主泵首次启动风险分析与应对措施

陈鹏+王志华+赵洋

摘 要 通过与参考电站进行对比并根据主泵以往的调试与运行经验，本文对主泵在首次启动阶段的风险进行了分析，并针对相应的风险总结出与之对应的应对措施，为后续其它机组主泵首次启动工作的风险防范与处理提供了一定的参考。

关键词 主泵；首次启动；风险分析；应对措施

中图分类号TK2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）161-0170-01

在压水堆（PWR）核电站中，反应堆冷却剂必须以一定的流量通过堆芯，将堆芯的热量带出并送至蒸汽发生器。主泵作为反应堆冷却剂系统中唯一高速运转的设备，对于保证反应堆冷却剂的流动起着至关重要的作用，主泵的安全稳定运行直接关系到反应堆堆芯的安全，主泵的正常运转也是整个核电站安全、稳定、高效运行的基础。

1主泵功能与设计特点

1.1主泵结构简介

主泵又称为反应堆冷却剂泵，属于立式、单级轴流泵。压水堆（PWR）核电站一回路的3个环路中每个环路有一台主泵，它的主要作用是驱动反应堆冷却剂在整个反应堆冷却剂系统中流动，通过反应堆冷却剂来带出堆芯热量并通过蒸汽发生器（SG）将热量传递给二回路。主泵从其结构上来说可以分为以下几个部分：

1）水力机械部分。反应堆冷却机泵的水力机械部分包括吸入口接管、排出口接管、泵壳、密封壳、泵盖、叶轮、导叶、泵轴、下导轴承等部件；2）轴密封部分。反应堆冷却剂泵的轴密封由三级机械密封和一个停车密封组成，主泵运转过程中泵轴承的密封由三级机械密封保证，这三级机械密封的每一级都可互换且都按照100%承压能力设计，如果出现两级密封损坏时，剩余的最后一级密封也可以保证主泵轴承的密封。当主泵停运后，主泵低压泄漏隔离，此时需将停车密封投用防止反应堆冷却剂从泵轴处流出；3）电动机部分。反应堆冷却机泵电机为三相鼠笼式异步电动机，顶部设置有止逆机构，下部设置有失电后可维持一回路冷却剂流动的堕转飞轮。4）辅助系统部分。反应堆冷却剂泵辅助系统包括一套内置于轴承箱上的供油系统、轴封水注入系统、应急注入系统与设备冷却水系统等。

1.2与参考电站的区别

本电站主泵采用奥地利ANDRITZ公司生产的主泵，电机由HPC供货，主泵的组装在现场进行，参考电站采用100D型主泵技术方案，电机由AREVA供货。与参考电站相比，本电站主泵主要在泵组结构、轴密封方式、轴封水流量分配、主泵所需设备冷却水的流量以及主泵所产生的热负荷等方面有较大差别，另外本电站主泵中引入了高压冷却器，取消了参考电站主泵所采用的热屏结构。上述结构以及参数的变化使得主泵首次启动前准备以及启动过程中的风险控制都产生了较大的变化。

2 主泵首次启动风险分析与应对措施

核电站冷态功能试验（水压试验）期间将执行主泵的首次带载试车，虽然此前已经完成主泵电机的单体试车，但是由于主泵带载后，整个主泵的工作状态发生了很大的变化，特别是推力盘主、副瓦受力情况以及主泵的振动参数都与电机单体试车有着显著的不同，因此必须对主泵首次带载试车的风险进行分析并针对相应的风险制定对应的防范措施，最大限度的保证主泵的安全。

2.1启动前工作准备

主泵作为一个核电站的“心脏”设备，其首次启动工作不仅仅涉及到机电仪等专业，还会与消防保卫以及生产厂家等单位挂钩，因此在真正启动主泵前必须根据主泵首次启动典型操作票对主泵的启动条件进行梳理，总结下来有以下几个重要方面：

