羅 泳 潘韻吉

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

核電廠工藝系統(tǒng)中存在大量轉(zhuǎn)動設(shè)備，這些轉(zhuǎn)動設(shè)備的可靠運(yùn)行是核電廠安全運(yùn)行的重要保證。轉(zhuǎn)動設(shè)備機(jī)械密封泄漏超標(biāo)、潤滑油管路泄漏超標(biāo)等是威脅轉(zhuǎn)動設(shè)備長期可靠運(yùn)行的常見缺陷。目前，核電廠對轉(zhuǎn)動設(shè)備泄漏率的監(jiān)測，一般依靠運(yùn)行或維修人員的工作經(jīng)驗(yàn)，通過現(xiàn)場肉眼觀察并計(jì)時(shí)的方式估算出泄漏率。估算的泄漏率通常以滴/秒、線性泄漏等描述泄漏量大小。這種泄漏監(jiān)測方法在液滴泄漏時(shí)不考慮泄漏液滴的大小，線性流泄漏情況下不考慮實(shí)際流量，因此無法精確得出泄漏點(diǎn)的實(shí)際泄漏率。

液體泄漏處泄漏率是衡量核電廠機(jī)組運(yùn)行設(shè)備泵的機(jī)械密封和油杯泄漏、閥門閥桿填料處、液體管道腐蝕穿孔及法蘭連接處等泄漏的十分重要的性能參數(shù)。泄漏率大小直接表征了設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，繼而評估設(shè)備及系統(tǒng)能否繼續(xù)運(yùn)行。因此需要設(shè)計(jì)一種核電廠中運(yùn)行設(shè)備及系統(tǒng)液體漏點(diǎn)泄漏率的監(jiān)測裝置，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)量化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測，同時(shí)確保測量方式省時(shí)省力。

根據(jù)《GB/T 33509—2017機(jī)械密封通用規(guī)范》，機(jī)械密封的允許泄漏量采用的單位是毫升/小時(shí)，如對工作壓力小于5Mpa，軸外徑小于50mm的允許泄漏量要求小于3毫升/小時(shí)。在核電廠內(nèi)評價(jià)非核安全相關(guān)轉(zhuǎn)動設(shè)備泄漏率采用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基于國標(biāo)要求的毫升/小時(shí)的精確計(jì)量單位。核電廠內(nèi)對涉及核安全的轉(zhuǎn)動設(shè)備其允許泄漏率超過定期試驗(yàn)大綱要求的允許泄漏率時(shí)需要依據(jù)核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書的要求記錄該轉(zhuǎn)動設(shè)備不可運(yùn)行并在要求的期限內(nèi)采取相應(yīng)的糾正行動。如在規(guī)定的行動期限內(nèi)無法修復(fù)，則機(jī)組狀態(tài)需要后撤至不需要該設(shè)備運(yùn)行的安全狀態(tài)。此外，在轉(zhuǎn)動設(shè)備機(jī)械密封或者潤滑油管路出現(xiàn)泄漏等設(shè)備降級運(yùn)行工況，需要運(yùn)行人員相應(yīng)增加監(jiān)督頻度。通過頻繁的目視觀察方式顯著增加了運(yùn)行人員的負(fù)擔(dān)，同時(shí)不同閱歷的運(yùn)行人員對泄漏的主觀感受不同，有時(shí)無法可靠識別出設(shè)備泄漏率的不良變化趨勢，導(dǎo)致設(shè)備缺陷的擴(kuò)大。

1 漏點(diǎn)泄漏量的影響

1.1 錯(cuò)誤評估漏量，導(dǎo)致缺陷擴(kuò)大

事件1：2013年3月12日，某核電廠現(xiàn)場人員巡檢發(fā)現(xiàn)核島設(shè)備冷卻水泵4RRI004PO軸承冒煙，油杯處有油漏出，維修部門檢查確認(rèn)為軸承損壞。

