主泵機械密封返修處理與優(yōu)化

杜鵬程，王　川，袁潮瀲，鄭　勇

（福建福清核電有限公司，福建 福清 350318）

主泵機械密封返修處理與優(yōu)化

杜鵬程，王川，袁潮瀲，鄭勇

（福建福清核電有限公司，福建 福清 350318）

某百萬千瓦級核電站1號機組主泵機械密封在系統(tǒng)熱態(tài)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)第一級機械密封側(cè)O形圈附近區(qū)域，瞬態(tài)溫度監(jiān)測超過內(nèi)部O形圈最高允許工作溫度，為避免O形圈過熱導(dǎo)致老化加劇而影響主泵長期運行可靠性和安全性，根據(jù)主泵總設(shè)計方意見現(xiàn)場對該機械密封實施解體并更換新O形圈。文章對主泵機械密封結(jié)構(gòu)、功能進行介紹和分析，并重點對機械密封解體檢查、處理和全部重新組裝過程管理進行闡述，以全面質(zhì)量管理對全部管理過程進行優(yōu)化分析，保證了主泵機械密封解體、處理和復(fù)裝全部工作保質(zhì)、高效完成，為主泵日后大修機械密封檢查工作及主泵日后現(xiàn)場處理提供了工程參考。

主泵；機械密封；全面質(zhì)量管理；PDCA

CLC numbe：TL35 Article character：A Article ID：1674-1617（2015）04-0331-04

某百萬千瓦級核電站反應(yīng)堆冷卻劑泵（簡稱主泵）為三軸承結(jié)構(gòu)形式，其軸密封采用三級動壓式機械密封，以串聯(lián)形式安裝在密封室內(nèi)。機械密封軸封注入水來自RCV化學(xué)容積與控制系統(tǒng)中上充泵的軸封注入管線，下泄流是通過主泵高低壓泄漏管線排至RPE系統(tǒng)［1］。

該機組熱態(tài)調(diào)試過程中，其中1臺主泵三級機械密封軸封注入水入口處瞬態(tài)最高溫度達到161 ℃，超過主泵O形圈報警溫度（O形圈報警溫度120 ℃），將導(dǎo)致O形圈加劇老化變形而產(chǎn)生失效風險。同時根據(jù)主泵運行要求，一旦主泵密封室前溫度超過150 ℃，則軸封注入水入口處對應(yīng)O形圈必須更換，為保證主泵可運行性及可靠性現(xiàn)場對該臺主泵機械密封實施解體檢查并更換O形圈。

鑒于主泵機械密封軸封注入水均來自RCV系統(tǒng)上充泵軸封注入管線，為保證1號機組其他兩臺主泵運行可靠性及安全性，經(jīng)與相關(guān)方確認，對1號機組其他兩臺主泵機械密封實施解體檢查。

1　主泵機械密封結(jié)構(gòu)、功能闡述

該主泵為三軸承結(jié)構(gòu)，其軸密封系統(tǒng)采用三級機械密封串聯(lián)+上部停機密封+下部檢修密封共同組成，其中三級機械密封為流體動壓型密封。流體動壓型機械密封是利用其密封端面的流體動壓槽或波形，在動靜環(huán)面之間產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)及形成有效的流體潤滑膜。流體動壓型機械密封各級密封結(jié)構(gòu)基本相同，承受相近或相同的壓差，且在事故工況下均具備承受系統(tǒng)全壓的能力。

1.1主泵機械密封結(jié)構(gòu)

主泵機械密封自驅(qū)動端至下分別為第三級密封、第二級密封、第一級密封。三級機械密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每一級密封與泵軸之間均通過密封套（軸套）定位，其中任意兩級密封之間通過密封端環(huán)進行軸向定位，該類型三級機械密封為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中第一級、第二級密封通過緊固螺栓聯(lián)接成第一、二級組件，并同第三級密封安裝在密封室內(nèi)。

圖1　三級機械密封結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　The structure of three stage shaft seal