1）主泵轴封注入流量检查。主泵启动前检查轴封注入流量≥1.92m入流量。2）主泵高压泄漏流量检查。在2.8MPa.g压力平台下，检查主泵轴封高压泄漏流量为280 l/h±20%；在15.4MPa.g压力平台下，检查主泵轴封高压泄漏流量为800 l/h±20%。3）轴封注入压力检查。检查轴封注入压力>2.8MPa.g。4）停车密封检查。主泵启动前检查停车密封已退出。5）主泵冷却水流量检查。检查主泵空气冷却器以及油冷却器设备冷却水流量低报警未触发，检查主泵高压冷却器设备冷却水流量>28m8冷却。6）顶轴油泵启动后顶轴油压检查。在2.8MPa.g压力平台下，顶轴油泵启动后出口油压>0.8MPa.g；在15.4MPa.g压力平台下，顶轴油泵启动后出口油压>8.0MPa.g。7）电气保护参数检查。根据主泵电机保护定值清单对主泵电源中压柜电动机保护继电器参数进行检查，确保保护参数满足上游文件要求。8）主泵以及其附属泵的绝缘检查。根据要求对主泵以及其附属泵进行绝缘检查，要求主泵绝缘≥100MΩ，顶轴油泵与泄漏油泵绝缘≥0.5MΩ。9）主泵房间与主控通讯畅通，照明充足，应急救援人员就位。10）主泵房间已经建立警戒隔离区，警戒区内灭火装置配置到位，无关人员清场。

2.2 启动运行阶段风险与防范

主泵满足启动条件后即可进行启动工作，但是作为主泵调试过程中风险最高的阶段，主泵的启动必须进行实时且有效的监测，当参数异常需停运主泵时必须立即停运以免损坏设备。

从主泵的设计角度来说，主泵本体在逻辑上共设计了16条停泵信号，他们分别从主泵的轴封、轴瓦温度、轴承温度、转速以及高低压泄漏流量等方面对主泵的运行参数进行监测，这部分属于设计固化内容，本文不再赘述。除了以上条件外，针对主泵轴承温升速率过快、振动增加速率过快时需采取手动停泵保护措施，因此在运行参数达到跳泵限值前，需将温升速率、振动增加速率等参数纳入手动停泵判断标准，提前停泵保护设备，这些建议停泵标准总结起来有以下几点：

1）主泵启动8s后转速小于200rpm，如果卡转子保护未动作需立即手动停泵。2）主泵启动后转速监测数值无变化或者数值超过1 500rpm时重点关注，当转速超过1 600rpm时应手动停泵检查。3）主泵启动5min内轴瓦温升超过5泵启动五分时重点关注，当5min内有任一轴承温度超过75℃时，应手动停泵检查。4）主泵启动运行期间，如果主推力瓦轴承温度达到80启，且温升速率大于5℃/min或达到92℃时，应手动停泵检查。5）主泵启动运行期间，如果副推力瓦温度达到88启，应手动停泵检查。6）电机机架振动达到35μm时重点关注，当机架振动以一定速率增长到75点关时应手动停泵检查。7）泵轴位移大于250移大且增长速率大于25μm/h时重点关注，当泵轴位移达到380μm时应手动停泵检查。

2.3 停运阶段风险与防范

相对于启动阶段，主泵停运阶段风险种类有所减少，但是依然存在轴瓦异常磨损甚至轴瓦烧毁的风险，因此在主泵正常停运时必须提前启动顶轴油泵并保证顶轴油压在整个停运过程中保持正常。当主泵完全停运后需立即分析各轴承温度变化趋势并比对主泵堕转时间，从数据上判断主泵停运过程是否出现异常磨损，提前为下次启泵做好准备。

3 结论

主泵作为核电站最重要的设备之一，主泵的稳定运行直接关系到核电站的安全。本文从主泵首次启动的准备阶段、启动运行阶段以及停运阶段3个方面分析了主泵在各阶段面临的风险，并根据各个风险给出对应的防范措施，为后续其它机组的主泵首次启动工作提供了一定的参考。

参考文献

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[2]楚兆阳.反应堆冷却剂泵电机使用维护手册，2013.

[3]赵禹.反应堆冷却剂系统手册：第2-5章，2012.

[4]车皓.费云艳.王永强.国内某核电站主泵的控制联锁逻辑[J].建筑电气，2013，32（6）：52-56.