通過電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)查看該泵的運(yùn)行參數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)該泵軸承溫度從5點(diǎn)左右開始上升，判斷此時(shí)軸承已經(jīng)出現(xiàn)缺油征兆。從8時(shí)開始軸承溫度開始快速躍升并超過軸承允許運(yùn)行的高限溫度。此時(shí)運(yùn)行人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)軸承處冒煙，控制室緊急停泵處理。查看運(yùn)行巡檢人員巡檢記錄，3點(diǎn)左右運(yùn)行巡檢人員發(fā)現(xiàn)該泵油杯處漏油，缺陷描述記錄為2滴/1秒。根據(jù)缺陷單描述情況結(jié)合泵運(yùn)行曲線，分析判斷當(dāng)時(shí)泵的軸承供油油杯已出現(xiàn)輕微側(cè)傾。油杯輕微側(cè)傾的原因可能受到外力干擾導(dǎo)致，最終軸承箱內(nèi)的油經(jīng)側(cè)傾的油杯漏出，軸承缺油燒毀。參與巡檢的運(yùn)行人員為一名剛獲得授權(quán)的現(xiàn)場巡檢員，因其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)欠缺在發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)未第一時(shí)間通知主控室。主控室操縱員后續(xù)審批缺陷單時(shí)，因缺乏對漏油量的精確計(jì)量，導(dǎo)致對漏油量的嚴(yán)重程度錯(cuò)誤評估，延緩實(shí)施切泵操作，導(dǎo)致泵軸承最終缺油損壞。此事件表明，如能向運(yùn)行人員提供精確的泄漏監(jiān)測裝置，可克服經(jīng)驗(yàn)不足等導(dǎo)致的錯(cuò)誤判斷，在缺陷進(jìn)一步發(fā)展前采取有力措施避免泵軸承的損壞。

事件2：某核電廠乏燃料冷卻循環(huán)泵3PTR002PO運(yùn)行期間頻繁出現(xiàn)泵機(jī)封處有白色塊狀硼結(jié)晶析出缺陷。但該設(shè)備降級缺陷因缺少精確的泄漏計(jì)量裝置而導(dǎo)致長時(shí)間無法得到有效識別，直到泄漏的介質(zhì)硼酸溶液析出硼酸后才最終得到有效處理。

乏燃料冷卻循環(huán)泵軸封采用單端面機(jī)械密封，軸封冷卻靠的是系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)，該類型的機(jī)封通常允許存在較小的泄漏量（約5～6mL/h），但當(dāng)密封泄漏較大時(shí)，需要及時(shí)評估泵機(jī)械密封的工作性能。如評估發(fā)現(xiàn)泵機(jī)封已經(jīng)降級損壞，應(yīng)立即停泵檢修。該事件說明，液體泄漏率從幾秒幾滴轉(zhuǎn)換成升/小時(shí)精確計(jì)量是很有必要的。泵軸承處已有硼結(jié)晶出現(xiàn)說明缺陷存在很長時(shí)間，但因巡檢采用的標(biāo)準(zhǔn)為幾滴每秒，無法和泄漏標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，導(dǎo)致缺陷處理的延遲，不利于早期發(fā)現(xiàn)泵的機(jī)械密封性能降級。

1.2 影響泵軸封供水閥門開度的精確控制

事件3：現(xiàn)場人員巡檢發(fā)現(xiàn)某核電廠安全殼噴淋系統(tǒng)氫氧化鈉循環(huán)泵4EAS003PO在運(yùn)行時(shí)軸封泄漏量過大，呈線狀滴落。經(jīng)化學(xué)人員取樣分析泄漏介質(zhì)為水，懷疑是泵軸封沖洗流量調(diào)節(jié)閥（4EAS150VR）的開度沒有調(diào)節(jié)好或閥門存在內(nèi)漏，導(dǎo)致軸封沖洗除鹽水從機(jī)封處流出。由于該轉(zhuǎn)動設(shè)備輸送的介質(zhì)為強(qiáng)堿性物質(zhì)氫氧化鈉，日常排空檢修較為困難。維修部門建議繼續(xù)觀察泄漏量，在泄漏量未超過允許限值的情況下，在核電廠大修期間氫氧化鈉排空后再實(shí)施解體工作對機(jī)封進(jìn)行檢查，確認(rèn)機(jī)封是否存在磨損。此事件說明，如泵投運(yùn)前能通過泄漏率監(jiān)測裝置對軸封水沖洗閥門的開度進(jìn)行精確設(shè)定，可以避免后續(xù)因無法區(qū)分機(jī)械密封處是由于軸封沖洗水還是泵機(jī)械密封泄漏輸送介質(zhì)導(dǎo)致的泄漏量增加而延誤檢修。

