RRA泵停運(yùn)后密封水溫高原因分析及應(yīng)對(duì)措施

廖 軍，沈晨濱

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

RRA泵停運(yùn)后密封水溫高原因分析及應(yīng)對(duì)措施

廖 軍，沈晨濱

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

本文主要對(duì)秦山第二核電廠 （簡(jiǎn)稱秦二廠）擴(kuò)建機(jī)組大、小修期間，余熱排出泵 （RRA泵）投切過(guò)程中，在運(yùn)行的RRA泵停運(yùn)，啟動(dòng)備用泵后，發(fā)現(xiàn)停運(yùn)的RRA泵的機(jī)械密封水溫度會(huì)出現(xiàn)異常升高，針對(duì)該現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)分析并使用相應(yīng)手段進(jìn)行輔助驗(yàn)證，最終發(fā)現(xiàn)引起該異常現(xiàn)象的原因，并針對(duì)該異常提出了相應(yīng)的措施。

余熱排出泵；機(jī)械密封水溫度；逆止閥；應(yīng)對(duì)措施

余熱排出泵，是核電廠余熱排出系統(tǒng)的重要組成部分，該泵為臥式單級(jí)泵，每個(gè)機(jī)組并列布置兩臺(tái)RRA泵，在正常或事故情況下，通過(guò)余熱排出系統(tǒng)的接入，在RRA泵及對(duì)應(yīng)熱交換器與堆芯間的循環(huán)冷卻將機(jī)組帶入到冷停堆狀態(tài)，維持核電廠的安全。

RRA泵輸送一回路介質(zhì)，其機(jī)械密封也是通過(guò)反應(yīng)堆冷卻劑潤(rùn)滑，而潤(rùn)滑用的反應(yīng)堆冷卻劑則通過(guò)輔助熱交換器循環(huán)，由設(shè)備冷卻水系統(tǒng) （RRI）冷卻，機(jī)械密封水溫度過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致RRA泵機(jī)械密封損壞，RRA泵故障而無(wú)法運(yùn)行，導(dǎo)致反應(yīng)堆堆芯在正常停運(yùn)或事故情況下失去重要的冷卻手段；同時(shí)，機(jī)械密封泄漏增加，會(huì)造成一回路冷卻劑的泄漏。

1 機(jī)械密封水溫度高現(xiàn)象描述

2015年10月1日，秦二廠3號(hào)機(jī)組小修期間，機(jī)組處于RRA冷卻的雙相中間停堆狀態(tài)，初始為3RRA001PO運(yùn)行，按照工作計(jì)劃需將3RRA001PO切換到3RRA002PO運(yùn)行，當(dāng)啟動(dòng)備用列的3RRA002PO，并停運(yùn)之前運(yùn)行的1號(hào)泵，此時(shí)發(fā)現(xiàn)，停運(yùn)的3RRA001PO的機(jī)械密封水溫度 （026MT）出現(xiàn)快速上漲，最高上漲到92℃ （此前該泵運(yùn)行時(shí)機(jī)械密封水的溫度僅35℃左右），主控操縱人員將3RRA002PO單泵運(yùn)行時(shí)的參數(shù)與之前1號(hào)泵運(yùn)行時(shí)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)：3RRA002PO單泵運(yùn)行時(shí)余熱排出系統(tǒng)流量降低、壓力下降而運(yùn)行電流較之前高，為避免3RRA001PO機(jī)械密封長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下造成損害，主控操縱員重新啟動(dòng)了1號(hào)泵，此時(shí)機(jī)械密封水溫度（026MT）很快下降到之前的正常水平。

