轴封型核主泵全流量试验技术研究及试验分析

韩惠东，贾允,3，张宇东



轴封型核主泵全流量试验技术研究及试验分析

韩惠东1,2，贾允1,2,3，张宇东1,2

（1. 黑龙江省核主泵工程技术研究中心，哈尔滨 150066；2. 哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨 150066；3. 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨 150001）

本论文主要针对轴封型核主泵全流量试验进行研究，对试验项目进行分类并总结，对每一类试验的试验方法进行研究，并以C3C4项目为实例，针对试验中出现的问题从多种角度进行分析及总结，研究出更有利的核主泵全流量试验技术。

全流量试验；试验技术；应用分析

0 引言

本文是以巴基斯坦C3/C4项目和福清/方家山核主泵项目为依托，进行的轴封型核主泵全流量试验方法研究。通过已完成的300MW及1000MW主泵全流量试验逐步摸索确定了试验操作及控制方法，最终确定了一套行之有效的试验规程。

轴封型核主泵最终的质量及性能检验将依靠出厂前的全流量试验进行检验验证，全流量试验回路完全模拟了核电站的实际布置，同时，各试验工况完全等同于主泵运行中各类实际工况，每台泵进行不少于200小时的全模拟试验以确认主泵各项性能指标是否达到设计要求、控制回路能否有效动作、各项连锁保护设计是否合理、能否准确及时的动作，是考验轴封型核主泵试验的重要指标[1,2]。

1 主要研究内容

1.1 轴封型核主泵全流量试验台

由奥地利ANDTITZ公司与哈电集团动装公司联合设计，动装公司投资建造的，1000MW核主泵全流量试验台，为国内首个主泵全流量试验台，总投资逾1.2亿元，试验台满足主泵全模拟实际运行工况试验要求[3]。试验台总长25m，宽13m，高15m。设计温度343℃，设计压力17.23MPa，设计流量27000m3/h。由主回路、温压控制回路、冷却回路、轴封水注入回路等组成，试验采用工程用A级水，系统总注水量100t，用电功率10000kW。试验台主回路流量通过4-DN500文图里流量计测量，阻尼采用4-DN500蝶阀实现。通过近百个传感器，监控系统温度、压力、流速、位移、振动、功率等参数，通过DCS系统记录全部数据。可进行主泵流量、扬程、效率、空化等水力性能测试，亦可完成主泵额定工况、过渡工况、事故工况、200h连续运行工况等运行性能考核试验。

1.2 轴封型核主泵全流量试验

本节主要讨论轴封型核主泵全流量试验方法及实际试验分析。轴封型核主泵全流量试验内容共计12大项、41小项。包括：振动和轴位移的检验、推力轴承的跑合、高压泄漏和低压泄漏的检查、启动/停机试验（包括起动曲线和停车曲线）、连续运行试验、热态、冷态（289.1°C，70°C）Q-H曲线和（289.1°C）NPSH的测量、注入水断失（冷却水供应）、密封注入水和冷却水双断失、冷却水断失（注入水供应）、运行紧急注入水（冷却水供应），包括主泵停车、模拟全厂断电试验、托座泄漏试验[4]。

1.3 具体试验方法

核主泵全流量试验升温依靠主泵的转动，降温依靠室外冷却器散热，室外散热系统包括室外管路，百叶窗，四个变频散热风扇。回路温度升高，介质流经室外散热，以此来维持系统所需试验温度[5]。系统压力通过轴封注入水及加压泵进行压力补给，轴封泵及加压泵由三个变频柱塞泵组成，通过回路切换阀门可以自由组合分配，当需要迅速补压时控制两个柱塞泵加压，当需要增加轴封注入水大于2000l/h时，切换至两个柱塞泵供给轴封。回路压力过高，调节压力调节阀进行保压，压力调节阀由两个并联针阀组成，阀门体积一大一小进行压力的粗略控制和精细控制。主回路流量调节通过四根管路上的调节阀进行调节[6]。核主泵全流量试验操作图如图1所示。