1.3 影響定期試驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則的準(zhǔn)確判定

事件4：某核電廠氫氧化鈉循環(huán)泵定期試驗(yàn)因泵軸封泄漏量無法定量監(jiān)測導(dǎo)致試驗(yàn)判定困難。核電廠因核安全要求，對承擔(dān)核安全功能的設(shè)備日常需要根據(jù)一定的頻度（如按月）進(jìn)行定期試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備良好可運(yùn)行性。氫氧化鈉循環(huán)泵作用為避免強(qiáng)堿性物質(zhì)氫氧化鈉結(jié)晶而定期對儲罐循環(huán)攪渾。根據(jù)核電廠安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗(yàn)要求，氫氧化鈉循環(huán)泵需要每月實(shí)施一次定期試驗(yàn)驗(yàn)證其可運(yùn)行性。在氫氧化鈉循環(huán)泵的驗(yàn)收準(zhǔn)則中對泵的機(jī)械密封泄漏要求為小于5毫升/小時(shí)。但系統(tǒng)設(shè)置的軸承水沖洗閥門控制只設(shè)置有軸封供水壓力就地監(jiān)測，泵機(jī)械密封處并無設(shè)計(jì)泄漏監(jiān)測裝置。由于該泵輸送液體為強(qiáng)堿性物質(zhì)氫氧化鈉，泵的軸封沖洗水是必須的。軸封沖洗水和泵機(jī)械密封泄漏都在機(jī)械密封處混合，作為運(yùn)行人員無法區(qū)分。因缺乏軸封泄漏精確監(jiān)測裝置導(dǎo)致運(yùn)行人員執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)，只能依據(jù)軸承泄漏大小估算泄漏量，無法精準(zhǔn)驗(yàn)證定期試驗(yàn)要求的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2 監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)方案

核電廠液體泄漏處液體泄漏率監(jiān)測裝置由量杯、磁鐵式重力基座、計(jì)時(shí)器、非接觸式液位控制器和液體收集引漏裝置五部分組成，如圖1所示。量杯采用非金屬材料，玻璃或塑料均可；選用非金屬材料考慮監(jiān)測的液體有可能具有酸堿腐蝕性，因此避免采用金屬容器。量杯的體積有100mL、500mL和1 000mL三種規(guī)格，可根據(jù)泄漏量大小和頻度進(jìn)行選擇；使用時(shí)將其置于磁鐵式重力基座上，可保證其穩(wěn)定性，避免在監(jiān)測過程中由于轉(zhuǎn)動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動導(dǎo)致裝置傾覆而影響監(jiān)測；將非接觸式液位控制器的低位探頭固定在所選量杯的低位處，高位探頭固定在高位處，高低位均在量杯量程范圍之內(nèi)；若量杯內(nèi)所接收泄漏液體液位到達(dá)低位處，低位探頭燈亮同時(shí)發(fā)信號至連接的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，液位到達(dá)高位處計(jì)時(shí)結(jié)束，計(jì)時(shí)器上記錄時(shí)間t（s、min、h），若低位開關(guān)對應(yīng)的量杯體積為V1 mL，高位開關(guān)對應(yīng)的量杯體積為VmL。

