于金龍

（中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413）

0 引言

循環(huán)水系統(tǒng)由3 臺(tái)SPL350-430（I）循環(huán)水泵、膠球清洗裝置、相連閥門(mén)及Q235-A.F 管道組成。兩條Ф820×9 mm 的管道，從冷卻塔輸送循環(huán)水至室外閥門(mén)井后，匯成一條Ф1020×8 mm的母管。3 條Ф630×6 mm 的管道，從母管接出后分別連接到循泵入口，循環(huán)水泵（以下簡(jiǎn)稱(chēng)循泵）打出水經(jīng)過(guò)3 條循環(huán)水支管匯入一條Ф1020×8 mm 的母管，然后供給主凝汽器、副凝汽器、空氣冷器、冷油器和凝結(jié)水冷卻器，最后通過(guò)Ф1020×8 mm 的回水母管進(jìn)入09 子項(xiàng)冷卻塔噴淋管，冷卻后落入冷卻塔底部水池，再經(jīng)過(guò)水池出口濾網(wǎng)進(jìn)入兩條Ф820×9 mm 的管道。

循泵為單級(jí)雙面進(jìn)水立式離心循泵，是循環(huán)水系統(tǒng)主要設(shè)備之一。2004 年安裝在03 子項(xiàng)，2009 年循環(huán)水系統(tǒng)改造后，循泵遷移到00 子項(xiàng)循泵泵房。在額定工況運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)循泵運(yùn)行，一臺(tái)循泵備用。循泵停運(yùn)階段維保周期為6 個(gè)月，運(yùn)行階段維保周期為3 個(gè)月。當(dāng)循泵發(fā)生故障時(shí)，將直接影響汽輪機(jī)組的真空度及熱源交換，直接降低機(jī)組出力。盡管循泵在制造、安裝和運(yùn)行過(guò)程中采取多種方法以防止汽蝕的發(fā)生，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于種種原因會(huì)使循泵的運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)工況發(fā)生偏離，不同程度的汽蝕仍偶有發(fā)生，給電力企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。循泵泵體及密封環(huán)銹蝕、葉輪汽蝕是循泵主要故障，長(zhǎng)期在汽蝕下運(yùn)行，易引起泵體部件壽命降低及葉輪局部損壞，汽蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起泵體強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致水流中斷，泵體停止工作。

1 原因分析

1.1 直接原因

循環(huán)水系統(tǒng)管道、葉輪與泵體材料為普通碳鋼，在潮濕環(huán)境下，當(dāng)系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于運(yùn)行時(shí)間時(shí)，材料表面發(fā)生的化學(xué)腐蝕，是葉輪與泵體銹蝕的直接原因。循泵在長(zhǎng)期停機(jī)狀態(tài)下，空氣易侵入泵體，空氣與泵體接觸氧化，引起380GA 密封環(huán)、葉輪、泵體銹蝕，從而導(dǎo)致密封環(huán)銹蝕，甚至卡澀，使2#循泵盤(pán)車(chē)盤(pán)不動(dòng)。循泵泵體及系統(tǒng)管道進(jìn)入空氣，是造成循泵銹蝕卡澀與葉輪汽蝕的主要原因。

1.2 間接原因

循泵運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)流部分區(qū)域，通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后處，抽送液體的絕對(duì)壓力下降到小于等于當(dāng)時(shí)液溫下相應(yīng)汽化壓力時(shí)，就會(huì)因汽化而產(chǎn)生汽泡。汽泡主要由蒸汽組成，因水中溶解有一定量氣體，所以汽泡中除了蒸汽以外，還夾帶少量氣體。當(dāng)汽泡隨水流流到高壓區(qū)時(shí)，高壓液體將使汽泡急劇縮小并直至凝結(jié)成水，汽泡逐漸變形而最終破裂。當(dāng)汽泡破裂時(shí)，細(xì)水滴以高速填充汽泡空穴而發(fā)生互相撞擊從而形成強(qiáng)烈的水擊作用，使過(guò)流區(qū)域的材料受到腐蝕破壞。由此可知，汽蝕過(guò)程包括汽泡形成、汽泡生長(zhǎng)、汽泡破裂，從而導(dǎo)致水泵葉輪及泵體發(fā)生腐蝕和汽蝕。