2 機(jī)械密封水溫度異常原因分析及查找

2．1 機(jī)械密封水溫度高原因查找

根據(jù)3號(hào)機(jī)組小修期間3RRA001PO切換到002PO運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，3RRA002PO啟動(dòng)，3RRA001PO停運(yùn)后，發(fā)現(xiàn)2號(hào)泵的運(yùn)行參數(shù)與1號(hào)泵比較：余熱排出系統(tǒng)流量下降、泵出口壓力降低但電流變大，從這一系列參數(shù)的變化分析該泵可能有部分流量被旁通了；由于3RRA001PO停運(yùn)后機(jī)械密封水的溫度上漲很快，最高上漲到92℃；為避免機(jī)械密封長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下?lián)p壞，重新將RRA切回到1號(hào)泵運(yùn)行 （啟動(dòng)3RRA001PO，停運(yùn)3RRA002PO），此時(shí)在RRA泵現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)3RRA002PO停運(yùn)后逆止閥有明顯的回座聲，但之前1號(hào)泵停運(yùn)后，逆止閥的回座聲音并不明顯；而在RRA泵重新切回到1號(hào)泵運(yùn)行后，該泵的機(jī)械密封水溫度也很快下降到正常值。從上述的一系列現(xiàn)象，判斷3RRA001PO出力不足的原因?yàn)椋?RRA001PO停運(yùn)后出口逆止閥3RRA004VP未回座導(dǎo)致。RRA泵在余熱排出系統(tǒng)中的示意圖如圖1所示。

圖1 RRA泵在余熱排出系統(tǒng)中的示意圖Fig．1 Schematic of RRA pump in the residual heat removal system

為了進(jìn)一步驗(yàn)證分析判斷的正確性，采用下面的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

1）重新啟動(dòng)3RRA002PO，兩臺(tái)泵并列運(yùn)行；

2）停運(yùn)初始運(yùn)行的3RRA001PO，此時(shí)觀察余熱排出系統(tǒng)流量下降，余排泵出口壓力降低，運(yùn)行電流上升，3RRA001PO機(jī)械密封水溫度快速上漲 （3RRA026MT）；

3）通知現(xiàn)場(chǎng)緩慢關(guān)閉3RRA001PO的出口閥3RRA006VP，發(fā)現(xiàn)3RRA002PO的參數(shù)開始恢復(fù)正常 （余熱排出系統(tǒng)流量增加，泵出口壓力上升，002PO運(yùn)行電流下降），001PO的機(jī)械密封水溫度也逐漸下降；

4）確認(rèn)之前判斷正確，3RRA001PO出口逆止閥未回座。

秦二廠3號(hào)機(jī)組小修期間，RRA泵切換過(guò)程中機(jī)械密封水溫度變化趨勢(shì)如圖2所示 （圖中RRA004MP為余排泵出口母管壓力，RRA026MT為001PO機(jī)械密封水溫度）。

之后，機(jī)械維修人員針對(duì)3RRA001PO出口逆止閥3RRA004VP不回座的缺陷，進(jìn)行了解體維修，在進(jìn)行解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：閥門搖臂銷軸與搖臂之間間隙過(guò)大，搖臂下沉，全關(guān)時(shí)閥瓣超出密封位置并翹起縫隙，即3RRA001PO停運(yùn)后，逆止閥未能完全回座。

在該次小修對(duì)RRA泵出口逆止閥解體檢修完成后，再次對(duì)RRA泵進(jìn)行投切操作，發(fā)現(xiàn)整個(gè)切換過(guò)程中RRA泵的運(yùn)行參數(shù)正常，停運(yùn)泵的機(jī)械密封水溫度略有上漲 （最高不超過(guò)40℃）；但變化緩慢，未出現(xiàn)之前的溫度突變且遠(yuǎn)低于技術(shù)規(guī)格書要求的機(jī)械密封水溫度驗(yàn)收準(zhǔn)則75℃；3號(hào)機(jī)組小修期間RRA泵出口逆止閥解體維修后，再次投切RRA泵時(shí)的機(jī)械密封水溫度變化趨勢(shì)，如圖3所示。

圖2 3號(hào)機(jī)組小修期間RRA泵切換過(guò)程中機(jī)械密封水溫度變化趨勢(shì) （2015．10．1）Fig．2 The mechanical seal water temperature trend when switching of RRA pump during the maintenance of Unit 3 （Oct．1st，2015）

圖3 RRA泵出口逆止閥解體檢修后，泵切換時(shí)機(jī)械密封水溫度變化趨勢(shì) （2015．10．3）Fig．3 The mechanical seal water temperature trend during pump switching after the check valve at the outlet of the RRA pump is disassembled and repaired（Oct．3rd，2015）

