核电厂主泵泄漏油泵逻辑优化及干预研究

核电厂主泵泄漏油泵逻辑优化及干预研究

张晓峰   赵洋城

福建福清核电有限公司

摘要：主泵是核电机组核心关键设备之一，其运行的可靠性对核电厂安全运行至关重要。Andritz主泵的泄漏油泵是其重要的辅助支持系统，起着对主泵各轴承润滑和冷却的作用，其可靠运行对于主泵运行不可或缺。本文通过对某核电M310机组Andritz主泵的泄漏油泵运行情况进行研究，提出逻辑优化建议，对于后续核电机组同类设备具有一定参考意义！

关键词：主泵、泄漏油泵、Andritz、逻辑优化

一、引言

核电厂反应堆冷却剂泵又称主泵，它是反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转的设备，用于驱动高温高压、具有放射性的冷却剂，使冷却剂以很大流量通过反应堆堆芯，把堆芯中产生的热量传送给蒸汽发生器。某核电M310机组采用Andritz设计的立式主泵，其辅助系统油回路主要为电机和泵的轴承提供润滑。泄漏油泵作为油回路的一部分，经常在夏季高温时出现主泵下部集油槽油位计无法达到停泵定值，导致泄漏油泵无法停运的问题，如不能及时发现异常，可能导致泄漏油泵长期运行而故障；而在冬季时，有的油泵在液位定值未到达停泵定值前停运，导致泄漏油泵启停频繁，长此以往也将导致泵损坏。因此，研究和解决泄漏油泵问题对于主泵运行的可靠性十分有必要。

二、泄漏油泵及其逻辑

Andritz设计的立式主泵采用内置供油系统，由润滑油回路和顶轴油回路组成。供油系统由储油室，包括轴承箱集油槽、上部集油槽和下部集油槽组成，润滑油系统抽油装置由1台顶轴油泵、2台泄漏油泵和4台油冷却器组成。顶轴油泵用于主泵启动和停机时供油以顶起轴瓦，其经过顶轴油吸入管路分别从轴承体外的油室和漏油集油槽中抽油给轴瓦（主推力瓦）。正常运转期间，通过安装在轴上的抽油装置加压，润滑油经过轴承体上的油管和轴承盖上的孔供给轴向轴承上的主推力和反向推力轴承或径向轴承的润滑点上，接着润滑油通过轴承体上的孔，并经过管路导向4个集成油冷却器，冷却后的润滑油再通过轴承体上的孔流回到抽油装置，通过以上的油路保证润滑油在泵内的循环。集油槽收集机械密封的漏油及通过溢流管路从轴承体周围的油室中排出的油，它可以装盛除溢流盘外的油室中的整个油量。溢流盘内的油量流不到集油槽中。通过油位测量装置控制泄漏油泵的运行，使集油槽和轴承体外油室的油位控制在容许范围内。

每台主泵装配有两台泄漏油泵，这两台泵设置成互为备用泵且备用状态可以切换，主控室可设置优先启动的泵。反应堆冷却剂泵上部油槽和下部油槽油位正常时，泄漏油泵才允许在自动模式下启动，泄漏油泵受油槽油位的自动控制：①当下部油槽油位超过高油位设定值（38%）时，自动启动选择的泄漏油泵；②当下部油槽油位低于低油位设定值（20%）时，停止选择的泄漏油泵；③当一台泄漏油泵自动启动并运行300秒钟后，如果第①条件仍未消失，则联锁启动另外一台泄漏油泵，同时发一个二级报警信号；当第二台泄漏油泵启动并运行300秒钟后，如果第①条件仍未消失，则停止两台泄漏油泵，同时触发报警。④当泄漏油泵启动10s后泄漏油泵油流量低低信号存在，停运泄漏油泵，并且不再切换启动另一台泄漏油泵。

