CN110164570B - 主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统 - Google Patents

主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统，该方法包括：S1.静态下降压盘动试验；S2.密封升压试验；S3.降压试验；S4.升压试验。本发明的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统中，通过静态下降压盘动试验，验证在在不同压差下的启动力矩来验证密封之间是否存在液膜；密封升压试验，验证正常工况下初始密封性能；降压试验，验证各个压差下包括低于最小压差下密封特性；升压试验，验证低于最小压差运行后密封性能能够恢复初始状态。能够完成各项试验，保证主泵承压边界密封完整性。降低了因事故发生后缺乏相关经验和理论分析而保守决策带来的机组非计划停堆抢修带来的巨大经济损失，提高了设备可用性的评价分析依据。

Description

主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统
技术领域
本发明涉及转动机械领域，尤其涉及一种主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统。
背景技术
反应堆冷却剂系统(RCP)是核电厂一回路系统，CPR1000(中国百万千瓦级压水堆核电厂)核电机组布置三个环路，每一个环路安装一台反应堆冷却剂泵(主泵)，用于驱动冷却剂在一回路系统内循环流动，连续不断地把堆芯中产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧给水。主泵确保有适当流量的冷却剂流经堆芯，以保证反应堆堆芯冷却防止出现膜态沸腾。
主泵是立式、单级离心泵，带有可控泄漏轴封装置。主泵的机械密封是所有部件中最脆弱、最敏感的部件，其功能是承担一回路密封功能,其状态的优劣直接影响着主泵的可用性。
主泵是核电站的CCM设备，如果无法保证主泵密封的安全运行，则需停机检查更换主泵一号密封，其中涉及机组解列、反应堆开盖、卸料、降水位检修更换一号密封、装料、关盖、汽机冲转并网等各部门工作，整个流程最少需要停机12满功率当量日，直接经济损失约1.1亿人民币；此外需要更换一套一号密封组件，备件约200万人民币，还会产生大量的放射性废物。以往有过主泵密封的泄露事件发生，例如，2017年某核电厂某机组临停检修阶段发生主泵一号密封失压，溢流断流13min的异常事件。
CPR1000核电机组主泵正常运行时工作环境压力15.5MPa、温度292℃，为防止高温、高压、带放射性的冷却剂外泄，因此主泵设置了特殊的轴封装置。主泵的轴封装置采用三道轴封，第一级密封为流体静压可控泄漏密封，第二、三级密封为摩擦型密封。
一号轴封是主轴封，位于泵轴承上部。它是一种流体静力平衡式、依靠液膜悬浮的受控泄漏轴封，其主要部件是一个随轴一起转动的动环和一个可以延泵轴方向上下移动的静环组件。动环和静环的密封面以氧化铝或氮化硅作为材料，这样的密封覆面很耐腐蚀，而且它的膨胀系数和不锈钢圈基本相同。在运转中两个环的表面不接触，由一层液膜隔开,确保密封的冷却和润滑。
一号密封在正常运行期间，温度为55℃的轴封注入水以高于RCP系统的压力(约15.8MPa)进入密封腔室，流量约为1.8m3/h，在一号轴封产生15.5MPa的压降。此注入水中大约2/3的流量经过泵轴承和热屏向下流入RCP系统，以防止一回路冷却剂直接接触泵轴承与和轴封。其余1/3的注入水通过一号轴封，被二号轴封阻挡，一小部分流过二号轴封，其余流入一号轴封泄漏管线，与过剩下泄管线汇合后回到上充泵入口处。注意上述各参数是在RCP系统压力为15.5MPa时的数值，实际上，轴封水压力、流量、一号轴封压差及泄漏流量是随RCP系统压力而变的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种主泵一号密封低压差运行离线测试方法，包括：
S1.静态下降压盘动试验：
设置初始注入压力为3.43MPa，初始压差为3.25MPa，初始盘动力矩＜22.5NM；
然后逐渐降低压差至0.61MPa，设置盘动力矩均值＜22.5NM；
判断主泵一号密封的上下密封面之间是否存在液膜，若是，则执行步骤S2；
S2.密封升压试验：
设置背压为0.2Mpa，设置注入压力为3.4MPa，判断主泵一号密封的上下密封运行参数是否正常，若是，则执行步骤S3；
S3.降压试验：
逐步降低注入压力至0.76MPa，判断在一最低压差范围中，主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，若是，则执行步骤S4；
S4.升压试验：
逐步增加注入压力至3.4MPa，判断当前密封参数与步骤S2中的密封参数相比是否有异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
优选地，还包括步骤S5.密封拆卸检查：
断电并拆卸主泵一号密封的上下密封组件，判断上下密封面是否有明显异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
优选地，最低压差范围为0.57-0.6Mpa；和/或，温度阈值为59.5-60.5℃。
优选地，温度阈值为60℃。
优选地，步骤S3中，逐步降低注入压力至0.76MPa为手动调节；和/或，步骤S4中，逐步增加注入压力至3.4MPa为手动调节。
还提供一种主泵一号密封低压差运行离线测试系统，包括静态下降压盘动试验装置、密封升压试验装置、降压试验装置和升压试验装置：
静态下降压盘动试验装置包括初始值设置模块、压差降低模块和第一判断模块：