2．2 機(jī)械密封水溫度高產(chǎn)生機(jī)理分析

RRA泵輸送一回路介質(zhì)，其機(jī)械密封也是通過(guò)反應(yīng)堆冷卻劑潤(rùn)滑。當(dāng)RRA泵運(yùn)行時(shí)機(jī)械密封水則通過(guò)輔助熱交換器循環(huán)由設(shè)備冷卻水系統(tǒng) （RRI）冷卻，當(dāng)泵啟動(dòng)后，機(jī)封動(dòng)環(huán)上的泵送部件將密封腔中的高溫水送到泵自帶冷卻器 （003／004RF）中同設(shè)備冷卻水進(jìn)行熱交換，同時(shí)循環(huán)水帶走密封面摩擦產(chǎn)生的熱量。由于泵運(yùn)行時(shí)泵送環(huán)也同時(shí)工作，機(jī)械密封水與設(shè)備冷卻水之間的流動(dòng)換熱效果良好，故機(jī)封回水溫度可以保持在較低水平。

當(dāng)泵處于備用時(shí)，泵送環(huán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，密封腔內(nèi)的介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)，喪失強(qiáng)迫循環(huán)，一回路熱量會(huì)通過(guò)金屬導(dǎo)熱、溫度梯度導(dǎo)致的微小自然循環(huán)流動(dòng)等方式傳至機(jī)封腔體，由于此時(shí)機(jī)封腔體內(nèi)的介質(zhì)不會(huì)流動(dòng)，導(dǎo)致泵自帶冷卻器的冷卻功能基本喪失；而這些熱量就主要依靠通入冷卻腔的另一路設(shè)備冷卻水帶走，以維持較低的機(jī)封腔體溫度，所以當(dāng)RRA泵停運(yùn)后，機(jī)械密封水出現(xiàn)小幅且緩慢的上漲屬于正常現(xiàn)象，但當(dāng)RRA泵出口逆止閥不回座或是密封不嚴(yán)，當(dāng)備用泵啟動(dòng)時(shí)，一回路介質(zhì)會(huì)反向流過(guò)泵體與密封腔進(jìn)行大量的熱交換，導(dǎo)致密封腔內(nèi)溫度快速升高，超過(guò)機(jī)械密封溫度限值，最終可能導(dǎo)致機(jī)封損壞。

2．3 逆止閥密封面損壞導(dǎo)致的機(jī)械密封水溫度上漲

2016年1月2日，秦二廠4號(hào)機(jī)組進(jìn)行404大修，根據(jù)大修規(guī)程進(jìn)行4RRA泵的投切操作，在主控室將初始運(yùn)行的4RRA001PO停運(yùn)，啟動(dòng)4RRA002PO時(shí)，發(fā)現(xiàn)4RRA001PO的機(jī)械密封水溫度 （026MT）快速上漲 （從20℃上漲到43℃），但與4RRA001PO單泵運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行流量、出口壓力及運(yùn)行電流等的比對(duì)時(shí)發(fā)現(xiàn)參數(shù)無(wú)明顯變化，現(xiàn)場(chǎng)也在停運(yùn)001PO時(shí)聽(tīng)到了出口逆止閥明顯的回座的聲音，雖然此次機(jī)械密封水的最終上漲溫度并不太高 （遠(yuǎn)低于技術(shù)規(guī)格書的驗(yàn)收準(zhǔn)則75℃），但變化速率非常快，由于有之前3號(hào)機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，還是懷疑：雖然RRA001PO的出口逆止閥已回座，但閥座的密封面可能不嚴(yán)密，導(dǎo)致有少量的一回路介質(zhì)回流與密封腔進(jìn)行熱交換，導(dǎo)致機(jī)械密封水溫度快速升高，于是填寫了缺陷工單。

維修機(jī)械對(duì)4RRA001PO出口逆止閥4RRA004VP進(jìn)行了檢修，對(duì)閥座密封面進(jìn)行了藍(lán)油試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不合格，確定逆止閥密封不嚴(yán)密，重新對(duì)閥座閥芯進(jìn)行拋光研磨，研磨后做藍(lán)油試驗(yàn)合格，4RRA001PO出口逆止閥進(jìn)行檢修后，重新進(jìn)行RRA泵的投切操作，停運(yùn)泵的機(jī)械密封水溫度上漲非常緩慢，基本趨于穩(wěn)定。