圖1 漏點(diǎn)泄漏率監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

單位為毫升/小時(shí)（ml/h）。

若泄漏點(diǎn)位置比較狹窄不便于放置該裝置，可借助液體收集引漏裝置收集并引漏至量杯中，且量杯的邊緣處有傾倒嘴，便于將泄漏液倒入取樣瓶內(nèi)進(jìn)行后續(xù)的取樣分析。

2.2 測量方式

方法1：當(dāng)巡檢發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動設(shè)備的機(jī)械密封處或潤滑油管路設(shè)備處存在泄漏需要監(jiān)測泄漏量進(jìn)而評估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可使用本泄漏率監(jiān)測裝置。運(yùn)行人員根據(jù)泄漏量大小和頻度選擇量杯量程。一般微量滲漏時(shí)油杯漏油選用100mL，過量泄漏選用500mL，大量泄漏選用1 000mL。量杯量程的選擇原則上在小泄漏時(shí)采用小量杯以提供高精度的泄漏率監(jiān)測。使用時(shí)將量杯置于磁鐵式重力基座上，放置后注意測試裝置是否穩(wěn)固，以保證裝置收集漏液期間的穩(wěn)定性。放置時(shí)也應(yīng)注意避免對轉(zhuǎn)動設(shè)備本身造成影響，注意于轉(zhuǎn)動部件和轉(zhuǎn)動設(shè)備的重要儀表保持必要的安全距離。裝置放置時(shí)應(yīng)保持必要的水平度，防止因傾斜導(dǎo)致的計(jì)數(shù)偏差。

非接觸式液位控制器的低位探頭L必須固定在所選量杯的低位處，低位探頭位置為監(jiān)測裝置允許監(jiān)測的下限，因此低位探頭位置一旦確定后，不能隨意改變；高位探頭H固定在高位處并離量杯上限一定距離，高低位應(yīng)均在量杯量程范圍之內(nèi)。若量杯1內(nèi)所接收泄漏液體液位到達(dá)低位處，低位探頭L燈亮同時(shí)發(fā)信號至連接的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)；液位到達(dá)高位處，高位探頭H燈亮同時(shí)發(fā)送信號至連接的計(jì)時(shí)器結(jié)束計(jì)時(shí)，并在計(jì)時(shí)器上記錄時(shí)間t（s、min、h）。運(yùn)行人員依次讀取低位開關(guān)L對應(yīng)的量杯體積為VmL，高位開關(guān)對應(yīng)的量杯體積為VmL，通過下述泄漏率計(jì)算公式計(jì)算泄漏率。

若泄漏點(diǎn)位置比較狹窄不便于直接放置測量裝置，可借助液體收集引漏裝置收集并引漏至量杯中；量杯的邊緣處有傾倒嘴，便于將泄漏液倒入取樣瓶內(nèi)進(jìn)行后續(xù)的取樣分析。

單位為毫升/小時(shí)（mL/h）。

另外，通過量杯收集液體也方便對泄漏液體的采樣分析，有利于識別機(jī)械密封失效模式，實(shí)現(xiàn)對缺陷的提前識別評估。

3 結(jié)語

通過設(shè)計(jì)一種核電廠液體泄漏點(diǎn)泄漏監(jiān)測裝置，能實(shí)現(xiàn)對核電廠液體泄漏點(diǎn)液體泄漏的精確計(jì)量，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)動設(shè)備液體泄漏的精準(zhǔn)評價(jià)，避免因標(biāo)準(zhǔn)不清，人員經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的缺陷擴(kuò)大和影響核電廠設(shè)備可運(yùn)行性及時(shí)判定。通過量杯收集自動計(jì)時(shí)的方式可有效降低運(yùn)行人員對液體泄漏處的監(jiān)測負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。

目前的液體泄漏監(jiān)測裝置，設(shè)置后人員還需一定頻率在現(xiàn)場實(shí)施觀察，后續(xù)可考慮利用廠房內(nèi)的5G信號和裝置本身增加自動計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)泄漏率監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，并進(jìn)一步提升智慧運(yùn)行水平。