韓 偉，支鳳春

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

江蘇田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組分別配置兩臺(tái)莫斯科“OKBM”水利設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)生產(chǎn)的ЦВА型海水深井泵PCC40AP001/AP002，泵安裝在海水系統(tǒng)廠房中，泵提供海水冷卻水，通過板式換熱器與制冷機(jī)冷凍水系統(tǒng)QKM冷卻水進(jìn)行熱量交換，冷卻QKM系統(tǒng)的冷卻水，并為旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)提供反沖洗水。泵主要用于對(duì)制冷機(jī)冷凍水系統(tǒng)QKM進(jìn)行冷卻，冷凍水系統(tǒng)QKM用于多個(gè)廠房的空調(diào)系統(tǒng)，如果深井泵PCC40AP001/AP002由于振動(dòng)等缺陷不能正常運(yùn)行引起QKM系統(tǒng)停運(yùn)，會(huì)使全廠空調(diào)系統(tǒng)冷卻水喪失，將會(huì)影響到全廠設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，尤其對(duì)反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等儀控電子設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，從而對(duì)電站安全產(chǎn)生直接威脅。

由于設(shè)備參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)的原因，自調(diào)試時(shí)期就存在泵振動(dòng)超標(biāo)問題，針對(duì)振動(dòng)超標(biāo)問題，中、俄雙方專家進(jìn)行了多次分析討論并開展了全面的維修，但始終不能徹底消除振動(dòng)超標(biāo)問題；最后只能采取臨時(shí)措施，即加裝電機(jī)抗振支架，通過頻繁調(diào)整拉桿緊力，強(qiáng)行束縛電機(jī)使其振動(dòng)降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；同時(shí)為解決振動(dòng)超標(biāo)問題，需要頻繁對(duì)泵進(jìn)行解體檢修，且每次檢修都需要校直泵軸、對(duì)研泵座和基礎(chǔ)臺(tái)板、更換俄供備件等工作，不僅耗時(shí)、耗力、費(fèi)錢，還直接影響工期進(jìn)度，如在正常運(yùn)行期間進(jìn)行解體檢修，還將增加機(jī)組的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，迫切需要進(jìn)行設(shè)備替代以解決振動(dòng)超標(biāo)問題。

同時(shí)俄供泵PCC40AP001/AP002設(shè)備選型時(shí)泵軸材料設(shè)計(jì)為316L，運(yùn)行期間出現(xiàn)了不同程度的腐蝕問題，影響設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，需要通過替代消除泵出現(xiàn)的腐蝕問題。俄供泵PCC40AP001/AP002結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 存在問題及原因分析

1.1 振動(dòng)超限及原因

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1、2號(hào)機(jī)組泵PCC40AP001/AP002投運(yùn)以來，發(fā)生運(yùn)行中振動(dòng)超標(biāo)的次數(shù)達(dá)到15次之多，需要頻繁的進(jìn)行解體檢修。究其原因主要在于泵的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速相對(duì)較高（1450 r/min），疊加泵是多段組合長軸泵，以及底板、底座和加強(qiáng)筋鋼材厚度不夠等因素，導(dǎo)致振動(dòng)偏大。

圖1 俄供泵PCC40AP001/AP002結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

泵體以及泵軸過長，并且是多段組合，旋轉(zhuǎn)軸的累積形位公差及軸的變形導(dǎo)致機(jī)組軸線不對(duì)稱、各部分不同心，在高轉(zhuǎn)速下泵運(yùn)行旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，擺度逐漸超過允許值，引起軸承偏磨，引起軸承和密封部件磨損破壞或間隙過大（見圖2），從而使泵體發(fā)生更大振動(dòng)。

圖2 俄供泵PCC40AP001/AP002軸承套固定件Fig.2 The fixing pieces for the bearing sleeve of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

泵電機(jī)底板、底座以及加強(qiáng)筋鋼材厚度不夠，因此剛性不足，且其水泥基座較大，安裝時(shí)是利用基礎(chǔ)板安裝在基座上，在泵軸高轉(zhuǎn)速偏擺的情況下容易傳遞振動(dòng)（見圖3），也是泵振動(dòng)偏大的主要原因之一。

圖3 俄供泵PCC40AP001/AP002電機(jī)底座Fig.3 Electromotor pedestal of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

同時(shí)由于泵出口管道系統(tǒng)運(yùn)行工況較為復(fù)雜，且經(jīng)常處于流量不正常工況運(yùn)行，出口壓力有較大波動(dòng)，也是導(dǎo)致泵振動(dòng)偏大的一個(gè)因素。

1.2 泵主要部件腐蝕及原因

泵軸、葉輪等主要部件選材為316L，該材料在氯化物環(huán)境中耐腐蝕和沖蝕能力相對(duì)較弱，疊加水泵進(jìn)口流速和壓力分布不均勻，泵進(jìn)出口流體的波動(dòng)、非額定工況等各種原因，泵體內(nèi)的流體發(fā)生流動(dòng)不穩(wěn)定或形成汽蝕，沖擊泵體，導(dǎo)致泵軸損傷以及磨蝕（見圖4）。

