RRA泵停運后密封水溫高原因分析及應對措施

廖 軍，沈晨濱

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

RRA泵停運后密封水溫高原因分析及應對措施

廖 軍，沈晨濱

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

本文主要對秦山第二核電廠 （簡稱秦二廠）擴建機組大、小修期間，余熱排出泵 （RRA泵）投切過程中，在運行的RRA泵停運，啟動備用泵后，發(fā)現(xiàn)停運的RRA泵的機械密封水溫度會出現(xiàn)異常升高，針對該現(xiàn)象，通過對相關運行參數(shù)分析并使用相應手段進行輔助驗證，最終發(fā)現(xiàn)引起該異?，F(xiàn)象的原因，并針對該異常提出了相應的措施。

余熱排出泵；機械密封水溫度；逆止閥；應對措施

余熱排出泵，是核電廠余熱排出系統(tǒng)的重要組成部分，該泵為臥式單級泵，每個機組并列布置兩臺RRA泵，在正?；蚴鹿是闆r下，通過余熱排出系統(tǒng)的接入，在RRA泵及對應熱交換器與堆芯間的循環(huán)冷卻將機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)，其機械密封也是通過反應堆冷卻劑潤滑，而潤滑用的反應堆冷卻劑則通過輔助熱交換器循環(huán)，由設備冷卻水系統(tǒng) （RRI）冷卻，機械密封水溫度過高，可能會導致RRA泵機械密封損壞，RRA泵故障而無法運行，導致反應堆堆芯在正常停運或事故情況下失去重要的冷卻手段；同時，機械密封泄漏增加，會造成一回路冷卻劑的泄漏。

1 機械密封水溫度高現(xiàn)象描述

2015年10月1日，秦二廠3號機組小修期間，機組處于RRA冷卻的雙相中間停堆狀態(tài)，初始為3RRA001PO運行，按照工作計劃需將3RRA001PO切換到3RRA002PO運行，當啟動備用列的3RRA002PO，并停運之前運行的1號泵，此時發(fā)現(xiàn)，停運的3RRA001PO的機械密封水溫度 （026MT）出現(xiàn)快速上漲，最高上漲到92℃ （此前該泵運行時機械密封水的溫度僅35℃左右），主控操縱人員將3RRA002PO單泵運行時的參數(shù)與之前1號泵運行時進行對比后發(fā)現(xiàn)：3RRA002PO單泵運行時余熱排出系統(tǒng)流量降低、壓力下降而運行電流較之前高，為避免3RRA001PO機械密封長時間在高溫環(huán)境下造成損害，主控操縱員重新啟動了1號泵，此時機械密封水溫度（026MT）很快下降到之前的正常水平。

2 機械密封水溫度異常原因分析及查找

2．1 機械密封水溫度高原因查找

根據(jù)3號機組小修期間3RRA001PO切換到002PO運行時的現(xiàn)象進行分析，3RRA002PO啟動，3RRA001PO停運后，發(fā)現(xiàn)2號泵的運行參數(shù)與1號泵比較：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停運后機械密封水的溫度上漲很快，最高上漲到92℃；為避免機械密封長時間在高溫環(huán)境下?lián)p壞，重新將RRA切回到1號泵運行 （啟動3RRA001PO，停運3RRA002PO），此時在RRA泵現(xiàn)場的運行人員發(fā)現(xiàn)3RRA002PO停運后逆止閥有明顯的回座聲，但之前1號泵停運后，逆止閥的回座聲音并不明顯；而在RRA泵重新切回到1號泵運行后，該泵的機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出力不足的原因為：3RRA001PO停運后出口逆止閥3RRA004VP未回座導致。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

為了進一步驗證分析判斷的正確性，采用下面的方法來進行驗證。

1）重新啟動3RRA002PO，兩臺泵并列運行；

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

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

4）確認之前判斷正確，3RRA001PO出口逆止閥未回座。

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

之后，機械維修人員針對3RRA001PO出口逆止閥3RRA004VP不回座的缺陷，進行了解體維修，在進行解體檢查時發(fā)現(xiàn)：閥門搖臂銷軸與搖臂之間間隙過大，搖臂下沉，全關時閥瓣超出密封位置并翹起縫隙，即3RRA001PO停運后，逆止閥未能完全回座。