3 機(jī)械密封水溫度高應(yīng)對(duì)措施

現(xiàn)行機(jī)組對(duì)于RRA泵參數(shù)的監(jiān)測(cè)主要通過(guò) “光字牌報(bào)警”和 “KIT （計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)）中的參數(shù)及趨勢(shì)”兩種方式。

對(duì)于 “光字牌報(bào)警”這種方式主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)RRA泵的RRI水流量 （通過(guò)就地／遠(yuǎn)傳兩用的流量計(jì)），一旦流量計(jì)流量低于要求值，則意味著冷卻能力不足，泵的機(jī)械密封、軸承、電機(jī)等相關(guān)溫度必然會(huì)上漲，根據(jù)報(bào)警卡的要求 （以3RRA001PO為例子） “當(dāng)RRI流量傳感器出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，在KIT中監(jiān)視機(jī)械密封冷卻水的溫度026MT，到達(dá)90℃時(shí)，必須立即停泵”，3RRA001PO的RRI水流量低的邏輯圖如圖4所示。而對(duì)于這種情況，與之前的分析并不完全適應(yīng)，因?yàn)閷?duì)于停運(yùn)泵該報(bào)警是不會(huì)觸發(fā)的，而且RRA泵停運(yùn)時(shí)，RRI水的流量也是在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，只是無(wú)法起到對(duì)機(jī)械密封的冷卻效果。

圖4 RRA001PO的RRI水流量低邏輯Fig．4 Low logic of RRI water flow of RRA001PO

“光字牌報(bào)警”中對(duì)于機(jī)械密封還有種輔助的監(jiān)測(cè)手段，即通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)械密封的泄漏量來(lái)驗(yàn)證機(jī)封是否正常，RRA001PO密封泄漏量高報(bào)警邏輯如圖5所示。

如果出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏量高報(bào)警，則意味著密封可能已經(jīng)損壞，這是不希望看到的，所以需要在RRA泵投切的過(guò)程中結(jié)合 “KIT的參數(shù)和趨勢(shì)”進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)制定相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施：

圖5 RRA001PO密封泄漏量高報(bào)警邏輯Fig．5 High alarm logic of sealed leakage of RRA001PO

1）首先，要密切關(guān)注RRA泵投切過(guò)程中的一些重要參數(shù)的變化，特別是停運(yùn)泵機(jī)械密封水溫度變化 （可通過(guò)RRA026／027MT監(jiān)測(cè)其變化趨勢(shì)），KIT中有機(jī)械密封的報(bào)警限值：高報(bào)70℃，高高報(bào)警75℃，而根據(jù)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范對(duì)于RRA泵的機(jī)械密封水溫度的驗(yàn)收準(zhǔn)則為≤75℃，必須嚴(yán)格按照要求，密切進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

2）當(dāng)停運(yùn)RRA泵機(jī)械密封水溫度偏高時(shí)，最有效的緩解方法是啟動(dòng)該泵，建立機(jī)械密封水的強(qiáng)制循環(huán)，以增強(qiáng)設(shè)冷水冷卻機(jī)封的效果；

3）當(dāng)機(jī)械密封水溫度高被迫雙泵運(yùn)行時(shí)必須保證有足夠的流量，對(duì)于RRA系統(tǒng)出口閥未開啟，僅小流量運(yùn)行的情況下，不允許雙泵運(yùn)行；

4）考慮到RRA泵可能故障停運(yùn)或是其動(dòng)力電、控制電或是冷卻能力喪失而無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，此時(shí)可以通過(guò)關(guān)閉RRA泵出口隔離閥來(lái)防止一回路介質(zhì)的反向加熱。

當(dāng)然對(duì)于該問(wèn)題的最終解決還需通過(guò)改進(jìn)RRA泵出口逆止閥的密封性能，與廠家溝通，是否存在設(shè)計(jì)上的不足，對(duì)逆止閥動(dòng)作不到位及密封面不嚴(yán)密的原因進(jìn)行分析改進(jìn)，或是更換其他更好性能的產(chǎn)品，另外，如果是閥門本身所處在的環(huán)境、工況惡劣導(dǎo)致，則須制定預(yù)防性維修計(jì)劃，做到定期更換，而不是等到檢查出有問(wèn)題再更換。