由于雙相不銹鋼在氯化物環(huán)境中具有更好的應(yīng)力腐蝕破裂抗力，需要在替代泵的材料選擇時(shí)優(yōu)先考慮選擇耐腐蝕性能更好的雙相不銹鋼，同時(shí)提高水泵設(shè)計(jì)的汽蝕余量以消除汽蝕。

圖4 俄供泵PCC40AP001/AP002軸點(diǎn)蝕圖Fig.4 Axial spot corrosion of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

2 替代方案

2.1 替代的目標(biāo)

替代基于滿足替代后泵在系統(tǒng)運(yùn)行工況下能夠執(zhí)行其原有功能，相應(yīng)技術(shù)參數(shù)能夠達(dá)到原技術(shù)參數(shù)要求的前提，通過替代消除原有物項(xiàng)的缺陷，消除振動(dòng)超標(biāo)問題，提高泵的抗海水腐蝕和磨蝕能力。

2.2 替代的方案

針對(duì)存在的振動(dòng)超標(biāo)問題，主要從降低泵轉(zhuǎn)速和提高電機(jī)及支座的穩(wěn)定性角度來解決；根據(jù)泵組振幅與振速的關(guān)系式“振速＝振幅×振動(dòng)角速度”，降低泵的轉(zhuǎn)速，也必然降低泵的振動(dòng)；經(jīng)過論證替代泵組轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為990 r/min，設(shè)計(jì)上避開共振頻率，使其遠(yuǎn)離動(dòng)平衡區(qū)域，降低產(chǎn)生振動(dòng)的可能；同時(shí)從設(shè)計(jì)上降低吐出彎管與電機(jī)支座的高度，加大吐出彎管外桶體直徑，從而加大泵組的支撐面，提高電機(jī)和支座的穩(wěn)定性，有效改善原來泵組頭重腳輕的情況，使泵組運(yùn)行更平穩(wěn)，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的降低，泵組穩(wěn)定性的增強(qiáng)。

針對(duì)存在的設(shè)備腐蝕問題，從選材方面對(duì)雙相不銹鋼進(jìn)行了性能分析，雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能、良好的耐孔蝕性能、良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能，可以用來做泵的主要部件。因此選材上使用了耐海水腐蝕的雙相不銹鋼，泵主要零件如主軸、葉輪、導(dǎo)葉體、吸入喇叭口選材為耐海水腐蝕的雙相不銹鋼。

為減少國產(chǎn)化替代的風(fēng)險(xiǎn)，確保能可靠地開展替代工作，田灣核電站首次只進(jìn)行了1號(hào)機(jī)組PCC40AP002的替代，替代泵PCC40AP002結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 替代效果

2011年3月在田灣核電站1號(hào)機(jī)組的第4次大修暨T104大修中實(shí)施了1號(hào)機(jī)組PCC40AP002的替代，替代后泵振動(dòng)顯著減小，運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)；2012年3月在田灣核電站1號(hào)機(jī)組的第5次大修暨T105大修對(duì)替代泵進(jìn)行了現(xiàn)場解體檢查，設(shè)備狀況良好，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備腐蝕問題。

3.1 振動(dòng)顯著減小

根據(jù)替代實(shí)施后的振動(dòng)測量報(bào)告，振動(dòng)最大值為0.663 mm/s,遠(yuǎn)小于振動(dòng)限值4.5 mm/s，替代后振動(dòng)測量報(bào)告如圖6所示。

3.2 運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定

根據(jù)替代實(shí)施后的運(yùn)行曲線，泵運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)，出口壓力波動(dòng)與海水液位變化相一致，自田灣核電站1號(hào)機(jī)組T104大修投運(yùn)以來泵運(yùn)行參數(shù)一直保持良好的記錄；替代后泵運(yùn)行曲線如圖7所示。

圖5 替代泵PCC40AP002結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of replacement pump PCC40AP002

3.3 設(shè)備腐蝕狀況顯著改善

圖6 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測量報(bào)告Fig.6 Measurement report for rotation mechanical vibration

圖7 替代泵PCC40AP002運(yùn)行曲線Fig.7 Operation curve of replacement pump PCC40AP002

2012年3月T105大修期間，在替代泵組PCC40AP002投入運(yùn)行一個(gè)大修周期后，對(duì)替代泵組進(jìn)行了現(xiàn)場解體檢查，檢查了泵軸、筒體、泵殼體、連接件、推力軸承及葉輪等部件，沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕狀況，通過替代避免了設(shè)備腐蝕影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題。

3.4 減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用

泵國產(chǎn)化替代后，設(shè)備運(yùn)行可靠性提高，檢修次數(shù)減少，減少了檢修費(fèi)用，降低了檢修成本；同時(shí)泵及其部件的備件可以在國內(nèi)采購，減少了設(shè)備采購費(fèi)用；整體維護(hù)費(fèi)用得到顯著減少。

4 結(jié)論

泵國產(chǎn)化替代后，消除了自機(jī)組調(diào)試期間以來，一直困擾機(jī)組安全運(yùn)行的振動(dòng)和設(shè)備腐蝕問題，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提供了更可靠的保障，也促進(jìn)了田灣核電站加快開展其他俄供設(shè)備國產(chǎn)化替代的步伐。替代取得了良好的效果和明顯的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)泵類進(jìn)口設(shè)備通過替代消除缺陷并進(jìn)行國產(chǎn)化具有參考價(jià)值。