主泵首次啟動風險分析與應對措施

陳鵬+王志華+趙洋

摘 要 通過與參考電站進行對比并根據主泵以往的調試與運行經驗，本文對主泵在首次啟動階段的風險進行了分析，并針對相應的風險總結出與之對應的應對措施，為后續其它機組主泵首次啟動工作的風險防范與處理提供了一定的參考。

關鍵詞 主泵；首次啟動；風險分析；應對措施

中圖分類號TK2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0170-01

在壓水堆（PWR）核電站中，反應堆冷卻劑必須以一定的流量通過堆芯，將堆芯的熱量帶出并送至蒸汽發生器。主泵作為反應堆冷卻劑系統中唯一高速運轉的設備，對于保證反應堆冷卻劑的流動起著至關重要的作用，主泵的安全穩定運行直接關系到反應堆堆芯的安全，主泵的正常運轉也是整個核電站安全、穩定、高效運行的基礎。

1主泵功能與設計特點

1.1主泵結構簡介

主泵又稱為反應堆冷卻劑泵，屬于立式、單級軸流泵。壓水堆（PWR）核電站一回路的3個環路中每個環路有一臺主泵，它的主要作用是驅動反應堆冷卻劑在整個反應堆冷卻劑系統中流動，通過反應堆冷卻劑來帶出堆芯熱量并通過蒸汽發生器（SG）將熱量傳遞給二回路。主泵從其結構上來說可以分為以下幾個部分：

1）水力機械部分。反應堆冷卻機泵的水力機械部分包括吸入口接管、排出口接管、泵殼、密封殼、泵蓋、葉輪、導葉、泵軸、下導軸承等部件；2）軸密封部分。反應堆冷卻劑泵的軸密封由三級機械密封和一個停車密封組成，主泵運轉過程中泵軸承的密封由三級機械密封保證，這三級機械密封的每一級都可互換且都按照100%承壓能力設計，如果出現兩級密封損壞時，剩余的最后一級密封也可以保證主泵軸承的密封。當主泵停運后，主泵低壓泄漏隔離，此時需將停車密封投用防止反應堆冷卻劑從泵軸處流出；3）電動機部分。反應堆冷卻機泵電機為三相鼠籠式異步電動機，頂部設置有止逆機構，下部設置有失電后可維持一回路冷卻劑流動的墮轉飛輪。4）輔助系統部分。反應堆冷卻劑泵輔助系統包括一套內置于軸承箱上的供油系統、軸封水注入系統、應急注入系統與設備冷卻水系統等。

1.2與參考電站的區別

本電站主泵采用奧地利ANDRITZ公司生產的主泵，電機由HPC供貨，主泵的組裝在現場進行，參考電站采用100D型主泵技術方案，電機由AREVA供貨。與參考電站相比，本電站主泵主要在泵組結構、軸密封方式、軸封水流量分配、主泵所需設備冷卻水的流量以及主泵所產生的熱負荷等方面有較大差別，另外本電站主泵中引入了高壓冷卻器，取消了參考電站主泵所采用的熱屏結構。上述結構以及參數的變化使得主泵首次啟動前準備以及啟動過程中的風險控制都產生了較大的變化。

2 主泵首次啟動風險分析與應對措施

核電站冷態功能試驗（水壓試驗）期間將執行主泵的首次帶載試車，雖然此前已經完成主泵電機的單體試車，但是由于主泵帶載后，整個主泵的工作狀態發生了很大的變化，特別是推力盤主、副瓦受力情況以及主泵的振動參數都與電機單體試車有著顯著的不同，因此必須對主泵首次帶載試車的風險進行分析并針對相應的風險制定對應的防范措施，最大限度的保證主泵的安全。

2.1啟動前工作準備

主泵作為一個核電站的“心臟”設備，其首次啟動工作不僅僅涉及到機電儀等專業，還會與消防保衛以及生產廠家等單位掛鉤，因此在真正啟動主泵前必須根據主泵首次啟動典型操作票對主泵的啟動條件進行梳理，總結下來有以下幾個重要方面：

