核級泵用機械密封冷熱沖擊試驗裝置的研制開發

摘要：研發高性能的泵用機械密封產品，實現核電站典型高參數泵安全目標，需要研制高可靠泵用機械密封裝置。通過研制開發泵用機械密封試驗裝置，來驗證機械密封在事故工況下能執行預期的安全功能。

關鍵詞：核電站 安全 核級泵 泵用機械密封 冷熱沖擊試驗裝置

1 主要研究內容及必要性

根據國家綠色能源發展規劃，到2020年我國核電裝機容量將到達8700萬千瓦。安全永遠是核電的永恒主題，特別是日本福島核事故以后。核能動力裝置運行時會產生大量放射性物質，因此核電設備的設計、建造和驗收均比常規工業產品有更嚴格且苛刻的核電站技術規范和技術標準，并建立嚴密的質量保證體系、進行嚴格的質量控制。在滿足核電站安全可靠運行的關鍵方面，核級泵在抗震能力，運行特性、冷卻方式、冷熱沖擊、材料的選擇、運行狀態監測等都有特殊要求。[4][5]原先的國家、行業標準已經不能適應新的要求了。滿足典型核二、三級泵在復雜服役環境、性能及可靠性方面的特性要求，研制高可靠泵用機械密封裝置，研發一批高性能的機械密封產品，對提高核電站典型高參數泵安全目標的實現方面有重要的作用。

2 核級泵用機械密封的試驗要求

首先要了解核泵在試驗方面的要求：核泵在出廠前均要求做事故試驗。事故試驗包括輻照試驗、冷熱沖擊試驗和雜質試驗。我們在此討論的是冷熱沖擊試驗裝置的研制開發。

[1][2][3]核級泵冷熱沖擊試驗要求如下：

對于RRA（余熱排出泵）、RCV（上充泵）、EAS（安全殼噴淋泵）與RIS（低壓安注泵）泵機械密封，需要進行熱沖擊試驗，其中RCV、EAS與RIS泵的熱沖擊試驗條件為：

入口水溫由7℃瞬時（≤10秒）升高到不低于120℃，在該溫度上運行4小時；然后降至60℃，在該溫度上運行4小時，測試水泵性能。

RRA泵熱沖擊條件為：

第1次熱沖擊試驗條件為：入口水溫由20℃瞬時（≤10秒）升高到不低于190℃，在該溫度上運行4小時；然后降至60℃，在該溫度上運行4小時，測試水泵性能。

第2次熱沖擊試驗條件為：入口水溫由190℃瞬時（≤10秒）降低到不高于80℃，在該溫度上運行4小時，在該溫度上運行4小時，測試水泵性能。

我國在建的還有一種AP1000反應堆中的RRA泵冷沖擊條件為：

電廠冷卻初始階段，流體溫度條件177→10℃溫度階躍變化。

機械密封溫度沖擊試驗可以單獨進行或者與泵一起進行。

3 試驗裝置模型的建立

為了檢驗核級泵用機械密封產品在正常和事故荷載運行時能夠隨泵執行預期的安全功能，有必要建立機械密封單獨的試驗裝置。

分析核級泵冷熱沖擊試驗要求，可以總結出，熱沖擊的極限是：7→120℃溫度階躍變化，冷沖擊的極限是：177→10℃溫度階躍變化。

該試驗裝置必須要解決三個方面問題，①同時具備冷介質和熱介質。②同時輸送冷、熱介質。③同時采集并控制介質的溫度。

下面是實現試驗裝置的系統圖：

熱沖擊試驗：V102儲罐循環管路內的介質溫度由冷凍機降至1~5攝氏度，并在循環泵P401驅動下經過機械密封腔循環，并返回V102儲罐。V101儲罐循環管路內的介質由電加熱器加熱至高溫（如177攝氏度）后，通過氣動閥瞬間關閉和打開的轉換，使熱介質由V101儲罐流經循環泵P301并輸送至機械密封腔內，瞬間置換出里面的冷介質，然后返回V101儲罐。

冷沖擊試驗：V102儲罐內的介質由加熱器加熱至高溫（如177攝氏度）后，并在循環泵P401驅動下經過機械密封腔循環，并返回V102儲罐。V101儲罐循環管路內的介質由冷凍機降至低溫，通過氣動閥瞬間關閉和打開的轉換，使熱介質由V101儲罐流經循環泵P301并輸送至機械密封腔內，瞬間置換出里面的熱介質，然后返回V101儲罐。

4 試驗裝置使用效果

核級泵用機械密封冷熱沖擊試驗裝置，主要考察機械密封運轉時，在冷、熱沖擊下，能否保持功能的完整。按照系統圖建立起來的試驗裝置，需要通過試驗來驗證其是否適用。為此，分別進行了冷、熱沖擊試驗。試驗數據由計算機自動采集，并做出曲線，結論如下：

其中，圖2是冷沖擊試驗曲線，圖3是熱沖擊試驗曲線，圖中可看出溫度的階躍變化。說明試驗裝置的試驗成功，同時也驗證了機械密封在事故條件下能保持功能的完整性。

參考文獻：

[1]《上充泵技術規格書》，深圳中廣核工程設計有限公司，2007.1月.

[2]《余熱排出泵技術規格書》，深圳中廣核工程設計有限公司，2007.1月.

[3]《壓水堆核電站核級機械密封研制任務書》，中科華核電技術研究院，2009.10月[4]《機械密封技術條件》，JB/T 4127.1-1999，國家機械工業局.

[5]《機械密封試驗方法》，GB/T14211-1993，國家標準局.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文