其單級機械密封主體結(jié)構(gòu)主要包括：動密封環(huán)、靜密封環(huán)。為使密封動、靜環(huán)間相對軸向定位，設(shè)置了基環(huán)結(jié)構(gòu)；同時為使三級密封串聯(lián)后能相對軸向和徑向定位，設(shè)置了密封套（軸套）和端環(huán)（位于兩級密封接觸面處）。

在主泵運行中，三級機械密封均處于工作狀態(tài)，其工作基本原理通過在動、靜密封面處形成一定厚度、一定剛度的水膜，通過水膜的良好密封效果保證動、靜密封面始終處于密封狀態(tài)。同時考慮到機械密封在密封室內(nèi)安裝實際結(jié)構(gòu)，為保證三級密封整體密封可靠性和功能性，在每級機械密封與密封套（軸套）之間設(shè)置了若干密封元件（O形密封圈），在每級機械密封與密封室內(nèi)表面之間同樣設(shè)置了若干密封元件（O形密封圈），從結(jié)構(gòu)上形成了良好的密封系統(tǒng)。

1.2主泵機械密封功能闡述與分析

主泵三級機械密封注入水，來自RCV系統(tǒng)上充泵軸封注入水在15.4 MPa下以約1 920 L/h流量注入到三級機械密封（額定工況）中，并分為三個支流：1）通過節(jié)流管線降壓后在10.4 MPa壓力下以約400 L/h流量注入第二級密封；2）通過節(jié)流管線降壓后在5.4 MPa壓力下以約400 L/h流量注入第三級密封；3）其余注入水保持15.4 MPa壓力下以約1 120 L/h流量流經(jīng)第一級密封并通過主泵內(nèi)部折流管線及下部水導(dǎo)軸承最終流入主泵泵殼內(nèi)一回路中。

軸封注入水在通過機械密封后，除排入泵殼內(nèi)部約1 120 L/h密封水外，其余約800 L/h密封水再次通過節(jié)流管線降壓至約0.2～0.3 MPa排入RPE系統(tǒng)，通過主泵機械密封的軸封注入水實現(xiàn)了完整的上充、下泄功能。

2　主泵機械密封解體檢查問題及原因分析

2.1主泵機械密封解體檢查問題

在主泵現(xiàn)場解體檢查過程中，對3臺主泵機械密封部件及附件進行100%目視檢查記錄，檢查發(fā)現(xiàn)主要問題如下：

1）動、靜密封環(huán)表面目視檢查存在異常：該異常經(jīng)PT檢查呈現(xiàn)細線狀其擴展方向沿密封面周向擴展；

2）在主泵機械密封軸封注入水入口濾網(wǎng)處、密封套（軸套）根部、密封面表面等多處區(qū)域發(fā)現(xiàn)顆粒狀、絮狀等雜質(zhì)；

3）主泵機械密封套（軸套）連接處出現(xiàn)材料嚴重塑性變形導(dǎo)致的零件損傷；

4）軸封注入水入口側(cè)O形圈呈現(xiàn)扭曲變形，且O形圈永久壓縮變形量變大。

2.2缺陷PT顯示原因分析

（1）動、靜密封環(huán)表面PT異常顯示原因分析

在解體檢查過程中，在動、靜環(huán)表面發(fā)現(xiàn)顆粒狀雜質(zhì)，同時缺陷顯示方向沿機械密封動環(huán)旋轉(zhuǎn)方向，據(jù)此判斷導(dǎo)致缺陷顯示原因為雜質(zhì)進入動、靜密封環(huán)間表面，在主泵運行中動、靜密封面間相對高速旋轉(zhuǎn)過程中，雜質(zhì)與密封環(huán)表面發(fā)生研磨而造成。

（2）雜質(zhì)進入原因分析

通過對機械密封入口濾網(wǎng)及密封部件進行目視檢查，發(fā)現(xiàn)較多顆粒狀、絮狀等雜質(zhì)存在，濾網(wǎng)處雜質(zhì)位于軸封注入水進入側(cè)故且雜質(zhì)顆粒明顯大于濾網(wǎng)網(wǎng)孔直徑，故可判斷雜質(zhì)來自于主泵軸封注入水；而位于主泵機械密封第三級密封套（軸套）根部位置同樣發(fā)現(xiàn)大量雜質(zhì)聚集，通過檢查分析臨近區(qū)域雜質(zhì)分布情況及軸封水流動曲線，判斷該處雜質(zhì)應(yīng)來自于RPE管道下泄軸封注入水逆流攜帶雜質(zhì)進入機械密封所致。

