韓惠東，賈允,3，張宇東

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軸封型核主泵全流量試驗技術研究及試驗分析

韓惠東1,2，賈允1,2,3，張宇東1,2

（1. 黑龍江省核主泵工程技術研究中心，哈爾濱 150066；2. 哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150066；3. 哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院，哈爾濱 150001）

本論文主要針對軸封型核主泵全流量試驗進行研究，對試驗項目進行分類并總結，對每一類試驗的試驗方法進行研究，并以C3C4項目為實例，針對試驗中出現(xiàn)的問題從多種角度進行分析及總結，研究出更有利的核主泵全流量試驗技術。

全流量試驗；試驗技術；應用分析

0 引言

本文是以巴基斯坦C3/C4項目和福清/方家山核主泵項目為依托，進行的軸封型核主泵全流量試驗方法研究。通過已完成的300MW及1000MW主泵全流量試驗逐步摸索確定了試驗操作及控制方法，最終確定了一套行之有效的試驗規(guī)程。

軸封型核主泵最終的質量及性能檢驗將依靠出廠前的全流量試驗進行檢驗驗證，全流量試驗回路完全模擬了核電站的實際布置，同時，各試驗工況完全等同于主泵運行中各類實際工況，每臺泵進行不少于200小時的全模擬試驗以確認主泵各項性能指標是否達到設計要求、控制回路能否有效動作、各項連鎖保護設計是否合理、能否準確及時的動作，是考驗軸封型核主泵試驗的重要指標[1,2]。

1 主要研究內容

1.1 軸封型核主泵全流量試驗臺

由奧地利ANDTITZ公司與哈電集團動裝公司聯(lián)合設計，動裝公司投資建造的，1000MW核主泵全流量試驗臺，為國內首個主泵全流量試驗臺，總投資逾1.2億元，試驗臺滿足主泵全模擬實際運行工況試驗要求[3]。試驗臺總長25m，寬13m，高15m。設計溫度343℃，設計壓力17.23MPa，設計流量27000m3/h。由主回路、溫壓控制回路、冷卻回路、軸封水注入回路等組成，試驗采用工程用A級水，系統(tǒng)總注水量100t，用電功率10000kW。試驗臺主回路流量通過4-DN500文圖里流量計測量，阻尼采用4-DN500蝶閥實現(xiàn)。通過近百個傳感器，監(jiān)控系統(tǒng)溫度、壓力、流速、位移、振動、功率等參數(shù)，通過DCS系統(tǒng)記錄全部數(shù)據(jù)。可進行主泵流量、揚程、效率、空化等水力性能測試，亦可完成主泵額定工況、過渡工況、事故工況、200h連續(xù)運行工況等運行性能考核試驗。

1.2 軸封型核主泵全流量試驗

本節(jié)主要討論軸封型核主泵全流量試驗方法及實際試驗分析。軸封型核主泵全流量試驗內容共計12大項、41小項。包括：振動和軸位移的檢驗、推力軸承的跑合、高壓泄漏和低壓泄漏的檢查、啟動/停機試驗（包括起動曲線和停車曲線）、連續(xù)運行試驗、熱態(tài)、冷態(tài)（289.1°C，70°C）Q-H曲線和（289.1°C）NPSH的測量、注入水斷失（冷卻水供應）、密封注入水和冷卻水雙斷失、冷卻水斷失（注入水供應）、運行緊急注入水（冷卻水供應），包括主泵停車、模擬全廠斷電試驗、托座泄漏試驗[4]。

1.3 具體試驗方法

核主泵全流量試驗升溫依靠主泵的轉動，降溫依靠室外冷卻器散熱，室外散熱系統(tǒng)包括室外管路，百葉窗，四個變頻散熱風扇?；芈窚囟壬?，介質流經室外散熱，以此來維持系統(tǒng)所需試驗溫度[5]。系統(tǒng)壓力通過軸封注入水及加壓泵進行壓力補給，軸封泵及加壓泵由三個變頻柱塞泵組成，通過回路切換閥門可以自由組合分配，當需要迅速補壓時控制兩個柱塞泵加壓，當需要增加軸封注入水大于2000l/h時，切換至兩個柱塞泵供給軸封?；芈穳毫^高，調節(jié)壓力調節(jié)閥進行保壓，壓力調節(jié)閥由兩個并聯(lián)針閥組成，閥門體積一大一小進行壓力的粗略控制和精細控制。主回路流量調節(jié)通過四根管路上的調節(jié)閥進行調節(jié)[6]。核主泵全流量試驗操作圖如圖1所示。

圖1核主泵全流量試驗操作圖

1.4 冷熱態(tài)Q-H的測量和NPSH試驗

冷熱態(tài)運行試驗的目的是為了測量主泵的Q-H曲線，并驗證NPSH。試驗中，主泵的流量和揚程在不同的工況點進行測定，通過調節(jié)主回路閥控制流量至預定值，最終形成流量-揚程曲線。對于測量NPSH特性來說，減小入口側的系統(tǒng)壓力很重要。試驗有主回路水汽蝕的風險。有兩種方法可以減小入口側的系統(tǒng)壓力。第一種是保持系統(tǒng)壓力恒定，加熱系統(tǒng)。第二種是保持系統(tǒng)溫度恒定，減小入口側壓力。冷態(tài)工況下采用第一種方法，熱態(tài)工況下采用第二種方法。NPSH值與入口側系統(tǒng)壓力直接相關，入口壓力降低到預定NPSH值相關的壓力值后，增加系統(tǒng)壓力至試驗初始值[7]。NPSH計算公式如下：

