重水堆主泵機(jī)械密封壓力低原因分析及處理

徐偉強(qiáng)

中核霞浦核電有限公司 福建寧德 355100

1 重水堆主泵機(jī)械密封設(shè)備信息

重水堆主泵為單級(jí)單吸雙排立式離心泵，密封形式為三級(jí)機(jī)械密封帶后備密封。主泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式：三級(jí)減壓結(jié)構(gòu)，任何一級(jí)機(jī)械密封可單獨(dú)承受主系統(tǒng)全壓，為集裝式機(jī)械密封，各級(jí)機(jī)械密封壓縮量（密封面預(yù)緊壓力）為要求范圍內(nèi)統(tǒng)一調(diào)整，并自由分擔(dān)。機(jī)械密封的調(diào)整及更換必須在機(jī)組停運(yùn)后，不可在線進(jìn)行干預(yù)。

2 主泵受運(yùn)行限制和條件

電站運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書要求：一臺(tái)或多臺(tái)主泵停運(yùn)，要求堆功率低于2%FP。主泵軸封冷卻水出口溫度高報(bào)警值為80℃，當(dāng)溫度達(dá)到93℃，且滿足一定條件則停堆、停泵并對(duì)主熱傳輸系統(tǒng)進(jìn)行降壓冷卻。

3 缺陷及初步評(píng)估

3.1 缺陷背景

2015.3，運(yùn)行的4#主泵密封泄漏量出現(xiàn)偏大，且機(jī)械密封二三級(jí)壓差和壓力均呈不斷下降趨勢(shì)，由此判斷主泵二三級(jí)密封存在泄漏。

3.2 初步評(píng)估

2015.7之后，4#主泵的密封壓力趨于平穩(wěn)，未再出現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，但二三級(jí)密封壓差、壓力均偏低，二級(jí)密封壓力已經(jīng)下降到5.6MPa。三級(jí)密封壓差已經(jīng)上升至3.7MPa，運(yùn)行手冊(cè)要求（三級(jí) 2.43-5.46Mpa，二級(jí)5.56-8.6Mpa，一級(jí) 7.89-10.93Mpa）。

出現(xiàn)密封壓差降低的主要原因是級(jí)間泄漏、第三級(jí)泄漏或其他級(jí)的減壓盤管堵塞造成。基于該分析思路，非故障性的機(jī)械密封壓力下降不會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封直接失效。緩解該缺陷的唯一途徑是調(diào)整機(jī)械密封壓縮量，減少級(jí)間和第三級(jí)密封泄漏，使各級(jí)密封壓差趨于平穩(wěn)，但徹底消除該缺陷則需要整體更換機(jī)械密封。

4 缺陷定位及原因

主泵機(jī)械密封冷卻水是由上充泵供給，與主泵水導(dǎo)軸承的冷卻水混合后經(jīng)過(guò)軸封冷卻器冷卻，注入機(jī)械密封第一級(jí)形成軸封注入流。軸封注入流分兩部分（圖一）：第一部分，進(jìn)入機(jī)械密封后部分下行，冷卻主泵水導(dǎo)軸承；第二部分，軸封冷卻水上行，經(jīng)過(guò)三級(jí)減壓后流回重水存儲(chǔ)箱，第三級(jí)密封泄漏的重水經(jīng)過(guò)密閉管線匯集到泄漏收集箱。

針對(duì)4#主泵機(jī)械密封出現(xiàn)二三級(jí)壓力低，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)引漏情況，進(jìn)行原因分析，大致分為以下三類：

4.1 機(jī)械密封密封副降級(jí)

（1）失效機(jī)理：密封副配合不良，出現(xiàn)級(jí)間泄漏，導(dǎo)致密封腔室壓力降低。

圖1 主泵機(jī)械密封軸封冷卻水流向圖

（2）原因：機(jī)械密封減壓主要依靠長(zhǎng)尺寸的減壓盤管，三級(jí)機(jī)械密封減壓盤管會(huì)自動(dòng)平衡減壓負(fù)荷。機(jī)械密封發(fā)生級(jí)間泄漏后，部分重水旁通減壓盤管，造成該級(jí)密封盤管減壓效果下降。泄漏持續(xù)增加，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封壓力持續(xù)下降。若第三級(jí)機(jī)械密封泄漏，則能從重水泄漏收集系統(tǒng)的泄漏指示器直接觀察到。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該泵的泄漏量較大，也證實(shí)了機(jī)械密封存在泄漏的問(wèn)題。