（3）損傷問題原因分析

通過對發(fā)生機械損傷密封套（軸套）進行目視檢查，發(fā)現(xiàn)該機械損傷明顯為兩級密封套對中過程中發(fā)現(xiàn)“偏移”，導(dǎo)致密封套端部對中偏心，在安裝過程中通過外力強行定位，最終導(dǎo)致出現(xiàn)材料塑性變形而出現(xiàn)零件損傷。

3　通過Ishikawa對主泵機械密封組裝

為加強后續(xù)主泵機械密封組裝過程控制力度，進一步提高組裝過程管理水平，采取Ishikawa圖對機械密封組裝過程存在問題進行深入原因分析，并通過全面質(zhì)量管理PDCA循環(huán)提升管理水平，主泵機械密封組裝問題原因，具體如下：

測量：主泵機械密封密封套（軸套）1臺泵共有三級軸套，且每一級軸套設(shè)計結(jié)構(gòu)均不一致。在軸套對中安裝過程中由于外部密封腔室的遮擋，致使安裝技術(shù)人員無法對密封套最終定位進行目視檢查，在這種情況下易發(fā)生密封套對中定位不當導(dǎo)致機械部件損傷問題。

工具：主泵機械密封組裝過程中，除常規(guī)工具、測量工具外，還需配置較多主泵專用工具。如在機械密封緊固件鎖定用的鎖緊墊片，即需專用工具進行敲擊和定位，由于個別專用工具多次組裝使用會產(chǎn)生一定塑性變形而影響組裝質(zhì)量。

環(huán)境：由于機械密封各組成零部件具有高精密性及高配合性特點，為保證裝配精度，對外部環(huán)境包括溫度、濕度、清潔度有著嚴格的要求。除此之外，對于返修機械密封還有著另外嚴格的清潔要求即：自核島拆除機械密封組件應(yīng)完全清潔，若對解體后零部件清潔度不夠，將直接影響著機械密封復(fù)裝質(zhì)量。

程序：對于機械密封高精密部件組裝有著嚴格的程序作為過程控制依據(jù)文件，然而對于返修機械密封，如何控制拆除、解體、清潔階段的過程控制，為體現(xiàn)“凡事有據(jù)可查、凡事有法可依”核安全文化理念，勢必要求在此階段同樣編制適用的控制程序，已達到過程嚴格可控的全面質(zhì)量管理要求，反之在此階段若在沒有適用程序和書面文件指導(dǎo)下進行作業(yè)，將對機械密封后續(xù)復(fù)裝質(zhì)量帶來隱患。

4　通過全面質(zhì)量管理優(yōu)化分析

為加強主泵機械密封組裝管理的過程控制力度，提高過程管理中質(zhì)量和進度管理水平，通過采取全面質(zhì)量管理（TQM）［2］中PDCA循環(huán)，對機械密封組裝過程各相關(guān)環(huán)節(jié)進行優(yōu)化管理提升，具體如下：

（1）P（計劃）

在組裝啟動前詳細對組裝工作各環(huán)節(jié)進行分析，并編制和發(fā)布《主泵機械密封組裝管理專項工作計劃》，計劃中詳細描述機械密封組裝各個環(huán)節(jié)，并對每個環(huán)節(jié)需準備及注意事項進行書面說明和闡述。

（2）D（執(zhí)行）

為保證解體檢查處理及組裝過程的控制管理，嚴格按照既定《主泵機械密封組裝管理專項工作計劃》執(zhí)行，同時在解體檢查過程中通過組織主泵技術(shù)方采取100%目視檢查（VT）及書面記錄，體現(xiàn)在處理過程中凡事有據(jù)可查的核安全文化理念，同時針對主泵機械密封結(jié)構(gòu)與功能的特殊性，在組裝過程中針對組裝使用的任一密封O形圈部件生產(chǎn)編號進行書面記錄和管理，以滿足密封元件作為功能部件重要組成部分在質(zhì)量控制管理上具備可追溯性。

