核電站冷水機組常見故障分析診斷與維修

黃海銘+劉雋+陳龍

摘 要 本文在對核電站電氣廠房冷卻水系統及冷水機組工作原理進行分析的基礎上，總結出核電站冷水機組在運行過程中容易發生的故障，并對這些故障進行分析和診斷，根據維修中總結出的經驗，對冷水機組的維修后狀態進行調整，從而降低故障的發生及減少其在生產過程中所造成的損失。

關鍵詞 核電站;冷水機組;故障診斷與維修

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0077-02

核電站利用核反應堆發熱的形式，代替了火電站原有的鍋爐加熱發電的形式，在很大程度上促進了發電系統的發展，核電站除了核反應堆以外，還需要許多重要的設備與之相配合使用，包括主泵，穩壓器，蒸汽發生器，安全殼，汽輪發電機和各種冷卻系統等，其中核電站冷水機組在為核電站的提供冷源方面，起到了至關重要的作用。

1 核電站冷水機組的工作原理

電氣廠房冷凍水系統是一個封閉式的冷凍水回路。其功能是將電氣廠房的各通風系統冷卻盤管回收的熱量，通過冷水機組傳遞給設備冷卻水系統。電氣廠房冷凍水系統是為主控制室空調系統、電氣廠房主通風系統、電纜層通風系統這三個系統的冷卻盤管提供8℃的冷凍水。這個系統的學習重點在于弄清楚制冷的基本原理，也就是以下制冷的四個過程：

低溫、低壓的冷媒氣體在壓縮機中壓縮成高溫、高壓氣體;

高溫、高壓氣體在冷凝器中傳熱給冷卻水冷凝成高溫、高壓的液體;

高溫、高壓的液體經過電磁膨脹閥成低溫、低壓的液體;

低溫、低壓的液體在蒸發器中吸熱蒸發成低溫、低壓的氣體。

如此四個過程依次循環，周而復始，其中的難點在于系統中介質的流動和形態的變化，要弄明白冷媒的流程和潤滑油的流程。冷媒的流程是從壓縮機開始，依次經過油分離器、冷凝器、電池膨脹閥、蒸發器，最后回到壓縮機中。潤滑油從壓縮機開始，依次經過油分離器、油過濾器，再回到壓縮機中。

2 核電站冷水機組故障分析

以下列舉幾起核電站冷水機組發生故障的過程，并對其處理結果和發生原因進行分析。

1）事故經過及原因分析。冷水機組第一起事故的源頭在蒸發器的進口水室，由于該處有殘留的異物碎片，對發熱器的部分傳熱管造成了堵塞，使該部分傳熱管冷水結冰，導致傳熱管被冰脹裂，水流入制冷劑系統中，導致壓縮機濕壓縮，造成對葉輪的破壞。還有兩起事故是因為制冷機組里的制冷劑輸入過多，導致葉輪受到破壞，壓縮機軸承也受到了嚴重的破損。

在對該事故的原因進行了深入分析的同時，發現在第一起事故中，無論在軸承還是壓縮機的供油回路中，都存在少量的異物，制冷機組在系統壓力低的情況下，由于保護開關失效也沒有起到應有的保護作用，并且發現制冷機組的制冷劑部分系統由于長期得不到清洗，內部較臟，并且銹蝕現象十分嚴重。

2）事故的處理。對于以上幾起事故的發生，對于事故處理方面所應采取的措施進行了如下總結：利用穩定性強、耐磨的物理材料，對原軸承座進行基礎面的清理和噴涂，使其軸承之間完整貼合，防止軸承之間不同心現象的發生;使用液態的制冷劑，對其系統進行沖洗，并在其中安裝過濾器，以避免系統內異物的殘留;按照嚴格的標準對制冷機組的各個系統進行潤滑性能檢測，如有異常，及時進行處理;并且檢測系統中各項開關是否處于故障狀態，如遇故障，及時將其排除;對于系統中的制冷劑也要及時更新，防止舊的制冷劑影響系統性能[1]。

3 核電站制冷機組的狀態調整

在對制冷機組進行各項故障排除后，需要對制冷機組的各項性能參數進行重新整合和設置，具體調整進程包括以下四各方面的內容。

1）冷水機組熱力膨脹閥的調整。將具有測量壓力和壓力差作用的壓力表，安裝在蒸發器和浮球閥中間的管線上，以此觀察壓力差的變化，并運用膨脹壓力閥，對制冷機組的冷凝壓力進行相應的調整，保持蒸發器中的制冷劑液位與第一排管子相持平，并根據液位的高低，適度調整膨脹閥。