4 結(jié)論

在RRA泵的投切過(guò)程中，當(dāng)運(yùn)行的RRA泵停運(yùn)，備用泵啟動(dòng)后，停運(yùn)的RRA泵的機(jī)械密封水會(huì)失去強(qiáng)制循環(huán)，則無(wú)法通過(guò)泵自帶的冷卻器將熱量通過(guò)設(shè)冷水帶走，一旦泵出口逆止閥未完全回座或密封不嚴(yán)，則高溫的一回路介質(zhì)會(huì)通過(guò)逆止閥反向流過(guò)泵體與密封腔進(jìn)行熱傳遞，導(dǎo)致機(jī)械密封水溫度過(guò)高，可能對(duì)機(jī)械密封造成損害。若逆止閥未回座可能導(dǎo)致停運(yùn)RRA泵的機(jī)械密封水溫度快速上漲，可能超過(guò)溫度高高報(bào)警值及技術(shù)規(guī)格書驗(yàn)收準(zhǔn)則（75℃），同時(shí)對(duì)運(yùn)行的一臺(tái)RRA泵的參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生影響 （余熱排出系統(tǒng)流量下降，泵出口壓力下降，運(yùn)行電流上漲），而若逆止閥已回座，只是部分密封不嚴(yán)密，則對(duì)運(yùn)行的一臺(tái)泵的參數(shù)影響不明顯，但停運(yùn)泵的機(jī)械密封水的溫度會(huì)快速上漲，但通常上漲幅度較逆止閥不回座的工況少得多，通常低于高高報(bào)警值 （75℃）。

對(duì)該逆止閥進(jìn)行改進(jìn)、換型能在根本上解決該問(wèn)題，而在運(yùn)行上需要在RRA泵切換過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視，若出現(xiàn)機(jī)械密封水溫度高，通過(guò)啟動(dòng)該泵建立強(qiáng)制循環(huán)能很好緩解該異常情況，若無(wú)法啟動(dòng)該泵，關(guān)閉該泵的出口隔離閥也能有效隔離一回路介質(zhì)的反向傳熱。

［1］核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院 ．秦山核電二期擴(kuò)建工程余熱排出系統(tǒng)手冊(cè) ［R］．北京：核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院，2008．Manual for the Residual Heat Removal System of Qinshan II Extension Project．Beijing Institute of Nuclear Engineering．2008．

［2］楊爽．RRA泵機(jī)封回水溫度高問(wèn)題分析與應(yīng)急預(yù)案探討 ［J］．軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2015（24）．YANG Shuang． Analysis and Emergency Plan Discussion for High Temperature of RRA Pump Mechanical Seal Backwater ［J］．Dual－use Technology and Products，2015（24）

［3］毛樹忠．RRA系統(tǒng)報(bào)警處理規(guī)程：秦二廠擴(kuò)建機(jī)組報(bào)警處理規(guī)程 ［R］，2013．MAO Shu－zhong．Alarm Processing Procedures for the RRA System．Alarm Processing Procedures for Qinshan II Extention Plant，2013．

［4］章春偉．安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗(yàn)監(jiān)督要求B．2：秦山第二核電廠三、四號(hào)機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書 ［R］，2015．ZHANG Chun－wei．Periodic Test and Supervision Requirements B．2for the Safety－related System（Technical Specifications for the Operation and Unit 3＆4of Qinshan II），2015．

The Cause Analysis and Countermeasures for Sealing Water Temperature after RRA Pump Stops

LIAO Jun，SHEN Chen－bin
（CNNP Nuclear Power Operations Management Co．，Ltd．Haiyan，Zhejiang，Prov．314300，China）

This paper focuses on the abnormal temperature rise of the mechanical seal water of the RRA pump shutdown during the refueling outage and maintenance of Qinshan II and the switching of residual heat removal pump（RRA pump）after the operating RRA pump shuts down，and the standby pump starts up．To address this phenomenon，the ultimate cause for the abnormality is found out through theoretical analysis of corresponding operational data and adopting corresponding auxiliary verification means，and corresponding countermeasures are put forward for the abnormality．

residual heat removal pump；mechanical seal water temperature；check valve；countermeasures

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0389－05

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0389－05

10．12058／zghd．2017．02．389

2017－02－16

廖 軍 （1984—），男，工程師，現(xiàn)主要從事核電廠反應(yīng)堆運(yùn)行相關(guān)工作。

（責(zé)任編輯：韓霞）