田灣核電站1、2號機組海水深井泵國產化

韓 偉，支鳳春

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

江蘇田灣核電站1、2號機組分別配置兩臺莫斯科“OKBM”水利設計院設計生產的ЦВА型海水深井泵PCC40AP001/AP002，泵安裝在海水系統廠房中，泵提供海水冷卻水，通過板式換熱器與制冷機冷凍水系統QKM冷卻水進行熱量交換，冷卻QKM系統的冷卻水，并為旋轉濾網提供反沖洗水。泵主要用于對制冷機冷凍水系統QKM進行冷卻，冷凍水系統QKM用于多個廠房的空調系統，如果深井泵PCC40AP001/AP002由于振動等缺陷不能正常運行引起QKM系統停運，會使全廠空調系統冷卻水喪失，將會影響到全廠設備的安全穩定運行，尤其對反應堆控制棒驅動機構等儀控電子設備的正常運行造成嚴重影響，從而對電站安全產生直接威脅。

由于設備參數選擇和設計的原因，自調試時期就存在泵振動超標問題，針對振動超標問題，中、俄雙方專家進行了多次分析討論并開展了全面的維修，但始終不能徹底消除振動超標問題；最后只能采取臨時措施，即加裝電機抗振支架，通過頻繁調整拉桿緊力，強行束縛電機使其振動降低到標準范圍內；同時為解決振動超標問題，需要頻繁對泵進行解體檢修，且每次檢修都需要校直泵軸、對研泵座和基礎臺板、更換俄供備件等工作，不僅耗時、耗力、費錢，還直接影響工期進度，如在正常運行期間進行解體檢修，還將增加機組的運行風險。因此，迫切需要進行設備替代以解決振動超標問題。

同時俄供泵PCC40AP001/AP002設備選型時泵軸材料設計為316L，運行期間出現了不同程度的腐蝕問題，影響設備的運行質量，需要通過替代消除泵出現的腐蝕問題。俄供泵PCC40AP001/AP002結構如圖1所示。

1 存在問題及原因分析

1.1 振動超限及原因

據統計，自1、2號機組泵PCC40AP001/AP002投運以來，發生運行中振動超標的次數達到15次之多，需要頻繁的進行解體檢修。究其原因主要在于泵的設計轉速相對較高（1450 r/min），疊加泵是多段組合長軸泵，以及底板、底座和加強筋鋼材厚度不夠等因素，導致振動偏大。

圖1 俄供泵PCC40AP001/AP002結構圖Fig.1 Structure of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

泵體以及泵軸過長，并且是多段組合，旋轉軸的累積形位公差及軸的變形導致機組軸線不對稱、各部分不同心，在高轉速下泵運行旋轉一段時間后，擺度逐漸超過允許值，引起軸承偏磨，引起軸承和密封部件磨損破壞或間隙過大（見圖2），從而使泵體發生更大振動。

圖2 俄供泵PCC40AP001/AP002軸承套固定件Fig.2 The fixing pieces for the bearing sleeve of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

泵電機底板、底座以及加強筋鋼材厚度不夠，因此剛性不足，且其水泥基座較大，安裝時是利用基礎板安裝在基座上，在泵軸高轉速偏擺的情況下容易傳遞振動（見圖3），也是泵振動偏大的主要原因之一。

圖3 俄供泵PCC40AP001/AP002電機底座Fig.3 Electromotor pedestal of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

同時由于泵出口管道系統運行工況較為復雜，且經常處于流量不正常工況運行，出口壓力有較大波動，也是導致泵振動偏大的一個因素。

1.2 泵主要部件腐蝕及原因

泵軸、葉輪等主要部件選材為316L，該材料在氯化物環境中耐腐蝕和沖蝕能力相對較弱，疊加水泵進口流速和壓力分布不均勻，泵進出口流體的波動、非額定工況等各種原因，泵體內的流體發生流動不穩定或形成汽蝕，沖擊泵體，導致泵軸損傷以及磨蝕（見圖4）。