其中，初始值设置模块用于设置初始注入压力为3.43MPa，初始压差为3.25MPa，初始盘动力矩＜22.5NM；
压差降低模块用于逐渐降低压差至0.61MPa，设置盘动力矩均值＜22.5NM；
第一判断模块用于判断主泵一号密封的上下密封面之间是否存在液膜并选择性地输出第一判断结果；
密封升压试验装置包括密封升压设置模块和第二判断模块，
其中，密封升压设置模块用于根据第一判断结果选择性地设置背压为0.2Mpa，设置注入压力为3.4Mpa；
第二判断模块用于判断主泵一号密封的上下密封运行参数是否正常、并选择性地输出第二判断结果；
降压试验装置包括降压模块和第三判断模块，
其中，降压模块用于根据第二判断结果逐步降低注入压力至0.76Mpa；
第三判断模块用于判断在一最低压差范围中，主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，并选择性地输出第三判断结果；
升压试验装置包括升压模块和第四判断模块，
其中，升压模块用于根据第三判断结果选择性地逐步增加注入压力至3.4Mpa；
第四判断模块用于判断当前密封参数与步骤S2中的密封参数相比是否有异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
优选地，系统还包括密封拆卸检查装置，包括断电拆卸模块和第五判断模块；
其中，断电拆卸模块断电并拆卸主泵一号密封的上下密封组件；
第五判断模块用于判断上下密封面是否有明显异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
优选地，最低压差范围为0.57-0.6Mpa；和/或，温度阈值为59.5-60.5℃。
优选地，温度阈值为60℃。
优选地，降压试验装置中，降压模块逐步降低注入压力至0.76MPa为手动调节；和/或，升压试验装置中，逐步增压模块逐步增加注入压力至3.4MPa为手动调节。
实施本发明的有益效果是：本发明的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统中，通过静态下降压盘动试验，验证在在不同压差下的启动力矩来验证密封之间是否存在液膜；密封升压试验，验证正常工况下初始密封性能；降压试验，验证各个压差下包括低于最小压差下密封特性；升压试验，验证低于最小压差运行后密封性能能够恢复初始状态；密封拆卸检查，检查密封表面状态是否存在磨损痕迹，能够完成稳态、瞬态、事故状态下各项试验，以保证主泵承压边界密封完整性。降低了因事故发生后缺乏相关经验和理论分析而保守决策带来的机组非计划停堆抢修带来的巨大经济损失，大大提高了设备可用性的评价分析依据。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一些实施例中主泵一号密封低压差运行离线测试系统的原理示意图；
图2是本发明一些实施例中主泵一号密封低压差运行离线测试方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1示出了本发明一些实施例中的主泵一号密封低压差运行离线测试系统，用于对主泵一号密封进行低压差运行离线测试。本发明实施例中的主泵一号密封低压差运行离线测试系统包括静态下降压盘动试验装置10、密封升压试验装置20、降压试验装置30和升压试验装置40。
其中，静态下降压盘动试验装置10包括初始值设置模块11、压差降低模块12和第一判断模块13。初始值设置模块11用于设置初始注入压力为3.43MPa，初始压差为3.25MPa，初始盘动力矩＜22.5NM。压差降低模块12用于逐渐降低压差至0.61MPa，设置盘动力矩均值＜22.5NM。第一判断模块13用于判断主泵一号密封的上下密封面之间是否存在液膜并选择性地输出第一判断结果。第一判断结果若为是，即显示主泵一号密封的上下密封面之间存在液膜，则输出信号至密封升压试验装置20；若为否，则测试不通过，不输出。
密封升压试验装置20包括密封升压设置模块21和第二判断模块22。其中，密封升压设置模块21用于根据第一判断结果选择性地设置背压为0.2Mpa，设置注入压力为3.4Mpa。第二判断模块22用于判断主泵一号密封的上下密封运行参数是否正常、并选择性地输出第二判断结果。第二判断结果若为是，即显示主泵一号密封的上下密封运行参数正常，则输出信号至降压试验装置30；若为否，则测试不通过，不输出。
降压试验装置30包括降压模块31和第三判断模块32，其中，降压模块31用于根据第二判断结果逐步降低注入压力至0.76Mpa。第三判断模块32用于判断在一最低压差范围中，主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，并选择性地输出第三判断结果。第三判断结果若为是，即不满足在一最低压差范围中，主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，则输出信号至升压试验装置40；若为否，则测试不通过，不输出。
作为选择，最低压差范围为0.57-0.6Mpa；和/或，温度阈值为59.5-60.5℃。优选地，温度阈值为60℃。
作为选择，降压试验装置30中，降压模块31逐步降低注入压力至0.76MPa为手动调节。或者，也可以是自动调节，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
升压试验装置40包括升压模块41和第四判断模块42，其中，升压模块41用于根据第三判断结果选择性地逐步增加注入压力至3.4Mpa。第四判断模块42用于判断当前密封参数与步骤S2中的密封参数相比是否有异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
