循环水泵维修经验

于金龙

（中国原子能科学研究院，北京 102413）

0 引言

循环水系统由3 台SPL350-430（I）循环水泵、胶球清洗装置、相连阀门及Q235-A.F 管道组成。两条Ф820×9 mm 的管道，从冷却塔输送循环水至室外阀门井后，汇成一条Ф1020×8 mm的母管。3 条Ф630×6 mm 的管道，从母管接出后分别连接到循泵入口，循环水泵（以下简称循泵）打出水经过3 条循环水支管汇入一条Ф1020×8 mm 的母管，然后供给主凝汽器、副凝汽器、空气冷器、冷油器和凝结水冷却器，最后通过Ф1020×8 mm 的回水母管进入09 子项冷却塔喷淋管，冷却后落入冷却塔底部水池，再经过水池出口滤网进入两条Ф820×9 mm 的管道。

循泵为单级双面进水立式离心循泵，是循环水系统主要设备之一。2004 年安装在03 子项，2009 年循环水系统改造后，循泵迁移到00 子项循泵泵房。在额定工况运行时，两台循泵运行，一台循泵备用。循泵停运阶段维保周期为6 个月，运行阶段维保周期为3 个月。当循泵发生故障时，将直接影响汽轮机组的真空度及热源交换，直接降低机组出力。尽管循泵在制造、安装和运行过程中采取多种方法以防止汽蚀的发生，但在实际运行中，由于种种原因会使循泵的运行条件与设计工况发生偏离，不同程度的汽蚀仍偶有发生，给电力企业造成巨大经济损失。循泵泵体及密封环锈蚀、叶轮汽蚀是循泵主要故障，长期在汽蚀下运行，易引起泵体部件寿命降低及叶轮局部损坏，汽蚀严重时会引起泵体强烈振动，导致水流中断，泵体停止工作。

1 原因分析

1.1 直接原因

循环水系统管道、叶轮与泵体材料为普通碳钢，在潮湿环境下，当系统停运时间远远大于运行时间时，材料表面发生的化学腐蚀，是叶轮与泵体锈蚀的直接原因。循泵在长期停机状态下，空气易侵入泵体，空气与泵体接触氧化，引起380GA 密封环、叶轮、泵体锈蚀，从而导致密封环锈蚀，甚至卡涩，使2#循泵盘车盘不动。循泵泵体及系统管道进入空气，是造成循泵锈蚀卡涩与叶轮汽蚀的主要原因。

1.2 间接原因

循泵运行过程中，过流部分区域，通常是叶轮叶片进口稍后处，抽送液体的绝对压力下降到小于等于当时液温下相应汽化压力时，就会因汽化而产生汽泡。汽泡主要由蒸汽组成，因水中溶解有一定量气体，所以汽泡中除了蒸汽以外，还夹带少量气体。当汽泡随水流流到高压区时，高压液体将使汽泡急剧缩小并直至凝结成水，汽泡逐渐变形而最终破裂。当汽泡破裂时，细水滴以高速填充汽泡空穴而发生互相撞击从而形成强烈的水击作用，使过流区域的材料受到腐蚀破坏。由此可知，汽蚀过程包括汽泡形成、汽泡生长、汽泡破裂，从而导致水泵叶轮及泵体发生腐蚀和汽蚀。

1.3 根本原因

1.3.1 设备原因分析

（1）循泵本身为卧式结构设计，因现场安装空间问题，将卧式循泵改为立式安装。在循泵启动前，泵体及附属管道放气阀排放不充分，而使空气进入系统，引起循泵叶轮锈蚀和汽蚀。

（2）对循泵日常技术维护，只有在解体检修的情况下才能判断内部磨损腐蚀，否则对于循泵内叶轮、密封环、泵壳等腐蚀情况无法准确判断。系统设备长期停置后，接触空气而发生氧化，进而使叶轮密封环锈蚀卡涩而造成无法盘车。

1.3.2 系统原因分析

（1）冷却水塔液位高度差降低。在反应堆满功率运行期间，09 子项冷却水塔出口至循泵入口母管滤网发生堵塞现象。当冷却水塔底部水池内水位高度降低或出口滤网堵塞时，循泵入口母管滤网水位将降低，引起循泵中心线与入口水面水位差降低，而降低有效汽蚀余量，极易引起空气进入管道与泵腔，从而加速循泵汽蚀。

