循環水泵維修經驗

于金龍

（中國原子能科學研究院，北京 102413）

0 引言

循環水系統由3 臺SPL350-430（I）循環水泵、膠球清洗裝置、相連閥門及Q235-A.F 管道組成。兩條Ф820×9 mm 的管道，從冷卻塔輸送循環水至室外閥門井后，匯成一條Ф1020×8 mm的母管。3 條Ф630×6 mm 的管道，從母管接出后分別連接到循泵入口，循環水泵（以下簡稱循泵）打出水經過3 條循環水支管匯入一條Ф1020×8 mm 的母管，然后供給主凝汽器、副凝汽器、空氣冷器、冷油器和凝結水冷卻器，最后通過Ф1020×8 mm 的回水母管進入09 子項冷卻塔噴淋管，冷卻后落入冷卻塔底部水池，再經過水池出口濾網進入兩條Ф820×9 mm 的管道。

循泵為單級雙面進水立式離心循泵，是循環水系統主要設備之一。2004 年安裝在03 子項，2009 年循環水系統改造后，循泵遷移到00 子項循泵泵房。在額定工況運行時，兩臺循泵運行，一臺循泵備用。循泵停運階段維保周期為6 個月，運行階段維保周期為3 個月。當循泵發生故障時，將直接影響汽輪機組的真空度及熱源交換，直接降低機組出力。盡管循泵在制造、安裝和運行過程中采取多種方法以防止汽蝕的發生，但在實際運行中，由于種種原因會使循泵的運行條件與設計工況發生偏離，不同程度的汽蝕仍偶有發生，給電力企業造成巨大經濟損失。循泵泵體及密封環銹蝕、葉輪汽蝕是循泵主要故障，長期在汽蝕下運行，易引起泵體部件壽命降低及葉輪局部損壞，汽蝕嚴重時會引起泵體強烈振動，導致水流中斷，泵體停止工作。

1 原因分析

1.1 直接原因

循環水系統管道、葉輪與泵體材料為普通碳鋼，在潮濕環境下，當系統停運時間遠遠大于運行時間時，材料表面發生的化學腐蝕，是葉輪與泵體銹蝕的直接原因。循泵在長期停機狀態下，空氣易侵入泵體，空氣與泵體接觸氧化，引起380GA 密封環、葉輪、泵體銹蝕，從而導致密封環銹蝕，甚至卡澀，使2#循泵盤車盤不動。循泵泵體及系統管道進入空氣，是造成循泵銹蝕卡澀與葉輪汽蝕的主要原因。

1.2 間接原因

循泵運行過程中，過流部分區域，通常是葉輪葉片進口稍后處，抽送液體的絕對壓力下降到小于等于當時液溫下相應汽化壓力時，就會因汽化而產生汽泡。汽泡主要由蒸汽組成，因水中溶解有一定量氣體，所以汽泡中除了蒸汽以外，還夾帶少量氣體。當汽泡隨水流流到高壓區時，高壓液體將使汽泡急劇縮小并直至凝結成水，汽泡逐漸變形而最終破裂。當汽泡破裂時，細水滴以高速填充汽泡空穴而發生互相撞擊從而形成強烈的水擊作用，使過流區域的材料受到腐蝕破壞。由此可知，汽蝕過程包括汽泡形成、汽泡生長、汽泡破裂，從而導致水泵葉輪及泵體發生腐蝕和汽蝕。

1.3 根本原因

1.3.1 設備原因分析

（1）循泵本身為臥式結構設計，因現場安裝空間問題，將臥式循泵改為立式安裝。在循泵啟動前，泵體及附屬管道放氣閥排放不充分，而使空氣進入系統，引起循泵葉輪銹蝕和汽蝕。

（2）對循泵日常技術維護，只有在解體檢修的情況下才能判斷內部磨損腐蝕，否則對于循泵內葉輪、密封環、泵殼等腐蝕情況無法準確判斷。系統設備長期停置后，接觸空氣而發生氧化，進而使葉輪密封環銹蝕卡澀而造成無法盤車。

1.3.2 系統原因分析

（1）冷卻水塔液位高度差降低。在反應堆滿功率運行期間，09 子項冷卻水塔出口至循泵入口母管濾網發生堵塞現象。當冷卻水塔底部水池內水位高度降低或出口濾網堵塞時，循泵入口母管濾網水位將降低，引起循泵中心線與入口水面水位差降低，而降低有效汽蝕余量，極易引起空氣進入管道與泵腔，從而加速循泵汽蝕。

