CANDU6重水堆核電廠壓縮機(jī)深度檢修研究

吳文同 吳東華 沈杰 王勤偉 朱登磊 王鵬志

(中核核電運(yùn)行管理有限公司 浙江 嘉興 314300)

秦山核電三期是中國(guó)唯一一座商用重水堆核電站，國(guó)家“九五”重點(diǎn)工程，中加兩國(guó)最大經(jīng)濟(jì)合作項(xiàng)目，采用加拿大坎杜6 重水堆核電技術(shù)，裝機(jī)容量2×72.8 MW/h，兩臺(tái)機(jī)組分別于2002年12月31日和2003年7月24日投入商業(yè)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“核電工程管理與國(guó)際接軌”，被譽(yù)為“中加合作的成功典范”。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)壓縮機(jī)介紹

重水堆核電廠2臺(tái)機(jī)組生產(chǎn)系統(tǒng)主要有46臺(tái)壓縮機(jī)設(shè)備，涉及專設(shè)安全系統(tǒng)等重要系統(tǒng)，部分設(shè)備在故障或者影響系統(tǒng)功能的情況下，進(jìn)入技術(shù)規(guī)格書(shū)限制，若無(wú)法在要求時(shí)間內(nèi)投運(yùn)，將造成機(jī)組降功率停堆、影響機(jī)組投運(yùn)、影響WANO性能指標(biāo)等影響。

1.1 壓縮機(jī)種類、產(chǎn)地

秦山三期壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)建造時(shí)，安裝了國(guó)外品牌壓縮機(jī)，按壓縮機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)分為以下5 類。（1）往復(fù)活塞式：高壓安注系統(tǒng)空壓機(jī)、備用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)空壓機(jī)、氣體絕緣全封閉開(kāi)關(guān)站空壓機(jī)。（2）雙螺桿式：儀表/廠用/呼吸壓空系統(tǒng)空壓機(jī)[1]。（3）離心式：冷凍機(jī)壓縮機(jī)、環(huán)隙氣體壓縮機(jī)（帶波紋管）、廢氣處理系統(tǒng)氣體壓縮機(jī)（全封閉）[2]。（4）單螺桿式：事故后壓空系統(tǒng)空壓機(jī)[3]。（5）水環(huán)式：慢化劑覆蓋氣體壓縮機(jī)、液體區(qū)域控制壓縮機(jī)[4]。

1.2 壓縮機(jī)檢修難點(diǎn)

壓縮機(jī)種類多，包含多個(gè)國(guó)家的品牌和型號(hào)、類型。原始資料為部件總裝示意圖、零部件代碼和一些普通的說(shuō)明性資料，且生產(chǎn)廠家多在國(guó)外，缺少完善的溝通、技術(shù)支持和售后渠道。部分設(shè)備甚至存在生產(chǎn)資源的壟斷和技術(shù)上的封鎖，同時(shí)還面臨備件與現(xiàn)場(chǎng)不匹配、備件形式改變，甚至備件異常的問(wèn)題。

2 壓縮機(jī)檢修能力的建立

2.1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、維修的培訓(xùn)

通過(guò)通用技能、系統(tǒng)知識(shí)、專項(xiàng)技能、通用類型空壓機(jī)培訓(xùn)和講解，讓人員初步了解、熟悉空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理以及檢修流程。

2.2 自主化檢修團(tuán)隊(duì)、能力的建立

壓縮機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、專業(yè)化程度較高、須具備一定的專業(yè)檢修技能水平才能從事解體檢修、故障判斷、缺陷處理等較復(fù)雜工作。故從人員技能培養(yǎng)角度，按以下方案進(jìn)行人才培養(yǎng)、檢修能力建設(shè)規(guī)劃：配合維修、檢查→簡(jiǎn)單維修、檢查→較復(fù)雜維修、檢查→復(fù)雜維修和缺陷分析處理。通過(guò)檢修計(jì)劃，使工作負(fù)責(zé)人具備由淺入深整個(gè)流程工作的檢修經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)將已具備檢修能力、經(jīng)驗(yàn)部分和不具備檢修經(jīng)驗(yàn)的作為不同的模塊。對(duì)不具備檢修經(jīng)驗(yàn)?zāi)K的進(jìn)行攻堅(jiān)克難，提前準(zhǔn)備、補(bǔ)充、完善，不同模塊結(jié)合以完成更加復(fù)雜或者是新的檢修項(xiàng)目。

2.3 維修文件和標(biāo)準(zhǔn)的制定

通過(guò)維修，逐步對(duì)檢修流程進(jìn)行固化和完善。特別是大修后，維修文件的建立可以說(shuō)是對(duì)維修過(guò)程和維修經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也是解體工作順利完成后的一個(gè)重要成果[5]。維修文件主要包括兩個(gè)部分，即壓縮機(jī)的維修規(guī)程和質(zhì)量控制文件。其中，對(duì)缺少檢修標(biāo)準(zhǔn)和要求的部分參照國(guó)家、行業(yè)、通用標(biāo)準(zhǔn)或檢修經(jīng)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)設(shè)置冗余等方式進(jìn)行完善、補(bǔ)充。

