陳坤池

（福建福清核電有限公司，福建 福州 350300）

蒸汽轉(zhuǎn)換給水系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱STR 系統(tǒng)）是生產(chǎn)核電站所需的輔助蒸汽（汽壓1.2MPa (a)，汽溫188℃），并經(jīng)輔助蒸汽分配系統(tǒng)（SVA）分配給各用汽點(diǎn)。STR 系統(tǒng)包含兩臺(tái)AHD40-90 型蒸汽轉(zhuǎn)換給水泵（STR 泵）。該泵為雙級(jí)單吸臥式離心泵，轉(zhuǎn)速 2920r/min，流量為 40.7m3/h，揚(yáng)程 161m，入口壓力0.11MPa，出口壓力為2.0MPa，介質(zhì)溫度約 130-140℃，采用 11-H75G115/45-00-NC 型非集裝式機(jī)械密封，沖洗方案采用PLAN11+62 方案[1]。該泵自運(yùn)行以來，機(jī)械密封頻繁出現(xiàn)泄漏，據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)械密封壽命約5～7 個(gè)月，檢修率極高，嚴(yán)重影響設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

文章根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)故障情況分析了機(jī)械密封頻繁泄漏的原因，同時(shí)針對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行機(jī)封選型和密封水沖洗方案改進(jìn)，指出了優(yōu)化后取得的效果，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

1 機(jī)械密封頻繁泄漏原因分析

1.1 STR 泵機(jī)械密封簡(jiǎn)介

AHD40-90 型蒸汽轉(zhuǎn)換給水泵采用11-H75G115/45-00-NC 型多彈簧單端面非集裝式機(jī)械密封，驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端各布置1 套，如圖1所示。該機(jī)械密封靜環(huán)材質(zhì)為碳化硅，動(dòng)環(huán)材質(zhì)為石墨，輔助密封圈材質(zhì)為三元乙丙橡膠，其余材料均為不銹鋼。

圖1 STR 泵機(jī)械密封布置示意圖

機(jī)械密封輔助冷卻系統(tǒng)采用了PLAN11+62方案，即包含從泵腔通過節(jié)流襯套流向密封腔室提供冷卻水（圖1 中序號(hào)2）；從泵出口引出一路冷卻水（未帶節(jié)流孔板）冷卻機(jī)械密封密封面（圖1 中序號(hào)1）；同時(shí)機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)夾套設(shè)置了外接冷卻水以冷卻動(dòng)靜環(huán)腔室溫度（圖1 中序號(hào)3）。

根據(jù)機(jī)組缺陷統(tǒng)計(jì)，在一年時(shí)間內(nèi)，STR 機(jī)械密封共出現(xiàn)了8 次異常泄漏，壽命最短僅1 個(gè)月，最長(zhǎng)約 5～7 個(gè)月。

1.2 STR 泵機(jī)械密封失效分析

通過對(duì)機(jī)械密封解體分析，發(fā)現(xiàn)每臺(tái)故障機(jī)械密封故障點(diǎn)基本一致，機(jī)械密封動(dòng)環(huán)存在嚴(yán)重沖刷導(dǎo)致密封失效，同時(shí)靜環(huán)及軸套均發(fā)現(xiàn)有高溫灼燒痕跡，見圖2。

圖2 機(jī)械密封故障情況

（1）從裝配質(zhì)量角度分析，現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)機(jī)械密封發(fā)生泄漏且裝配人員均經(jīng)過培訓(xùn)上崗，因此可能性低，可排除。

（2）從密封環(huán)材料角度分析，改系統(tǒng)介質(zhì)為清潔介質(zhì)，密封環(huán)材料分別為碳石墨和SiC，碳石墨均有良好的自潤(rùn)滑性和低的摩擦因數(shù)、耐腐蝕、耐高溫性能良好、導(dǎo)熱性好且膨脹系數(shù)低[2]，適用于STR系統(tǒng)，可初步排除。