三、泄漏油泵逻辑优化及干预方案

（一）针对泄漏油泵未达到停运定值提前停运问题

某核电某主泵曾出现泄漏油泵在下部集油槽油位达到35%自动启动，但在32%油位时停运，与逻辑20%油位相差甚远，而同一时期其他主泵泄漏油泵并无此问题。该泄漏油泵停运的逻辑为泄漏油泵运行一段时间后，泵出口流量低低产生，导致停泵逻辑④触发，泵停运后，下部泄漏油箱油位由32%逐步下降并最终稳定在26%。在两台泄漏油泵切换后，其运行现象与之前一致，说明该问题并非泵本身逻辑问题。其后发现每台主泵实际设计有两个相互独立的泄漏油箱，泄漏油箱1与泄漏油箱2之间通过一根连通管连接，泄漏油泵吸入口设置在泄漏油箱1，而油位计设置在泄漏油箱2。温度低时，油粘度大，两个油箱内的油仅靠油位差流动速度慢。这就导致了泄漏油泵启动后将泄漏油箱1抽至较低液位，泵出口流量低低导致泵自动停运，而此时泄漏油箱2的油位还来不及与泄漏油箱1的油位达到平衡仍保持在较高值。泵停运后泄漏油箱2内的油逐渐流至泄漏油箱1，油位缓慢下降至26%并保持稳定。其后调查发现该泵安装调试较早，联通管采用直径是19mm，而其他泵联通管直径变更为32mm，使得其他主泵泄漏油泵不存在该问题。

如果该现象未及时发现，泄漏油泵启动次数和频率将大幅增加，影响泵的使用寿命。因此，提出技改对该泵下部泄漏油箱1与2之间连通管直径进行变更；同时对泄漏油泵运行时间进行综合统计，对于低于一定时间的增加报警，以便及时发现问题。

（二）针对泄漏油泵无法达到定值停运问题

某核电厂多台主泵曾出现在夏季温度较高时，下部集油槽油位始终无法达到20%的停运定值，导致泄漏油泵长时间处于运行状态。究其根源为初始补油过量，原因是冬季温度较低，油体积收缩，当油箱补至正常油位时，满足主泵冬季运行的需要，但是到达夏季工况，温度骤升，油体积膨胀，导致油体积过多。当下部集油槽油位达到35%，泄漏油泵自动启动将油送往上部集油槽，而此时上部集油槽油位也较高，导致油向下流经轴承的动力充足，另外，油温高使得油的粘性低，再次加速油向下流动的速率，两者共同作用，便在下部集油槽-泄漏油泵-上部集油槽-轴承箱-下部集油槽之间建立了动态平衡，使得下部集油槽油位始终无法低于20%，泄漏油泵则持续保持运行。

如果该现象未及时发现，泄漏油泵将持续保持运行，影响泵的使用寿命。因此，在对主泵油箱加油时，必须考虑冬季和夏季工况，做好平衡油量计算；同时，针对泄漏油泵长期未停运，可以考虑增加运行时长停泵逻辑以及报警，以便及时发现问题；在问题发现后，也可以采取修改停泵油位定值实现泄漏油泵的停运。

四、结论

主泵是核电厂最为重要设备之一，其可靠性对核电厂安全至关重要，而泄漏油泵的可靠性关乎主泵安全运行，也应给与足够的重视。因此，对于Andritz主泵泄漏油泵及其相关的设备，一方面从逻辑上增加发现问题的报警，以便及时干预；另一方面，要从设计角度提升设备运行可靠性。

五、参考文献

［01］蔡龙，张丽平．浅谈压水堆核电站主泵［J］．水泵技术，2007( 4) : 1-9．

［02］冯晓东，蔡龙，吴大转，杨立峰，吕向平．300MW轴封型核主泵循环油泵的数值模拟与试验研究．排灌机械工程学报，2015(05) : 33．

作者简介：

张晓峰，福建福清核电有限公司，高级工程师，长期从事核电厂运行工作；

赵洋城，福建福清核电有限公司，工程师，长期从事核电厂运行工作。