在該次小修對RRA泵出口逆止閥解體檢修完成后，再次對RRA泵進行投切操作，發(fā)現(xiàn)整個切換過程中RRA泵的運行參數(shù)正常，停運泵的機械密封水溫度略有上漲 （最高不超過40℃）；但變化緩慢，未出現(xiàn)之前的溫度突變且遠低于技術規(guī)格書要求的機械密封水溫度驗收準則75℃；3號機組小修期間RRA泵出口逆止閥解體維修后，再次投切RRA泵時的機械密封水溫度變化趨勢，如圖3所示。

圖2 3號機組小修期間RRA泵切換過程中機械密封水溫度變化趨勢 （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，泵切換時機械密封水溫度變化趨勢 （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 機械密封水溫度高產(chǎn)生機理分析

RRA泵輸送一回路介質(zhì)，其機械密封也是通過反應堆冷卻劑潤滑。當RRA泵運行時機械密封水則通過輔助熱交換器循環(huán)由設備冷卻水系統(tǒng) （RRI）冷卻，當泵啟動后，機封動環(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）中同設備冷卻水進行熱交換，同時循環(huán)水帶走密封面摩擦產(chǎn)生的熱量。由于泵運行時泵送環(huán)也同時工作，機械密封水與設備冷卻水之間的流動換熱效果良好，故機封回水溫度可以保持在較低水平。

當泵處于備用時，泵送環(huán)停止轉(zhuǎn)動，密封腔內(nèi)的介質(zhì)處于靜止狀態(tài)，喪失強迫循環(huán)，一回路熱量會通過金屬導熱、溫度梯度導致的微小自然循環(huán)流動等方式傳至機封腔體，由于此時機封腔體內(nèi)的介質(zhì)不會流動，導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備冷卻水帶走，以維持較低的機封腔體溫度，所以當RRA泵停運后，機械密封水出現(xiàn)小幅且緩慢的上漲屬于正常現(xiàn)象，但當RRA泵出口逆止閥不回座或是密封不嚴，當備用泵啟動時，一回路介質(zhì)會反向流過泵體與密封腔進行大量的熱交換，導致密封腔內(nèi)溫度快速升高，超過機械密封溫度限值，最終可能導致機封損壞。

2．3 逆止閥密封面損壞導致的機械密封水溫度上漲

2016年1月2日，秦二廠4號機組進行404大修，根據(jù)大修規(guī)程進行4RRA泵的投切操作，在主控室將初始運行的4RRA001PO停運，啟動4RRA002PO時，發(fā)現(xiàn)4RRA001PO的機械密封水溫度 （026MT）快速上漲 （從20℃上漲到43℃），但與4RRA001PO單泵運行時，進行流量、出口壓力及運行電流等的比對時發(fā)現(xiàn)參數(shù)無明顯變化，現(xiàn)場也在停運001PO時聽到了出口逆止閥明顯的回座的聲音，雖然此次機械密封水的最終上漲溫度并不太高 （遠低于技術規(guī)格書的驗收準則75℃），但變化速率非?？欤捎谟兄?號機組的運行經(jīng)驗，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密，導致有少量的一回路介質(zhì)回流與密封腔進行熱交換，導致機械密封水溫度快速升高，于是填寫了缺陷工單。

維修機械對4RRA001PO出口逆止閥4RRA004VP進行了檢修，對閥座密封面進行了藍油試驗，試驗結果不合格，確定逆止閥密封不嚴密，重新對閥座閥芯進行拋光研磨，研磨后做藍油試驗合格，4RRA001PO出口逆止閥進行檢修后，重新進行RRA泵的投切操作，停運泵的機械密封水溫度上漲非常緩慢，基本趨于穩(wěn)定。

3 機械密封水溫度高應對措施

現(xiàn)行機組對于RRA泵參數(shù)的監(jiān)測主要通過 “光字牌報警”和 “KIT （計算機輔助系統(tǒng)）中的參數(shù)及趨勢”兩種方式。