（2）空气进入泵腔造成叶轮腐蚀汽蚀。空气进入泵腔的主要来源：①40～50 ℃水温进入冷却水塔底部水池时，易产生气泡，这些气泡随水池内水流运动而漩涡进入叶轮，从而形成气囊阻碍流道，或通过液体水被挤破裂，而再次形成气泡。②在冷却塔内冷却过程中，循环水夹带大量的过饱和空气。③水塔底部吸水池入口母管旋涡带入空气，在大气压作用下进入循泵叶轮的进口低压区，随水流进入高压区冲击循泵叶轮，最终导致叶轮等腐蚀汽蚀。

（3）低点排水。循泵设计为立式泵，卧式安装，系统停运后泵体及附属管道内存水无法彻底排尽。系统存水将加速泵体及附属管路腐蚀速率。长期停运期间，设备及管路内空气和金属接触而发生腐蚀现象。

1.3.3 环境原因分析

循环水出口水温应≤42 ℃，进出口温差应控制在7～8 ℃。在炎热潮湿的夏季，泵体与系统管路内残留水汽能促进Q235-A.F 管道、叶轮、泵体等零部件的氧化速率。

2 相关影响分析

2.1 化学腐蚀对循泵的影响

化学腐蚀是在金属表面与周围环境发生电化学（化学）作用，引起金属表面破坏变质的一种自然现象，易促进泵体、轴、叶轮、水环及密封环等腐蚀氧化的速率，直接减少循泵服役寿命。

2.2 叶轮汽蚀对循泵的影响

循泵叶轮汽蚀将改变泵腔内水流状态，造成水流流动阻力增加，导致循泵扬程、流量和效率等参数值降低，进而造成泵体流道的材料发生侵蚀破坏，并引起泵体振动和噪声，危及循泵的正常运行，主要表现为3 方面。

（1）振动和噪声。循泵发生汽蚀时，汽泡在高压区连续发生破裂现象，在微细射流高速冲击作用下，形成噪声，汽泡破裂时的冲击作用，引起泵组产生振动现象。

汽蚀噪声与发展的程度有关，噪声大时对材料破坏的作用将加大，可用于判断汽蚀破损的程度。汽蚀引起振动原因主要有：①汽泡破裂产生的高频振动；②叶片进口冲角较大时后方易形成脱流，将产生不稳定汽穴。如果振动频率与循泵固有频率相同或接近时，极易引起共振使循泵工况恶化，严重时破坏系统的安全运行。

（2）流道材料的破坏。在汽泡周围液体压力上升时，汽泡将受到较大压缩，使内压升高而导致汽泡破裂，最终形成微细射流。流道材料表面在微细射流的作用下，表面晶体产生疲劳现象，严重者将形成蜂窝状。同时，微细射流的冲击将形成200 ℃以上高温，使流道材料呈现电解现象，加快化学腐蚀速率。

（3）循泵性能的下降。汽蚀的初级阶段对循泵特性无明显影响，待汽蚀程度增大到流道有效形状因空间较大而堵塞时，叶轮和液体能量交换而受到干扰破坏，引起循泵扬程、流量、工作效率、循泵轴功率曲线下降，严重时将引起循泵的停运。

3 经验建议

3.1 设计方面

（1）增加循泵低点排水，设计氮气保护，以减少空气的氧化。

（2）循泵叶轮及附属管道选用耐氧化耐汽蚀更高的硬质合金，或在表面涂刷环氧树脂，以提高性能。

3.2 运行方面

（1）当循泵长期处于停运状态且冷却水塔底部水池有足够存水时，应将循泵及附属系统管路灌满水，以减少空气接触氧化，且每隔半月将循泵运转4～6 h。

（2）当循泵长期处于停运状态且冷却水塔底部水池无存水时，应打开系统最低点排放水阀，尽可能排尽存水，再用干燥氮气将系统内吹扫干净，以减少氧化。

3.3 维修方面

（1）依据系统实验与启停频繁的运行特点，进一步优化与升级维修程序。

（2）为减少锈蚀与汽蚀，在循泵叶轮与吸入管道表面刷涂环氧树脂，以减少氧化锈蚀与汽蚀。

4 结束语

通过现场2#循泵无法盘车的故障现象，重点对故障原因进行了研究，对系统设备的影响进行分析，并从设计、运行、维修等方面进行经验反馈，为同类型设备故障的维修提供借鉴经验。同时，根据系统设备自身的特性，制定不同的维修策略，达到举一反三的目的。