由于雙相不銹鋼在氯化物環境中具有更好的應力腐蝕破裂抗力，需要在替代泵的材料選擇時優先考慮選擇耐腐蝕性能更好的雙相不銹鋼，同時提高水泵設計的汽蝕余量以消除汽蝕。

圖4 俄供泵PCC40AP001/AP002軸點蝕圖Fig.4 Axial spot corrosion of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

2 替代方案

2.1 替代的目標

替代基于滿足替代后泵在系統運行工況下能夠執行其原有功能，相應技術參數能夠達到原技術參數要求的前提，通過替代消除原有物項的缺陷，消除振動超標問題，提高泵的抗海水腐蝕和磨蝕能力。

2.2 替代的方案

針對存在的振動超標問題，主要從降低泵轉速和提高電機及支座的穩定性角度來解決；根據泵組振幅與振速的關系式“振速＝振幅×振動角速度”，降低泵的轉速，也必然降低泵的振動；經過論證替代泵組轉速設計為990 r/min，設計上避開共振頻率，使其遠離動平衡區域，降低產生振動的可能；同時從設計上降低吐出彎管與電機支座的高度，加大吐出彎管外桶體直徑，從而加大泵組的支撐面，提高電機和支座的穩定性，有效改善原來泵組頭重腳輕的情況，使泵組運行更平穩，從而實現振動的降低，泵組穩定性的增強。

針對存在的設備腐蝕問題，從選材方面對雙相不銹鋼進行了性能分析，雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能、良好的耐孔蝕性能、良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能，可以用來做泵的主要部件。因此選材上使用了耐海水腐蝕的雙相不銹鋼，泵主要零件如主軸、葉輪、導葉體、吸入喇叭口選材為耐海水腐蝕的雙相不銹鋼。

為減少國產化替代的風險，確保能可靠地開展替代工作，田灣核電站首次只進行了1號機組PCC40AP002的替代，替代泵PCC40AP002結構如圖5所示。

3 替代效果

2011年3月在田灣核電站1號機組的第4次大修暨T104大修中實施了1號機組PCC40AP002的替代，替代后泵振動顯著減小，運行參數平穩；2012年3月在田灣核電站1號機組的第5次大修暨T105大修對替代泵進行了現場解體檢查，設備狀況良好，未發現設備腐蝕問題。

3.1 振動顯著減小

根據替代實施后的振動測量報告，振動最大值為0.663 mm/s,遠小于振動限值4.5 mm/s，替代后振動測量報告如圖6所示。

3.2 運行參數穩定

根據替代實施后的運行曲線，泵運行參數平穩，出口壓力波動與海水液位變化相一致，自田灣核電站1號機組T104大修投運以來泵運行參數一直保持良好的記錄；替代后泵運行曲線如圖7所示。

圖5 替代泵PCC40AP002結構圖Fig.5 Structure of replacement pump PCC40AP002

3.3 設備腐蝕狀況顯著改善

圖6 旋轉機械振動測量報告Fig.6 Measurement report for rotation mechanical vibration

圖7 替代泵PCC40AP002運行曲線Fig.7 Operation curve of replacement pump PCC40AP002

2012年3月T105大修期間，在替代泵組PCC40AP002投入運行一個大修周期后，對替代泵組進行了現場解體檢查，檢查了泵軸、筒體、泵殼體、連接件、推力軸承及葉輪等部件，沒有發現腐蝕狀況，通過替代避免了設備腐蝕影響安全穩定運行的問題。

3.4 減少了設備維護費用

泵國產化替代后，設備運行可靠性提高，檢修次數減少，減少了檢修費用，降低了檢修成本；同時泵及其部件的備件可以在國內采購，減少了設備采購費用；整體維護費用得到顯著減少。

4 結論

泵國產化替代后，消除了自機組調試期間以來，一直困擾機組安全運行的振動和設備腐蝕問題，為機組的安全、穩定、經濟運行，提供了更可靠的保障，也促進了田灣核電站加快開展其他俄供設備國產化替代的步伐。替代取得了良好的效果和明顯的經濟效益，對泵類進口設備通過替代消除缺陷并進行國產化具有參考價值。