图1核主泵全流量试验操作图

1.4 冷热态Q-H的测量和NPSH试验

冷热态运行试验的目的是为了测量主泵的Q-H曲线，并验证NPSH。试验中，主泵的流量和扬程在不同的工况点进行测定，通过调节主回路阀控制流量至预定值，最终形成流量-扬程曲线。对于测量NPSH特性来说，减小入口侧的系统压力很重要。试验有主回路水汽蚀的风险。有两种方法可以减小入口侧的系统压力。第一种是保持系统压力恒定，加热系统。第二种是保持系统温度恒定，减小入口侧压力。冷态工况下采用第一种方法，热态工况下采用第二种方法。NPSH值与入口侧系统压力直接相关，入口压力降低到预定NPSH值相关的压力值后，增加系统压力至试验初始值[7]。NPSH计算公式如下：

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

通常：[NPSH]=（1.1~1.5）NPSHa

2 轴封型核主泵全流量试验应用分析

2.1 启停机试验分析

由于主回路的温度升高主要依靠主泵的转动，停机时间越长意味着主回路的温度降的越低，所以要按照试验规程要求尽快启机，在此过程中要尽量减小加压回路的补压流量，依靠双重的压力调节阀门调节，尽量减小冷水往主回路的补充[8,9]。

启机前要检查启机连锁条件，一一满足方可启机，在打开低压泄漏和高压泄漏阀门时，系统的压力会随之减小，所以在打开低压泄漏和高压泄漏阀门之前要提前准备好加压回路，随时准备补压，保证压力大于最小启机压力[9]。

启机前压力补充泵要被切换为两台柱塞泵同时工作，每小时最大补充量为4吨，启机后由于叶轮的搅动，室外冷却器内温度低的水会与室内回路里温度高的水混合，导致温度下降并伴随着压力骤降，此时启动压力补偿泵是必要的。

2.2 运行试验分析

本试验的基础是保持系统在额定状态下稳定运行，并记录各个测点值，额定状态主要是指额定温度和额定压力，系统的压力随着系统温度变化而变化，温度下降压力下降，温度上升压力上升，全流量试验过程中系统温度会出现骤降但不会骤升，所以系统压力也会出现骤降的情况，当系统压力低于此温度下的汽化压力值时就会发生汽蚀现象，危险状况也会随之发生。

温度的上升依靠主泵的动能转变成回路水的热能，温度降低可以通过以下四种方式进行调节：（1）室外冷却器进行冷却，调节室外回水的串联的阀门，以调节室外循环回水量。（2）开启室外百叶窗及散热风扇，降低室温冷却器回水温度。（3）通过加压柱塞泵与压力控制调节阀门在保持恒压的情况下适当增大冷水的进入量。（4）增大泵出口流量，减小扬程，降低主泵电机功率，此方法可以减缓升温速率，不适合参数额定的工况[10]。

2.3 冷却水断失试验分析

冷却水断失试验的主要目的是考察在热态工况下，同时断失密封注入水，高压冷却器冷却水和密封室冷却器冷却水，验证主泵是否可以正常运行[11]。

在此试验过程中，当切断轴封注入水后，轴封部分没有冷却，回路介质的高温热量随着叶轮传递到下泵轴，由于金属的热胀冷缩性能，泵轴在受热后会发生形变，微小的变形量会在主泵启动后引起较大的振动，所以启机前必须进行轴封水的冷却，确保密封间前温度低于100℃以下，并且高压泄漏温度也要低于60℃。如果启机后振动明显变大与停机前振动不一致，应及时停机，继续用轴封注入水冷却后再做启机尝试。[12]

3 结论

2013年第一台福清核主泵全流量试验的圆满成功，标志着我国轴封式核主泵全流量试验的技术转化成功，在试验过程中解决了多项技术难点，积累了大量的试验研究经验，为实现我国轴封式核主泵国产化打下了坚实的基础。

2015年C3项目全流量试验圆满成功，一举打破了国外轴封式核主泵的技术垄断，实现了轴封式核主泵的国产化。[13,14]不但在推动学科及各相关产业发展上有较大贡献，更是在我国核主泵领域填补了多项空白，积累了大量宝贵的经验及科学研究资料[15]。

通过福方项目和C3C4项目的轴封型核主泵全流量试验研究工作，为修改和完善试验大纲及试验规程提供了依据，为试验台的应用及今后的改造工作提供依据。

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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

韩惠东（1987-）2010年毕业于哈尔滨理工大学软件工程专业，目前在读哈尔滨工业大学电气工程系工程硕士，主要从事核主泵试验工作。

审稿人：赵越