1.3 根本原因

1.3.1 設(shè)備原因分析

（1）循泵本身為臥式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因現(xiàn)場(chǎng)安裝空間問(wèn)題，將臥式循泵改為立式安裝。在循泵啟動(dòng)前，泵體及附屬管道放氣閥排放不充分，而使空氣進(jìn)入系統(tǒng)，引起循泵葉輪銹蝕和汽蝕。

（2）對(duì)循泵日常技術(shù)維護(hù)，只有在解體檢修的情況下才能判斷內(nèi)部磨損腐蝕，否則對(duì)于循泵內(nèi)葉輪、密封環(huán)、泵殼等腐蝕情況無(wú)法準(zhǔn)確判斷。系統(tǒng)設(shè)備長(zhǎng)期停置后，接觸空氣而發(fā)生氧化，進(jìn)而使葉輪密封環(huán)銹蝕卡澀而造成無(wú)法盤(pán)車(chē)。

1.3.2 系統(tǒng)原因分析

（1）冷卻水塔液位高度差降低。在反應(yīng)堆滿(mǎn)功率運(yùn)行期間，09 子項(xiàng)冷卻水塔出口至循泵入口母管濾網(wǎng)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。當(dāng)冷卻水塔底部水池內(nèi)水位高度降低或出口濾網(wǎng)堵塞時(shí)，循泵入口母管濾網(wǎng)水位將降低，引起循泵中心線(xiàn)與入口水面水位差降低，而降低有效汽蝕余量，極易引起空氣進(jìn)入管道與泵腔，從而加速循泵汽蝕。

（2）空氣進(jìn)入泵腔造成葉輪腐蝕汽蝕。空氣進(jìn)入泵腔的主要來(lái)源：①40～50 ℃水溫進(jìn)入冷卻水塔底部水池時(shí)，易產(chǎn)生氣泡，這些氣泡隨水池內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)而漩渦進(jìn)入葉輪，從而形成氣囊阻礙流道，或通過(guò)液體水被擠破裂，而再次形成氣泡。②在冷卻塔內(nèi)冷卻過(guò)程中，循環(huán)水夾帶大量的過(guò)飽和空氣。③水塔底部吸水池入口母管旋渦帶入空氣，在大氣壓作用下進(jìn)入循泵葉輪的進(jìn)口低壓區(qū)，隨水流進(jìn)入高壓區(qū)沖擊循泵葉輪，最終導(dǎo)致葉輪等腐蝕汽蝕。

（3）低點(diǎn)排水。循泵設(shè)計(jì)為立式泵，臥式安裝，系統(tǒng)停運(yùn)后泵體及附屬管道內(nèi)存水無(wú)法徹底排盡。系統(tǒng)存水將加速泵體及附屬管路腐蝕速率。長(zhǎng)期停運(yùn)期間，設(shè)備及管路內(nèi)空氣和金屬接觸而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

1.3.3 環(huán)境原因分析

循環(huán)水出口水溫應(yīng)≤42 ℃，進(jìn)出口溫差應(yīng)控制在7～8 ℃。在炎熱潮濕的夏季，泵體與系統(tǒng)管路內(nèi)殘留水汽能促進(jìn)Q235-A.F 管道、葉輪、泵體等零部件的氧化速率。

2 相關(guān)影響分析

2.1 化學(xué)腐蝕對(duì)循泵的影響

化學(xué)腐蝕是在金屬表面與周?chē)h(huán)境發(fā)生電化學(xué)（化學(xué)）作用，引起金屬表面破壞變質(zhì)的一種自然現(xiàn)象，易促進(jìn)泵體、軸、葉輪、水環(huán)及密封環(huán)等腐蝕氧化的速率，直接減少循泵服役壽命。

