軸封型核主泵全流量試驗(yàn)技術(shù)研究及試驗(yàn)分析

韓惠東，賈允,3，張宇東

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軸封型核主泵全流量試驗(yàn)技術(shù)研究及試驗(yàn)分析

韓惠東1,2，賈允1,2,3，張宇東1,2

（1. 黑龍江省核主泵工程技術(shù)研究中心，哈爾濱 150066；2. 哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150066；3. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001）

本論文主要針對軸封型核主泵全流量試驗(yàn)進(jìn)行研究，對試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分類并總結(jié)，對每一類試驗(yàn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，并以C3C4項(xiàng)目為實(shí)例，針對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題從多種角度進(jìn)行分析及總結(jié)，研究出更有利的核主泵全流量試驗(yàn)技術(shù)。

全流量試驗(yàn)；試驗(yàn)技術(shù)；應(yīng)用分析

0 引言

本文是以巴基斯坦C3/C4項(xiàng)目和福清/方家山核主泵項(xiàng)目為依托，進(jìn)行的軸封型核主泵全流量試驗(yàn)方法研究。通過已完成的300MW及1000MW主泵全流量試驗(yàn)逐步摸索確定了試驗(yàn)操作及控制方法，最終確定了一套行之有效的試驗(yàn)規(guī)程。

軸封型核主泵最終的質(zhì)量及性能檢驗(yàn)將依靠出廠前的全流量試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證，全流量試驗(yàn)回路完全模擬了核電站的實(shí)際布置，同時，各試驗(yàn)工況完全等同于主泵運(yùn)行中各類實(shí)際工況，每臺泵進(jìn)行不少于200小時的全模擬試驗(yàn)以確認(rèn)主泵各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求、控制回路能否有效動作、各項(xiàng)連鎖保護(hù)設(shè)計(jì)是否合理、能否準(zhǔn)確及時的動作，是考驗(yàn)軸封型核主泵試驗(yàn)的重要指標(biāo)[1,2]。

1 主要研究內(nèi)容

1.1 軸封型核主泵全流量試驗(yàn)臺

由奧地利ANDTITZ公司與哈電集團(tuán)動裝公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，動裝公司投資建造的，1000MW核主泵全流量試驗(yàn)臺，為國內(nèi)首個主泵全流量試驗(yàn)臺，總投資逾1.2億元，試驗(yàn)臺滿足主泵全模擬實(shí)際運(yùn)行工況試驗(yàn)要求[3]。試驗(yàn)臺總長25m，寬13m，高15m。設(shè)計(jì)溫度343℃，設(shè)計(jì)壓力17.23MPa，設(shè)計(jì)流量27000m3/h。由主回路、溫壓控制回路、冷卻回路、軸封水注入回路等組成，試驗(yàn)采用工程用A級水，系統(tǒng)總注水量100t，用電功率10000kW。試驗(yàn)臺主回路流量通過4-DN500文圖里流量計(jì)測量，阻尼采用4-DN500蝶閥實(shí)現(xiàn)。通過近百個傳感器，監(jiān)控系統(tǒng)溫度、壓力、流速、位移、振動、功率等參數(shù)，通過DCS系統(tǒng)記錄全部數(shù)據(jù)。可進(jìn)行主泵流量、揚(yáng)程、效率、空化等水力性能測試，亦可完成主泵額定工況、過渡工況、事故工況、200h連續(xù)運(yùn)行工況等運(yùn)行性能考核試驗(yàn)。

1.2 軸封型核主泵全流量試驗(yàn)

本節(jié)主要討論軸封型核主泵全流量試驗(yàn)方法及實(shí)際試驗(yàn)分析。軸封型核主泵全流量試驗(yàn)內(nèi)容共計(jì)12大項(xiàng)、41小項(xiàng)。包括：振動和軸位移的檢驗(yàn)、推力軸承的跑合、高壓泄漏和低壓泄漏的檢查、啟動/停機(jī)試驗(yàn)（包括起動曲線和停車曲線）、連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)、熱態(tài)、冷態(tài)（289.1°C，70°C）Q-H曲線和（289.1°C）NPSH的測量、注入水?dāng)嗍Вɡ鋮s水供應(yīng)）、密封注入水和冷卻水雙斷失、冷卻水?dāng)嗍Вㄗ⑷胨?yīng)）、運(yùn)行緊急注入水（冷卻水供應(yīng)），包括主泵停車、模擬全廠斷電試驗(yàn)、托座泄漏試驗(yàn)[4]。