NPSH=(Ps/ρg) + ( vs2/2g) – (Pv/ρg)；NPSHc≤NPSHr≤[NPSH] ≤NPSHa

通常：[NPSH]=（1.1~1.5）NPSHa

2 軸封型核主泵全流量試驗應用分析

2.1 啟停機試驗分析

由于主回路的溫度升高主要依靠主泵的轉動，停機時間越長意味著主回路的溫度降的越低，所以要按照試驗規(guī)程要求盡快啟機，在此過程中要盡量減小加壓回路的補壓流量，依靠雙重的壓力調節(jié)閥門調節(jié)，盡量減小冷水往主回路的補充[8,9]。

啟機前要檢查啟機連鎖條件，一一滿足方可啟機，在打開低壓泄漏和高壓泄漏閥門時，系統(tǒng)的壓力會隨之減小，所以在打開低壓泄漏和高壓泄漏閥門之前要提前準備好加壓回路，隨時準備補壓，保證壓力大于最小啟機壓力[9]。

啟機前壓力補充泵要被切換為兩臺柱塞泵同時工作，每小時最大補充量為4噸，啟機后由于葉輪的攪動，室外冷卻器內溫度低的水會與室內回路里溫度高的水混合，導致溫度下降并伴隨著壓力驟降，此時啟動壓力補償泵是必要的。

2.2 運行試驗分析

本試驗的基礎是保持系統(tǒng)在額定狀態(tài)下穩(wěn)定運行，并記錄各個測點值，額定狀態(tài)主要是指額定溫度和額定壓力，系統(tǒng)的壓力隨著系統(tǒng)溫度變化而變化，溫度下降壓力下降，溫度上升壓力上升，全流量試驗過程中系統(tǒng)溫度會出現(xiàn)驟降但不會驟升，所以系統(tǒng)壓力也會出現(xiàn)驟降的情況，當系統(tǒng)壓力低于此溫度下的汽化壓力值時就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，危險狀況也會隨之發(fā)生。

溫度的上升依靠主泵的動能轉變成回路水的熱能，溫度降低可以通過以下四種方式進行調節(jié)：（1）室外冷卻器進行冷卻，調節(jié)室外回水的串聯(lián)的閥門，以調節(jié)室外循環(huán)回水量。（2）開啟室外百葉窗及散熱風扇，降低室溫冷卻器回水溫度。（3）通過加壓柱塞泵與壓力控制調節(jié)閥門在保持恒壓的情況下適當增大冷水的進入量。（4）增大泵出口流量，減小揚程，降低主泵電機功率，此方法可以減緩升溫速率，不適合參數(shù)額定的工況[10]。

2.3 冷卻水斷失試驗分析

冷卻水斷失試驗的主要目的是考察在熱態(tài)工況下，同時斷失密封注入水，高壓冷卻器冷卻水和密封室冷卻器冷卻水，驗證主泵是否可以正常運行[11]。

在此試驗過程中，當切斷軸封注入水后，軸封部分沒有冷卻，回路介質的高溫熱量隨著葉輪傳遞到下泵軸，由于金屬的熱脹冷縮性能，泵軸在受熱后會發(fā)生形變，微小的變形量會在主泵啟動后引起較大的振動，所以啟機前必須進行軸封水的冷卻，確保密封間前溫度低于100℃以下，并且高壓泄漏溫度也要低于60℃。如果啟機后振動明顯變大與停機前振動不一致，應及時停機，繼續(xù)用軸封注入水冷卻后再做啟機嘗試。[12]

3 結論

2013年第一臺福清核主泵全流量試驗的圓滿成功，標志著我國軸封式核主泵全流量試驗的技術轉化成功，在試驗過程中解決了多項技術難點，積累了大量的試驗研究經驗，為實現(xiàn)我國軸封式核主泵國產化打下了堅實的基礎。

2015年C3項目全流量試驗圓滿成功，一舉打破了國外軸封式核主泵的技術壟斷，實現(xiàn)了軸封式核主泵的國產化。[13,14]不但在推動學科及各相關產業(yè)發(fā)展上有較大貢獻，更是在我國核主泵領域填補了多項空白，積累了大量寶貴的經驗及科學研究資料[15]。

通過福方項目和C3C4項目的軸封型核主泵全流量試驗研究工作，為修改和完善試驗大綱及試驗規(guī)程提供了依據(jù)，為試驗臺的應用及今后的改造工作提供依據(jù)。

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Technology Research and Test Analyses of Shaft Sealing Reactor Coolant Pump Full Load Test

HAN Huidong1,2, JIA Yun1,2,3, ZHANG Yudong1,2

(1. Engineering Research Center of RCP Heilongjiang Province, Harbin 150066, China；2.Harbin Electric Power Equipment Company Limited, Harbin 150066, China;3. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology,Harbin 150001, China)

This article research for the full-load test of shaft seal RCP, classify and conclude test item, research test technique for every test. Base on project of C3C4, conclude and analyze various problem of that test, research better technology of test for RCP full-load test.

full-load test; test technology; application and analysis

TM306

A

1000-3983(2017)02-0021-03

2016-10-21

韓惠東（1987-）2010年畢業(yè)于哈爾濱理工大學軟件工程專業(yè)，目前在讀哈爾濱工業(yè)大學電氣工程系工程碩士，主要從事核主泵試驗工作。

審稿人：趙越