2）壓縮機氣封壓力的調整。通過調整壓縮機上部的內六角閥，將壓縮機內的氣封壓力調整到相應水平，通常情況下，氣封壓力相較蒸發壓力高出0.41～0.16MPa。

3）冷水機組的葉輪平衡壓力的調整。在壓縮機葉輪的工作過程中，會受到制冷劑來自軸向的強大壓力，因此需要對葉輪進行相應的調節，以適應該軸向壓力，使葉輪的前后壓力達到平衡，在壓縮機的側面就有對這個壓力進行調節的測量點，壓縮機的有機液體閥門可以實現這一調節過程，通常情況下，使葉輪達到平衡的壓力相較蒸發壓力高出0.02～0.04MPa。

4）壓縮機潤滑油流量的調整。首先需要根據有關圖表，和壓縮機各個潤滑點前的節流前后的壓差，查出相應壓縮機中潤滑油的流量，通過制冷機潤滑油泵出口處的旁通閥開關的調節，來實現對制冷機中潤滑油的流量的調整[2]。

4 核電站冷水機組存在的問題與改進措施

1）冷卻水流量不能根據冷凝壓力的改變而調整。由于制冷機組設計師在對制冷機組研發和設置過程中，沒有加入對其冷卻水流量測量電動閥的設置，因此冷卻水的流量，不能根據冷凝壓力進行自主調整，需要進行人為的手動調整，當冬天來臨，冷卻水源的水溫降低，制冷機組中的冷凝壓力也相應降低，因此導致制冷機組中的蒸發壓力也有所下降，這樣會使制冷機組形成低壓的自我保護模式，導致制冷機組停止運行。基于這種現狀，需要采取手動調節的方式，在水溫較低時，將制冷機組內部的冷凝壓力設置在0.8MPa左右，這樣能雖然能起到一定的調節作用，但不能從根本上解決問題，所以在生產制冷機組的過程中，加入水流量自動控制系統，對于核電站的核島冷水系統制冷機組將是一項意義深遠的工程[3]。

2）制冷劑節流膨脹閥的開度控制系統不可靠。由于核島冷水系統制冷機組的節流模式仍停留在膨脹閥的機械式使用上，該調節方式具有很大的不穩定性，同時又受到制冷系統內部格選各項壓力的影響，其在調節的過程中，存在很大的缺陷，還經常因為其調解的不靈敏性，導致制冷劑的液面不斷波動。為了解決此問題，建議把膨脹閥換成電機控制，并且添加一個液位的傳感器，這樣既可以避免膨脹閥缺陷的發生，更可以保障調節過程的可靠性。

3）制冷劑系統的環保問題。眾所周知，氟利昂對于大氣臭氧層有很大的破壞作用，因此制冷機組中制冷劑的更新換代也是刻不容緩，在面臨制冷機組更新換代的核電站，可以采取更換整組制冷機組的方式，制冷機組設備尚保持完好性能的核電站，可以采取更換制冷劑（R134a）和壓縮機葉輪，增速齒輪，密封材料以及制冷機組的潤滑油的方式，以此來減少制冷機組對環境造成的不良影響。

4）機組與管道的減振與降噪。在冷水機組中的相應部位，設置橡膠材料的減震裝置，并且將金屬軟管設置到蒸發器和冷凝器的進出口處，降低其在振動過程中產生的噪音，并且制止噪聲通過管道的媒介傳遞出去[4]。

5 結論

隨著核電站技術在全國大規模的實施，相關部門在核電站的建設和運行過程中，也積累了相應的經驗和心得，然而安全問題仍然不容忽視，加強核電站安全工作的開展，降低故障的發生，仍然是核電站工作的重中之重，只有加強對系統各項性能的檢測，對故障進行及時排除和維修，才能使冷水機組在核電站中安全穩定的運行下去，極大程度地避免和緩解事故的

發生。

參考文獻

[1]崔巍.核電冷水機組設備監造的質量控制[J].機械工業標準化與質量，2011，02（36）：34-37.

[2]劉廣州，李燕坡.YS型冷水機組常見故障分析與處理[J].深冷技術，2011，04（56）：11-13.

[3]王志勝，劉曉忠.核島電氣廠房空調冷凍水系統及其冷水機組設計準則的引用及分析[J].核動力工程，2011（S2）：23-26-30.

[4]黃澄，朱雪明，肖澤.設備在線振動監測與故障分析診斷技術在大型水泵機組中的應用[J].給水排水，2010，05（47）：53-57.endprint