1.3 具體試驗(yàn)方法

核主泵全流量試驗(yàn)升溫依靠主泵的轉(zhuǎn)動，降溫依靠室外冷卻器散熱，室外散熱系統(tǒng)包括室外管路，百葉窗，四個變頻散熱風(fēng)扇。回路溫度升高，介質(zhì)流經(jīng)室外散熱，以此來維持系統(tǒng)所需試驗(yàn)溫度[5]。系統(tǒng)壓力通過軸封注入水及加壓泵進(jìn)行壓力補(bǔ)給，軸封泵及加壓泵由三個變頻柱塞泵組成，通過回路切換閥門可以自由組合分配，當(dāng)需要迅速補(bǔ)壓時控制兩個柱塞泵加壓，當(dāng)需要增加軸封注入水大于2000l/h時，切換至兩個柱塞泵供給軸封。回路壓力過高，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行保壓，壓力調(diào)節(jié)閥由兩個并聯(lián)針閥組成，閥門體積一大一小進(jìn)行壓力的粗略控制和精細(xì)控制。主回路流量調(diào)節(jié)通過四根管路上的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)[6]。核主泵全流量試驗(yàn)操作圖如圖1所示。

圖1核主泵全流量試驗(yàn)操作圖

1.4 冷熱態(tài)Q-H的測量和NPSH試驗(yàn)

冷熱態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)的目的是為了測量主泵的Q-H曲線，并驗(yàn)證NPSH。試驗(yàn)中，主泵的流量和揚(yáng)程在不同的工況點(diǎn)進(jìn)行測定，通過調(diào)節(jié)主回路閥控制流量至預(yù)定值，最終形成流量-揚(yáng)程曲線。對于測量NPSH特性來說，減小入口側(cè)的系統(tǒng)壓力很重要。試驗(yàn)有主回路水汽蝕的風(fēng)險。有兩種方法可以減小入口側(cè)的系統(tǒng)壓力。第一種是保持系統(tǒng)壓力恒定，加熱系統(tǒng)。第二種是保持系統(tǒng)溫度恒定，減小入口側(cè)壓力。冷態(tài)工況下采用第一種方法，熱態(tài)工況下采用第二種方法。NPSH值與入口側(cè)系統(tǒng)壓力直接相關(guān)，入口壓力降低到預(yù)定NPSH值相關(guān)的壓力值后，增加系統(tǒng)壓力至試驗(yàn)初始值[7]。NPSH計(jì)算公式如下：

NPSH=(Ps/ρg) + ( vs2/2g) – (Pv/ρg)；NPSHc≤NPSHr≤[NPSH] ≤NPSHa

通常：[NPSH]=（1.1~1.5）NPSHa

2 軸封型核主泵全流量試驗(yàn)應(yīng)用分析

2.1 啟停機(jī)試驗(yàn)分析

由于主回路的溫度升高主要依靠主泵的轉(zhuǎn)動，停機(jī)時間越長意味著主回路的溫度降的越低，所以要按照試驗(yàn)規(guī)程要求盡快啟機(jī)，在此過程中要盡量減小加壓回路的補(bǔ)壓流量，依靠雙重的壓力調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)，盡量減小冷水往主回路的補(bǔ)充[8,9]。

啟機(jī)前要檢查啟機(jī)連鎖條件，一一滿足方可啟機(jī)，在打開低壓泄漏和高壓泄漏閥門時，系統(tǒng)的壓力會隨之減小，所以在打開低壓泄漏和高壓泄漏閥門之前要提前準(zhǔn)備好加壓回路，隨時準(zhǔn)備補(bǔ)壓，保證壓力大于最小啟機(jī)壓力[9]。

啟機(jī)前壓力補(bǔ)充泵要被切換為兩臺柱塞泵同時工作，每小時最大補(bǔ)充量為4噸，啟機(jī)后由于葉輪的攪動，室外冷卻器內(nèi)溫度低的水會與室內(nèi)回路里溫度高的水混合，導(dǎo)致溫度下降并伴隨著壓力驟降，此時啟動壓力補(bǔ)償泵是必要的。