2.2 葉輪汽蝕對(duì)循泵的影響

循泵葉輪汽蝕將改變泵腔內(nèi)水流狀態(tài)，造成水流流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致循泵揚(yáng)程、流量和效率等參數(shù)值降低，進(jìn)而造成泵體流道的材料發(fā)生侵蝕破壞，并引起泵體振動(dòng)和噪聲，危及循泵的正常運(yùn)行，主要表現(xiàn)為3 方面。

（1）振動(dòng)和噪聲。循泵發(fā)生汽蝕時(shí)，汽泡在高壓區(qū)連續(xù)發(fā)生破裂現(xiàn)象，在微細(xì)射流高速?zèng)_擊作用下，形成噪聲，汽泡破裂時(shí)的沖擊作用，引起泵組產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。

汽蝕噪聲與發(fā)展的程度有關(guān)，噪聲大時(shí)對(duì)材料破壞的作用將加大，可用于判斷汽蝕破損的程度。汽蝕引起振動(dòng)原因主要有：①汽泡破裂產(chǎn)生的高頻振動(dòng)；②葉片進(jìn)口沖角較大時(shí)后方易形成脫流，將產(chǎn)生不穩(wěn)定汽穴。如果振動(dòng)頻率與循泵固有頻率相同或接近時(shí)，極易引起共振使循泵工況惡化，嚴(yán)重時(shí)破壞系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（2）流道材料的破壞。在汽泡周?chē)后w壓力上升時(shí)，汽泡將受到較大壓縮，使內(nèi)壓升高而導(dǎo)致汽泡破裂，最終形成微細(xì)射流。流道材料表面在微細(xì)射流的作用下，表面晶體產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，嚴(yán)重者將形成蜂窩狀。同時(shí)，微細(xì)射流的沖擊將形成200 ℃以上高溫，使流道材料呈現(xiàn)電解現(xiàn)象，加快化學(xué)腐蝕速率。

（3）循泵性能的下降。汽蝕的初級(jí)階段對(duì)循泵特性無(wú)明顯影響，待汽蝕程度增大到流道有效形狀因空間較大而堵塞時(shí)，葉輪和液體能量交換而受到干擾破壞，引起循泵揚(yáng)程、流量、工作效率、循泵軸功率曲線(xiàn)下降，嚴(yán)重時(shí)將引起循泵的停運(yùn)。

3 經(jīng)驗(yàn)建議

3.1 設(shè)計(jì)方面

（1）增加循泵低點(diǎn)排水，設(shè)計(jì)氮?dú)獗Ｗo(hù)，以減少空氣的氧化。

（2）循泵葉輪及附屬管道選用耐氧化耐汽蝕更高的硬質(zhì)合金，或在表面涂刷環(huán)氧樹(shù)脂，以提高性能。

3.2 運(yùn)行方面

（1）當(dāng)循泵長(zhǎng)期處于停運(yùn)狀態(tài)且冷卻水塔底部水池有足夠存水時(shí)，應(yīng)將循泵及附屬系統(tǒng)管路灌滿(mǎn)水，以減少空氣接觸氧化，且每隔半月將循泵運(yùn)轉(zhuǎn)4～6 h。

（2）當(dāng)循泵長(zhǎng)期處于停運(yùn)狀態(tài)且冷卻水塔底部水池?zé)o存水時(shí)，應(yīng)打開(kāi)系統(tǒng)最低點(diǎn)排放水閥，盡可能排盡存水，再用干燥氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)內(nèi)吹掃干凈，以減少氧化。

3.3 維修方面

（1）依據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與啟停頻繁的運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化與升級(jí)維修程序。

（2）為減少銹蝕與汽蝕，在循泵葉輪與吸入管道表面刷涂環(huán)氧樹(shù)脂，以減少氧化銹蝕與汽蝕。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)2#循泵無(wú)法盤(pán)車(chē)的故障現(xiàn)象，重點(diǎn)對(duì)故障原因進(jìn)行了研究，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響進(jìn)行分析，并從設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維修等方面進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，為同類(lèi)型設(shè)備故障的維修提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備自身的特性，制定不同的維修策略，達(dá)到舉一反三的目的。