1）主泵軸封注入流量檢查。主泵啟動前檢查軸封注入流量≥1.92m入流量。2）主泵高壓泄漏流量檢查。在2.8MPa.g壓力平臺下，檢查主泵軸封高壓泄漏流量為280 l/h±20%；在15.4MPa.g壓力平臺下，檢查主泵軸封高壓泄漏流量為800 l/h±20%。3）軸封注入壓力檢查。檢查軸封注入壓力>2.8MPa.g。4）停車密封檢查。主泵啟動前檢查停車密封已退出。5）主泵冷卻水流量檢查。檢查主泵空氣冷卻器以及油冷卻器設備冷卻水流量低報警未觸發，檢查主泵高壓冷卻器設備冷卻水流量>28m8冷卻。6）頂軸油泵啟動后頂軸油壓檢查。在2.8MPa.g壓力平臺下，頂軸油泵啟動后出口油壓>0.8MPa.g；在15.4MPa.g壓力平臺下，頂軸油泵啟動后出口油壓>8.0MPa.g。7）電氣保護參數檢查。根據主泵電機保護定值清單對主泵電源中壓柜電動機保護繼電器參數進行檢查，確保保護參數滿足上游文件要求。8）主泵以及其附屬泵的絕緣檢查。根據要求對主泵以及其附屬泵進行絕緣檢查，要求主泵絕緣≥100MΩ，頂軸油泵與泄漏油泵絕緣≥0.5MΩ。9）主泵房間與主控通訊暢通，照明充足，應急救援人員就位。10）主泵房間已經建立警戒隔離區，警戒區內滅火裝置配置到位，無關人員清場。

2.2 啟動運行階段風險與防范

主泵滿足啟動條件后即可進行啟動工作，但是作為主泵調試過程中風險最高的階段，主泵的啟動必須進行實時且有效的監測，當參數異常需停運主泵時必須立即停運以免損壞設備。

從主泵的設計角度來說，主泵本體在邏輯上共設計了16條停泵信號，他們分別從主泵的軸封、軸瓦溫度、軸承溫度、轉速以及高低壓泄漏流量等方面對主泵的運行參數進行監測，這部分屬于設計固化內容，本文不再贅述。除了以上條件外，針對主泵軸承溫升速率過快、振動增加速率過快時需采取手動停泵保護措施，因此在運行參數達到跳泵限值前，需將溫升速率、振動增加速率等參數納入手動停泵判斷標準，提前停泵保護設備，這些建議停泵標準總結起來有以下幾點：

1）主泵啟動8s后轉速小于200rpm，如果卡轉子保護未動作需立即手動停泵。2）主泵啟動后轉速監測數值無變化或者數值超過1 500rpm時重點關注，當轉速超過1 600rpm時應手動停泵檢查。3）主泵啟動5min內軸瓦溫升超過5泵啟動五分時重點關注，當5min內有任一軸承溫度超過75℃時，應手動停泵檢查。4）主泵啟動運行期間，如果主推力瓦軸承溫度達到80啟，且溫升速率大于5℃/min或達到92℃時，應手動停泵檢查。5）主泵啟動運行期間，如果副推力瓦溫度達到88啟，應手動停泵檢查。6）電機機架振動達到35μm時重點關注，當機架振動以一定速率增長到75點關時應手動停泵檢查。7）泵軸位移大于250移大且增長速率大于25μm/h時重點關注，當泵軸位移達到380μm時應手動停泵檢查。

2.3 停運階段風險與防范

相對于啟動階段，主泵停運階段風險種類有所減少，但是依然存在軸瓦異常磨損甚至軸瓦燒毀的風險，因此在主泵正常停運時必須提前啟動頂軸油泵并保證頂軸油壓在整個停運過程中保持正常。當主泵完全停運后需立即分析各軸承溫度變化趨勢并比對主泵墮轉時間，從數據上判斷主泵停運過程是否出現異常磨損，提前為下次啟泵做好準備。

3 結論

主泵作為核電站最重要的設備之一，主泵的穩定運行直接關系到核電站的安全。本文從主泵首次啟動的準備階段、啟動運行階段以及停運階段3個方面分析了主泵在各階段面臨的風險，并根據各個風險給出對應的防范措施，為后續其它機組的主泵首次啟動工作提供了一定的參考。

參考文獻

[1]趙禹，朱加良，劉飛洋.反應堆冷卻劑系統定值手冊，2015.

[2]楚兆陽.反應堆冷卻劑泵電機使用維護手冊，2013.

[3]趙禹.反應堆冷卻劑系統手冊：第2-5章，2012.

[4]車皓.費云艷.王永強.國內某核電站主泵的控制聯鎖邏輯[J].建筑電氣，2013，32（6）：52-56.