2.2 運(yùn)行試驗(yàn)分析

本試驗(yàn)的基礎(chǔ)是保持系統(tǒng)在額定狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，并記錄各個測點(diǎn)值，額定狀態(tài)主要是指額定溫度和額定壓力，系統(tǒng)的壓力隨著系統(tǒng)溫度變化而變化，溫度下降壓力下降，溫度上升壓力上升，全流量試驗(yàn)過程中系統(tǒng)溫度會出現(xiàn)驟降但不會驟升，所以系統(tǒng)壓力也會出現(xiàn)驟降的情況，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于此溫度下的汽化壓力值時就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，危險狀況也會隨之發(fā)生。

溫度的上升依靠主泵的動能轉(zhuǎn)變成回路水的熱能，溫度降低可以通過以下四種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)：（1）室外冷卻器進(jìn)行冷卻，調(diào)節(jié)室外回水的串聯(lián)的閥門，以調(diào)節(jié)室外循環(huán)回水量。（2）開啟室外百葉窗及散熱風(fēng)扇，降低室溫冷卻器回水溫度。（3）通過加壓柱塞泵與壓力控制調(diào)節(jié)閥門在保持恒壓的情況下適當(dāng)增大冷水的進(jìn)入量。（4）增大泵出口流量，減小揚(yáng)程，降低主泵電機(jī)功率，此方法可以減緩升溫速率，不適合參數(shù)額定的工況[10]。

2.3 冷卻水?dāng)嗍г囼?yàn)分析

冷卻水?dāng)嗍г囼?yàn)的主要目的是考察在熱態(tài)工況下，同時斷失密封注入水，高壓冷卻器冷卻水和密封室冷卻器冷卻水，驗(yàn)證主泵是否可以正常運(yùn)行[11]。

在此試驗(yàn)過程中，當(dāng)切斷軸封注入水后，軸封部分沒有冷卻，回路介質(zhì)的高溫?zé)崃侩S著葉輪傳遞到下泵軸，由于金屬的熱脹冷縮性能，泵軸在受熱后會發(fā)生形變，微小的變形量會在主泵啟動后引起較大的振動，所以啟機(jī)前必須進(jìn)行軸封水的冷卻，確保密封間前溫度低于100℃以下，并且高壓泄漏溫度也要低于60℃。如果啟機(jī)后振動明顯變大與停機(jī)前振動不一致，應(yīng)及時停機(jī)，繼續(xù)用軸封注入水冷卻后再做啟機(jī)嘗試。[12]

3 結(jié)論

2013年第一臺福清核主泵全流量試驗(yàn)的圓滿成功，標(biāo)志著我國軸封式核主泵全流量試驗(yàn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化成功，在試驗(yàn)過程中解決了多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，積累了大量的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)我國軸封式核主泵國產(chǎn)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2015年C3項(xiàng)目全流量試驗(yàn)圓滿成功，一舉打破了國外軸封式核主泵的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了軸封式核主泵的國產(chǎn)化。[13,14]不但在推動學(xué)科及各相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上有較大貢獻(xiàn)，更是在我國核主泵領(lǐng)域填補(bǔ)了多項(xiàng)空白，積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)研究資料[15]。

通過福方項(xiàng)目和C3C4項(xiàng)目的軸封型核主泵全流量試驗(yàn)研究工作，為修改和完善試驗(yàn)大綱及試驗(yàn)規(guī)程提供了依據(jù)，為試驗(yàn)臺的應(yīng)用及今后的改造工作提供依據(jù)。

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Technology Research and Test Analyses of Shaft Sealing Reactor Coolant Pump Full Load Test

HAN Huidong1,2, JIA Yun1,2,3, ZHANG Yudong1,2

(1. Engineering Research Center of RCP Heilongjiang Province, Harbin 150066, China；2.Harbin Electric Power Equipment Company Limited, Harbin 150066, China;3. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology,Harbin 150001, China)

This article research for the full-load test of shaft seal RCP, classify and conclude test item, research test technique for every test. Base on project of C3C4, conclude and analyze various problem of that test, research better technology of test for RCP full-load test.

full-load test; test technology; application and analysis

TM306

A

1000-3983(2017)02-0021-03

2016-10-21

韓惠東（1987-）2010年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)軟件工程專業(yè)，目前在讀哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程系工程碩士，主要從事核主泵試驗(yàn)工作。

審稿人：趙越