對于 “光字牌報警”這種方式主要是通過監(jiān)測RRA泵的RRI水流量 （通過就地／遠傳兩用的流量計），一旦流量計流量低于要求值，則意味著冷卻能力不足，泵的機械密封、軸承、電機等相關溫度必然會上漲，根據(jù)報警卡的要求 （以3RRA001PO為例子） “當RRI流量傳感器出現(xiàn)報警時，在KIT中監(jiān)視機械密封冷卻水的溫度026MT，到達90℃時，必須立即停泵”，3RRA001PO的RRI水流量低的邏輯圖如圖4所示。而對于這種情況，與之前的分析并不完全適應，因為對于停運泵該報警是不會觸發(fā)的，而且RRA泵停運時，RRI水的流量也是在正常運轉(zhuǎn)的，只是無法起到對機械密封的冷卻效果。

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

“光字牌報警”中對于機械密封還有種輔助的監(jiān)測手段，即通過監(jiān)測機械密封的泄漏量來驗證機封是否正常，RRA001PO密封泄漏量高報警邏輯如圖5所示。

如果出現(xiàn)機械密封泄漏量高報警，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泵投切的過程中結合 “KIT的參數(shù)和趨勢”進行監(jiān)測，同時制定相關的應對措施：

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

1）首先，要密切關注RRA泵投切過程中的一些重要參數(shù)的變化，特別是停運泵機械密封水溫度變化 （可通過RRA026／027MT監(jiān)測其變化趨勢），KIT中有機械密封的報警限值：高報70℃，高高報警75℃，而根據(jù)運行技術規(guī)范對于RRA泵的機械密封水溫度的驗收準則為≤75℃，必須嚴格按照要求，密切進行監(jiān)測；

2）當停運RRA泵機械密封水溫度偏高時，最有效的緩解方法是啟動該泵，建立機械密封水的強制循環(huán)，以增強設冷水冷卻機封的效果；

3）當機械密封水溫度高被迫雙泵運行時必須保證有足夠的流量，對于RRA系統(tǒng)出口閥未開啟，僅小流量運行的情況下，不允許雙泵運行；

4）考慮到RRA泵可能故障停運或是其動力電、控制電或是冷卻能力喪失而無法啟動時，此時可以通過關閉RRA泵出口隔離閥來防止一回路介質(zhì)的反向加熱。

當然對于該問題的最終解決還需通過改進RRA泵出口逆止閥的密封性能，與廠家溝通，是否存在設計上的不足，對逆止閥動作不到位及密封面不嚴密的原因進行分析改進，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、工況惡劣導致，則須制定預防性維修計劃，做到定期更換，而不是等到檢查出有問題再更換。

4 結論

在RRA泵的投切過程中，當運行的RRA泵停運，備用泵啟動后，停運的RRA泵的機械密封水會失去強制循環(huán)，則無法通過泵自帶的冷卻器將熱量通過設冷水帶走，一旦泵出口逆止閥未完全回座或密封不嚴，則高溫的一回路介質(zhì)會通過逆止閥反向流過泵體與密封腔進行熱傳遞，導致機械密封水溫度過高，可能對機械密封造成損害。若逆止閥未回座可能導致停運RRA泵的機械密封水溫度快速上漲，可能超過溫度高高報警值及技術規(guī)格書驗收準則（75℃），同時對運行的一臺RRA泵的參數(shù)也會產(chǎn)生影響 （余熱排出系統(tǒng)流量下降，泵出口壓力下降，運行電流上漲），而若逆止閥已回座，只是部分密封不嚴密，則對運行的一臺泵的參數(shù)影響不明顯，但停運泵的機械密封水的溫度會快速上漲，但通常上漲幅度較逆止閥不回座的工況少得多，通常低于高高報警值 （75℃）。

對該逆止閥進行改進、換型能在根本上解決該問題，而在運行上需要在RRA泵切換過程中進行嚴密監(jiān)視，若出現(xiàn)機械密封水溫度高，通過啟動該泵建立強制循環(huán)能很好緩解該異常情況，若無法啟動該泵，關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)第二研究設計院 ．秦山核電二期擴建工程余熱排出系統(tǒng)手冊 ［R］．北京：核工業(yè)第二研究設計院，2008．Manual for the Residual Heat Removal System of Qinshan II Extension Project．Beijing Institute of Nuclear Engineering．2008．

［2］楊爽．RRA泵機封回水溫度高問題分析與應急預案探討 ［J］．軍民兩用技術與產(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)報警處理規(guī)程：秦二廠擴建機組報警處理規(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．安全相關系統(tǒng)定期試驗監(jiān)督要求B．2：秦山第二核電廠三、四號機組運行技術規(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堆運行相關工作。

（責任編輯：韓霞）