（2）空氣進入泵腔造成葉輪腐蝕汽蝕。空氣進入泵腔的主要來源：①40～50 ℃水溫進入冷卻水塔底部水池時，易產生氣泡，這些氣泡隨水池內水流運動而漩渦進入葉輪，從而形成氣囊阻礙流道，或通過液體水被擠破裂，而再次形成氣泡。②在冷卻塔內冷卻過程中，循環水夾帶大量的過飽和空氣。③水塔底部吸水池入口母管旋渦帶入空氣，在大氣壓作用下進入循泵葉輪的進口低壓區，隨水流進入高壓區沖擊循泵葉輪，最終導致葉輪等腐蝕汽蝕。

（3）低點排水。循泵設計為立式泵，臥式安裝，系統停運后泵體及附屬管道內存水無法徹底排盡。系統存水將加速泵體及附屬管路腐蝕速率。長期停運期間，設備及管路內空氣和金屬接觸而發生腐蝕現象。

1.3.3 環境原因分析

循環水出口水溫應≤42 ℃，進出口溫差應控制在7～8 ℃。在炎熱潮濕的夏季，泵體與系統管路內殘留水汽能促進Q235-A.F 管道、葉輪、泵體等零部件的氧化速率。

2 相關影響分析

2.1 化學腐蝕對循泵的影響

化學腐蝕是在金屬表面與周圍環境發生電化學（化學）作用，引起金屬表面破壞變質的一種自然現象，易促進泵體、軸、葉輪、水環及密封環等腐蝕氧化的速率，直接減少循泵服役壽命。

2.2 葉輪汽蝕對循泵的影響

循泵葉輪汽蝕將改變泵腔內水流狀態，造成水流流動阻力增加，導致循泵揚程、流量和效率等參數值降低，進而造成泵體流道的材料發生侵蝕破壞，并引起泵體振動和噪聲，危及循泵的正常運行，主要表現為3 方面。

（1）振動和噪聲。循泵發生汽蝕時，汽泡在高壓區連續發生破裂現象，在微細射流高速沖擊作用下，形成噪聲，汽泡破裂時的沖擊作用，引起泵組產生振動現象。

汽蝕噪聲與發展的程度有關，噪聲大時對材料破壞的作用將加大，可用于判斷汽蝕破損的程度。汽蝕引起振動原因主要有：①汽泡破裂產生的高頻振動；②葉片進口沖角較大時后方易形成脫流，將產生不穩定汽穴。如果振動頻率與循泵固有頻率相同或接近時，極易引起共振使循泵工況惡化，嚴重時破壞系統的安全運行。

（2）流道材料的破壞。在汽泡周圍液體壓力上升時，汽泡將受到較大壓縮，使內壓升高而導致汽泡破裂，最終形成微細射流。流道材料表面在微細射流的作用下，表面晶體產生疲勞現象，嚴重者將形成蜂窩狀。同時，微細射流的沖擊將形成200 ℃以上高溫，使流道材料呈現電解現象，加快化學腐蝕速率。

（3）循泵性能的下降。汽蝕的初級階段對循泵特性無明顯影響，待汽蝕程度增大到流道有效形狀因空間較大而堵塞時，葉輪和液體能量交換而受到干擾破壞，引起循泵揚程、流量、工作效率、循泵軸功率曲線下降，嚴重時將引起循泵的停運。

3 經驗建議

3.1 設計方面

（1）增加循泵低點排水，設計氮氣保護，以減少空氣的氧化。

（2）循泵葉輪及附屬管道選用耐氧化耐汽蝕更高的硬質合金，或在表面涂刷環氧樹脂，以提高性能。

3.2 運行方面

（1）當循泵長期處于停運狀態且冷卻水塔底部水池有足夠存水時，應將循泵及附屬系統管路灌滿水，以減少空氣接觸氧化，且每隔半月將循泵運轉4～6 h。

（2）當循泵長期處于停運狀態且冷卻水塔底部水池無存水時，應打開系統最低點排放水閥，盡可能排盡存水，再用干燥氮氣將系統內吹掃干凈，以減少氧化。

3.3 維修方面

（1）依據系統實驗與啟停頻繁的運行特點，進一步優化與升級維修程序。

（2）為減少銹蝕與汽蝕，在循泵葉輪與吸入管道表面刷涂環氧樹脂，以減少氧化銹蝕與汽蝕。

4 結束語

通過現場2#循泵無法盤車的故障現象，重點對故障原因進行了研究，對系統設備的影響進行分析，并從設計、運行、維修等方面進行經驗反饋，為同類型設備故障的維修提供借鑒經驗。同時，根據系統設備自身的特性，制定不同的維修策略，達到舉一反三的目的。