2.4 缺陷分析和處理能力的建立

通過(guò)檢修經(jīng)驗(yàn)的積累、設(shè)備結(jié)構(gòu)的理解，以及系統(tǒng)知識(shí)的掌握，對(duì)較復(fù)雜的壓縮機(jī)故障，編制故障原因?qū)φ毡怼⑷毕菥S修規(guī)程，便于更精準(zhǔn)、快速地定位、處理缺陷；對(duì)于有詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄或者有曲線、圖表記錄的手段設(shè)備，保留其正常運(yùn)行和故障時(shí)的曲線、圖表或數(shù)據(jù)記錄等。作為模板對(duì)比，便于更精準(zhǔn)、快速地定位、處理缺陷和對(duì)其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分析和判斷；對(duì)缺少數(shù)據(jù)、曲線、圖表等手段記錄的壓縮機(jī)設(shè)備，制定合適、詳細(xì)的記錄手段和措施。

3 檢查參數(shù)的設(shè)置和探討案例

3.1 冷凍機(jī)壓縮機(jī)檢查、檢修標(biāo)準(zhǔn)的完善

重水堆核電廠根據(jù)《設(shè)備分級(jí)導(dǎo)則》，部分設(shè)備在一定情況下存在檢查參數(shù)與電廠系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況不匹配、無(wú)法反映出設(shè)備的運(yùn)行趨勢(shì)變化、檢查參數(shù)數(shù)值無(wú)法在設(shè)備故障前進(jìn)行干預(yù)判斷等問(wèn)題。重水堆機(jī)組共安裝6 臺(tái)冷凍機(jī)，機(jī)組因冷凍機(jī)故障不可用而進(jìn)入技術(shù)規(guī)格書(shū)限制，若在30 d內(nèi)無(wú)法投運(yùn)，機(jī)組將降功率停堆。由于檢修損耗、自然損失、泄漏等情況均可能造成氟利昂損失或其他異常，從而影響冷凍機(jī)換熱效率，甚至引起設(shè)備停運(yùn)、損壞。由于冷凍機(jī)運(yùn)行期間，氟利昂無(wú)法稱重，只能通過(guò)冷凍機(jī)運(yùn)行參數(shù)對(duì)制冷劑重量和狀態(tài)進(jìn)行判斷。其中，蒸發(fā)器飽和壓力能較為直觀反映其氟利昂充注和設(shè)備運(yùn)行狀況。

現(xiàn)有手冊(cè)規(guī)定蒸發(fā)器飽和壓力設(shè)置為175～300 kPa、預(yù)設(shè)報(bào)警值為182 kPa。但其中蒸發(fā)器飽和壓力跳機(jī)值設(shè)定為172.4 kPa，其壓力跳機(jī)值與下限值僅有2.6 kPa的差值，和預(yù)設(shè)報(bào)警值僅僅10 kPa 的差值。根據(jù)氟利昂添加經(jīng)驗(yàn)，172.4～182 kPa 之間的壓力差值，氟利昂質(zhì)量差值約在13.6 kg之內(nèi)。如發(fā)生持續(xù)泄漏，會(huì)在較短時(shí)間造成停機(jī)。根據(jù)氟利昂壓力與飽和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線（見(jiàn)圖1），蒸發(fā)器飽和壓力上限值300 kPa 對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器飽和溫度為9.03 ℃，無(wú)法為控制溫度為6 ℃的冷凍水提供冷卻換熱。

圖1 蒸發(fā)器壓力與蒸發(fā)器飽和溫度曲線

蒸發(fā)器壓力檢查標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于冷凍機(jī)蒸發(fā)器壓力檢查存在以下弊端：下限值過(guò)于接近跳機(jī)值，容易造成泄漏情況下設(shè)備跳機(jī)；范圍值過(guò)于廣域，無(wú)法判斷內(nèi)部氟利昂充注和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否優(yōu)良；上限值過(guò)大，實(shí)際運(yùn)行工況下無(wú)法達(dá)到，可能造成氟利昂充注過(guò)量。

設(shè)定蒸發(fā)器壓力檢查標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于達(dá)到提前對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)進(jìn)行故障前提前干預(yù)、保持良好的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和氟利昂的充注質(zhì)量的控制具有重要意義。根據(jù)蒸發(fā)器的特性曲線方程：蒸發(fā)器壓力分別在230 kPa、245 kPa、255 kPa下，對(duì)應(yīng)制冷劑飽和溫度分別為3.46℃、4.72℃、5.54 ℃。最終確定要在運(yùn)行狀態(tài)下蒸發(fā)器壓力小于230 kPa 情況下進(jìn)行干預(yù)，目前標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)錄入ESMOS巡檢系統(tǒng)；在干預(yù)后，氟利昂充注標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為245～255 kPa，此標(biāo)準(zhǔn)已寫(xiě)入氟利昂添加規(guī)程。

在確定干預(yù)與氟利昂充注標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)制冷劑運(yùn)行狀態(tài)是否異常、管系是否存在泄漏、制冷劑系統(tǒng)中是否進(jìn)水等異常有了提前干預(yù)的標(biāo)準(zhǔn)。在日常檢查期間，指導(dǎo)冷凍機(jī)回油管線共性老化泄漏、視窗密封件老化、機(jī)封泄漏量增加等缺陷。