（3）結(jié)論：機(jī)械密封泄漏是造成密封壓力降低的一個(gè)因素。

4.2 機(jī)械密封減壓盤管堵塞

（1）失效機(jī)理：機(jī)械密封減壓盤管堵塞，導(dǎo)致壓降增加，各級(jí)密封壓降分布不均，出現(xiàn)級(jí)間高壓和低壓現(xiàn)象。

（2）原因：主系統(tǒng)軸封水有5微米的過(guò)濾器，解體檢查過(guò)濾器濾芯無(wú)異物壓差正常，泵機(jī)械密封減壓盤管內(nèi)經(jīng)3.3mm左右，次組裝前均進(jìn)行清洗吹掃，確認(rèn)無(wú)堵塞異常，運(yùn)行期間，減壓盤管內(nèi)的密封水有一定的流速，不會(huì)存在沉積物堵塞問(wèn)題。

（3）結(jié)論：機(jī)械密封盤管堵塞問(wèn)題可排除。

4.3 機(jī)械密封壓力參數(shù)測(cè)量回路故障

（1）失效機(jī)理：測(cè)量回路漂移或故障，提供虛假信號(hào)。

（2）原因：機(jī)械密封壓力測(cè)量回路均按期執(zhí)行檢查，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。參數(shù)本身的變化以及相互之間的數(shù)據(jù)以及關(guān)系均正常，故測(cè)量回路不存在故障。

（3）結(jié)論：測(cè)量回路問(wèn)題可排除。

通過(guò)以上三種原因分析，排除了盤管堵塞、測(cè)量回路問(wèn)題。分析認(rèn)為造成機(jī)械密封壓力低的原因?yàn)闄C(jī)械密封的級(jí)間泄漏。

5 針對(duì)原因分析結(jié)果處理缺陷及結(jié)果

結(jié)合原因分析，判斷導(dǎo)致主泵機(jī)械密封壓力低的主要原因：機(jī)械密封級(jí)間泄漏。按照電站運(yùn)行安全要求，參照歷史檢修經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)下機(jī)械密封的運(yùn)行情況，采取了緩解處理方式：根據(jù)以往處理機(jī)械密封壓差不平均或者持續(xù)降低的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于較新的機(jī)械密封，可通過(guò)調(diào)整機(jī)械密封彈簧的壓縮量來(lái)調(diào)整密封面的壓力，達(dá)到降低泄漏，穩(wěn)定各級(jí)密封壓力、壓差的目的。小修期間調(diào)整了4#主泵機(jī)械密封的彈簧壓縮量，使得各級(jí)機(jī)封彈簧的預(yù)緊力自由調(diào)整。實(shí)施完成后，4#主泵機(jī)械密封各級(jí)密封壓力、壓差均向好的方向變化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察確認(rèn)密封壓力、壓差均較為平穩(wěn)，未出現(xiàn)下降和波動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)比機(jī)組重水收集箱排水頻率分析，機(jī)械密封泄漏量明顯減少，達(dá)到預(yù)期的處理要求和結(jié)果。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)4#主泵機(jī)械密封壓力低的故障處理，結(jié)合了歷史機(jī)械檢修經(jīng)驗(yàn)，機(jī)封當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)情況以及充分的原因分析，最終，通過(guò)采用調(diào)整機(jī)械密封壓縮量來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)封的再運(yùn)行。該處理方式，既滿足主泵實(shí)際運(yùn)行要求，又未擴(kuò)大檢修范圍，影響機(jī)組其它狀態(tài)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，增加了檢修人員對(duì)于該類缺陷處理的檢修經(jīng)驗(yàn)和技能水平，降低了生產(chǎn)成本，也為后續(xù)處理該類機(jī)封缺陷時(shí)提供參考。