施。配置旁路再生裝置，及時除去因抗燃油老化而產(chǎn)生的酸性物質、油泥、水分等有害物質。保證酸值、電阻率等重要指標始終處于合格工況。7）由于抗燃油有一定的壽命，編制主泵電動機潤滑油的PM大綱，將換油周期定為4C（6 a）。