（3）從沖洗方案角度分析，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，由于機(jī)械密封使用了靜環(huán)冷卻、泵蓋夾套冷卻以及11 自沖洗方案，但11 方案的自沖洗管路不帶節(jié)流孔板，且為單點(diǎn)沖洗冷卻，同時(shí)動(dòng)環(huán)石墨為軟材料，進(jìn)出口壓差達(dá)1.89MPa，因此沖洗水流速大，小液滴強(qiáng)雷的壓縮脈沖轉(zhuǎn)到動(dòng)環(huán)頸部位置引起周圍面積強(qiáng)大的剪切變形，這種變形反復(fù)進(jìn)行，引起疲勞破壞麻點(diǎn)，累積后造成動(dòng)環(huán)被沖蝕損壞。同時(shí)由于流體介質(zhì)溫度高（130-140℃），泵入口壓力極低（0.11MPa），因此造成密封面沖洗水在密封面腔室位置可能發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，液膜變成汽液混合項(xiàng)，瞬間溢出大量蒸汽和氣泡消失引起沖擊破壞動(dòng)環(huán)面。

綜上可以確認(rèn)機(jī)械密封失效主要原因?yàn)闄C(jī)械密封沖洗點(diǎn)及沖洗方案設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致頻繁泄漏。

2 STR 泵機(jī)械密封改造

2.1 機(jī)械密封設(shè)計(jì)改進(jìn)

由于原型號(hào)機(jī)械密封密封水沖洗點(diǎn)為單點(diǎn)沖洗，在高溫高速介質(zhì)沖洗下，長(zhǎng)期運(yùn)行后造成動(dòng)環(huán)沖蝕損壞；因此對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行改進(jìn)，在沖洗水口及動(dòng)環(huán)之間，增加設(shè)置一個(gè)環(huán)狀帶孔的多點(diǎn)沖洗環(huán)，有效分散冷卻水的沖刷。多點(diǎn)沖洗對(duì)比單點(diǎn)沖洗具有如下優(yōu)點(diǎn)：沖洗水沿著密封環(huán)四周均勻分布，動(dòng)靜環(huán)變形小、散熱好，密封端面介質(zhì)穩(wěn)定，有利于密封面潤(rùn)滑、冷卻并提高相態(tài)穩(wěn)定性和液膜穩(wěn)定性。

2.2 機(jī)械密封沖洗方案改進(jìn)

根據(jù)STR 泵運(yùn)行工況和介質(zhì)參數(shù)，對(duì)沖洗管路設(shè)計(jì)計(jì)算，增加了節(jié)流孔板，以降低流速，增加密封面液膜剛度。

同時(shí)考慮系統(tǒng)介質(zhì)為高溫水，根據(jù)API682 標(biāo)準(zhǔn)，將密封沖洗方案改造為PLAN21 方案；即在原有沖洗水管路增加了熱交換器，降低沖洗水溫度，如圖3 所示。其優(yōu)點(diǎn)是適用于高溫工況，降低密封腔室溫度，提高沖洗水的汽化溫度裕量、克服輔助密封件的溫度限制、提高密封的潤(rùn)滑性。此方案可有效解決冷卻水溫度過高導(dǎo)致密封面液膜汽化破壞動(dòng)環(huán)的問題。

圖3 機(jī)械密封沖洗水方案示意圖

3 結(jié) 語

實(shí)施上述改進(jìn)措施后，蒸汽轉(zhuǎn)換給水泵2 年來未再發(fā)生機(jī)械密封異常泄漏問題，同時(shí)降低了檢修人員維修工作量，減少了維修成本，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性?？偨Y(jié)上述改進(jìn)方案，得到以下結(jié)論：

（1）機(jī)械密封密封水沖洗點(diǎn)單點(diǎn)沖洗，在高溫高速介質(zhì)沖洗下，易造成密封面沖擊破壞；選用多點(diǎn)沖洗，其沖洗水分布均勻、變形小、散熱好，密封端面介質(zhì)穩(wěn)定，有利于密封面潤(rùn)滑、冷卻并提高相態(tài)穩(wěn)定性和液膜穩(wěn)定性。

（2）高溫工況下，機(jī)械密封沖洗水方案選用PLAN21 方案，有利于降低密封腔室溫度，提高沖洗水的汽化溫度裕量、克服輔助密封件的溫度限制、提高密封的潤(rùn)滑性。