（3）C（檢查）

主泵機械密封具備高度裝配要求，在解體檢查、組裝過程中在完成每一組裝工序后，如何做好檢查、確認工作無疑對機械密封整體組裝質(zhì)量保證有著重大意義。為避免組裝過程中出現(xiàn)“人因失誤”從而導(dǎo)致組裝過程中出現(xiàn)“漏裝”“誤裝”“損壞”等問題出現(xiàn)，督促AAG組裝技術(shù)人員通過使用組裝工序記錄單對每一組裝工序啟動前、工序執(zhí)行中、工序完成后各個環(huán)節(jié)進行書面檢查和記錄。

（4）A（處置）

在主泵機械密封解體檢查過程中，發(fā)現(xiàn)由于雜質(zhì)進入導(dǎo)致機械密封內(nèi)部積存一定雜質(zhì)，同時導(dǎo)致機械密封密封環(huán)接觸面出現(xiàn)缺陷顯示，從根本原因出發(fā)，由于來自RCV系統(tǒng)軸封注入水內(nèi)攜帶雜質(zhì)并進入機械密封內(nèi)部所致，故通過協(xié)調(diào)反饋施工方增加“軸封注入水管道清潔度檢查工序”，即組織在主泵啟動前對軸封注入水管道進行反復(fù)沖洗及清潔度檢查確認，以避免再次發(fā)生雜質(zhì)問題出現(xiàn)。

針對高溫下O形圈加劇老化而失效問題，在解體過程中對機械密封內(nèi)包括軸封注入水側(cè)O形圈在內(nèi)全部O形圈進行拆除，為保證主泵運行可靠性和安全性，在機械密封后續(xù)回裝中已全部使用經(jīng)復(fù)驗合格的備件O形圈。

5　結(jié)束語

主泵機械密封在發(fā)現(xiàn)O形圈瞬態(tài)運行溫度問題后，通過安排檢查時間窗口，并對相關(guān)機械密封進行解體檢查及必要更換工作后，及時處理并排除了主泵機械密封乃至主泵日后長期安全、穩(wěn)定運行的隱患；同時在解體過程中通過使用TQM，對機械密封解體檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷顯示進行了妥善處理，并在處置過程中以PDCA循環(huán)，優(yōu)化過程管理，提升控制水平，保證了機械密封處理全程保質(zhì)、科學(xué)、高效完成，為后續(xù)類似問題處理提供了工程實踐經(jīng)驗。

［1］ A.Painer. Operation and Maintenance Manual for Reactor Coolant Pump RCP 440-TB50 rev. E，Austria.

［2］ 戚維明.全面質(zhì)量管理（第三版）［M］. 北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2010.（QI Wei-ming. Total Quality Control （Version 3）［M］. Beijing： China Science and Technology Press， 2010.）

Repair and Modifi cation of RCP Mechanical Seal

DU Peng-cheng， WANG Chuan， YUAN Chao-lian， ZHENG Yong
（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing of Fujian Prov. 350318，China）

The operating temperature near the first shaft seal stage was found over the design working temperature of O rings during the hot commission of reactor coolant pumps. And to avoid the influence on safety and reliability of reactor coolant pump due to O rings fast ageing under high temperature， the disassembly of mechanical seal and changing new O rings were carried out according to design opinion. The paper introduces and analyzes the structure and function of reactor coolant pump in detail， and explains the disassembly checking， treatment and re-assembly work. By means of using TQM， it gives an optimized analysis to the whole management progress and keeps disassembly work， treatment work and re-assembly work proceeding in high quality and high efficiency. It also supplies engineering experience for the follow-up reactor coolant pump repair and treatment work on site.

reactor coolant pump； shaft seal； TQM； PDCA

TL35

A

1674-1617（2015）04-0331-04

2015-07-30

杜鵬程（1988—），男，黑龍江海倫人，助理工程師，大學(xué)本科，從事核電廠主泵等重要核級泵設(shè)備管理工作。