3.2 GIS開(kāi)關(guān)站空壓機(jī)潤(rùn)滑油頻繁補(bǔ)油原因分析處理

GIS開(kāi)關(guān)站空壓機(jī)多次在正常維護(hù)保養(yǎng)加油周期（3個(gè)月）內(nèi)出現(xiàn)油位下降至下限位置。主接線系統(tǒng)在機(jī)組正常運(yùn)行期間，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送至華東電網(wǎng)，并為機(jī)組提供廠用電；在機(jī)組停運(yùn)期間，為機(jī)組提供廠外電源。

3.2.1 數(shù)據(jù)對(duì)象的范圍確定

GIS 開(kāi)關(guān)站空壓機(jī)為開(kāi)關(guān)提供分合閘的動(dòng)力氣源，將數(shù)據(jù)對(duì)象的范圍控制在空壓機(jī)本體與后端壓空管線。

3.2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

如圖2 所示，檢查運(yùn)行壓力、疏水情況，檢查儲(chǔ)氣罐中含油量情況；后端壓空管線泄漏情況；記錄加油間隔時(shí)間內(nèi)。對(duì)比同一時(shí)間內(nèi)1#、2#機(jī)組空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)見(jiàn)圖3，1#、2#機(jī)組空壓機(jī)單次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)分別為13 min和21 min。

圖2 運(yùn)行時(shí)間

圖3 1#、2#機(jī)組運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)對(duì)比

3.2.3 數(shù)據(jù)分析、處理

（1）檢查空壓機(jī)運(yùn)行壓力、疏水正常，本體無(wú)異常泄漏，儲(chǔ)氣罐無(wú)異常含油量。（2）空壓機(jī)后端壓空管線泄漏：高壓儲(chǔ)氣罐及附屬管線、高壓儲(chǔ)氣罐至繼保控制屏管線、低壓儲(chǔ)氣罐泄漏點(diǎn)；剩余可能出現(xiàn)泄漏的部位在斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、繼保控制屏、低壓儲(chǔ)氣罐，只能在設(shè)備停役期間實(shí)施。（3）記錄非正常加油間隔時(shí)間內(nèi)，3次加油期間空壓機(jī)運(yùn)行的時(shí)間分別是70 h 與75.5 h。添加量約為0.4 L。（4）空壓機(jī)正常耗油標(biāo)準(zhǔn)：開(kāi)關(guān)站空壓機(jī)維保手冊(cè)中空壓機(jī)潤(rùn)滑油總量為1.3 L，單次加油為0.4 L，耗油量約為5～6.6 mL/h，單次加油可運(yùn)行50～80 h。（5）對(duì)比同一時(shí)間段內(nèi)2#機(jī)組空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)明顯長(zhǎng)于1#機(jī)組。（6）對(duì)比空壓機(jī)單次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，2#機(jī)組空壓機(jī)打壓明顯長(zhǎng)于1#機(jī)組。

綜上所述，3 次加油期間運(yùn)行的時(shí)間符合維保手冊(cè)要求。同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行單次打壓2#明顯長(zhǎng)于1#機(jī)組，但運(yùn)行時(shí)壓力等參數(shù)正常，故分析系統(tǒng)存在泄漏[6]。分析漏點(diǎn)可能出現(xiàn)在以下設(shè)備：斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、繼保控制屏、低壓儲(chǔ)氣罐。設(shè)備停役期間對(duì)斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、繼保控制屏、低壓儲(chǔ)氣罐進(jìn)行泄漏檢查。發(fā)現(xiàn)重合閘條件壓力開(kāi)關(guān)底部閥門(mén)存在泄漏，處理后空壓機(jī)運(yùn)行正常。

3.2.4 維修后數(shù)據(jù)復(fù)核

缺陷處理后空壓機(jī)啟動(dòng)頻率及單次打壓時(shí)間減少，正常維護(hù)保養(yǎng)加油周期（3 個(gè)月）內(nèi)未出現(xiàn)額外補(bǔ)油情況，維保周期內(nèi)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間平均＜30 h。

3.2.5 后續(xù)行動(dòng)

優(yōu)化巡檢記錄，將潤(rùn)滑油油位標(biāo)準(zhǔn)從“下限以上”修改為“0～1/4”等7 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，增加潤(rùn)滑油油位低于視窗1/2時(shí)反饋的要求，以保證設(shè)備及系統(tǒng)異常情況下進(jìn)行提前干預(yù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)介紹，明確檢修難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)人員培訓(xùn)、檢修團(tuán)隊(duì)建立、維修文件制定及消缺能力的提升為基礎(chǔ)，以設(shè)備檢查、檢修標(biāo)準(zhǔn)的完善為出發(fā)點(diǎn)，充分描述了采用設(shè)置設(shè)備檢查參數(shù)范圍、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)檢查記錄、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)干預(yù)數(shù)值等措施，以達(dá)到提前對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)進(jìn)行故障前提前干預(yù)、快速查找處理缺陷。