作为选择，升压试验装置40中，逐步增压模块逐步增加注入压力至3.4MPa为手动调节。或者，也可以是自动调节，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
在一些优选实施例中，系统还包括密封拆卸检查装置50，包括断电拆卸模块51和第五判断模块52。其中，断电拆卸模块51断电并拆卸主泵一号密封的上下密封组件。第五判断模块52用于判断上下密封面是否有明显异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。可以理解地，密封拆卸检查装置50可以设置也可以不设置。
以下结合图1、2和本发明一些实施例中主泵一号密封低压差运行离线测试方法对本发明一些实施例中主泵一号密封低压差运行离线测试的具体流程进行说明。本发明一些实施例中主泵一号密封低压差运行离线测试方法包括如下步骤S1-S5。
步骤S1为静态下降压盘动试验，包括：
设置初始注入压力为3.43MPa，初始压差为3.25MPa，初始盘动力矩＜22.5NM；
然后逐渐降低压差至0.61MPa，设置盘动力矩均值＜22.5NM；
判断主泵一号密封的上下密封面之间是否存在液膜，若是，则执行步骤S2，若否，则测试不通过。
步骤S2为密封升压试验，包括：
设置背压为0.2Mpa，设置注入压力为3.4MPa，判断主泵一号密封的上下密封运行参数是否正常，若是，则执行步骤S3，若否，则测试不通过。
步骤S3为降压试验，包括：
逐步降低注入压力至0.76MPa，判断在一最低压差范围中，主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，若是，则执行步骤S4，若否，则测试不通过。
作为选择，最低压差范围为0.57-0.6Mpa；和/或，温度阈值为59.5-60.5℃。优选地，温度阈值为60℃。
作为选择，步骤S3中，降压模块31逐步降低注入压力至0.76MPa为手动调节。或者，也可以是自动调节，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
步骤S4为升压试验，包括：
逐步增加注入压力至3.4MPa，判断当前密封参数与步骤S2中的密封参数相比是否有异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
作为选择，步骤S4中，逐步增压模块逐步增加注入压力至3.4MPa为手动调节。或者，也可以是自动调节，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
在一些优选实施例中，还包括步骤S5.密封拆卸检查：断电并拆卸主泵一号密封的上下密封组件，判断上下密封面是否有明显异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。可以理解地，步骤S5可以设置也可以不设置。需要说明的是，步骤S中判断上下密封面是否有明显异常可通过人眼观察直接得出，或者，也可以由一检查模块自动检查得出，此处不做具体限制，只要可以实现相关功能即可。
在另一些具体实施例中，首先执行静态下降压盘动试验：注入压力3.43MPa，试验压差3.25MPa，盘动力矩＜22.5NM；后续逐渐降低压差低至0.61MPa，盘动转子，力矩均＜22.5NM，通过静态低压试验可间接验证动静环密封面在低压下仍然有水膜。
预试验完成后，将一号密封背压设置0.2MPa，注入压力为3.4MPa时检查上下密封运行参数正常；手动设置降低注入压力，注入压力由3.4MPa逐步调至0.76MPa，最低压差为0.57MPa，此时试验密封泄露量为0L/h，泄漏温度逐渐上涨至60.7℃。压差0.57-0.6MPa状态下，密封均处于稳态，泄漏温度低于60℃，已经实现了试验目的。试验完成后手动设置增加注入压力，最终将注入压力升至3.4MPa，与降压前密封参数对比无异常。试验结束后断开试验台电源，拆卸密封组件进行检查，拆卸下密封目检未见明显异常。
主泵一号密封在短时低压差(0.56-0.6MPa)运行后，密封面未见明显磨损；根据氮化硅密封T1351/F1363试验结果判断：低压差下没有对密封产生影响，后续系统升压后密封性能与实验前对比相当，这与法国制造厂低压试验结果一致。
本发明实施例中的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统通过静态下降压盘动试验，验证在在不同压差下的启动力矩来验证密封之间是否存在液膜；密封升压试验，验证正常工况下初始密封性能；降压试验，验证各个压差下包括低于最小压差下密封特性；升压试验，验证低于最小压差运行后密封性能能够恢复初始状态；密封拆卸检查，检查密封表面状态是否存在磨损痕迹。
本发明实施例中的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统适用于100型反应堆冷却剂泵一号密封低压差运行的研究，长期以来主泵一号密封试验鉴定技术目前只有少数几个国家所掌握，国内从未执行类似相关试验，此次通过离线试验可以全仿真模拟现场真实情况，打破了国外技术垄断的壁垒，降低了因事故发生后缺乏相关经验和理论分析而保守决策带来的机组非计划停堆抢修带来的巨大经济损失，大大提高了设备可用性的评价分析依据，从此无需再委托国外密封制造厂提供试验数据及评价意见，自主研发探索填补了国内该技术领域的空白，实现掌握核心运维能力迈上了新台阶。
本发明实施例中的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统带来的直接经济效益：避免停机约12满功率当量日，发电量约1.1亿人民币；节约一号密封等备件，价值约200万人民币。
本发明实施例中的主泵一号密封低压差运行离线测试方法及系统带来的间接效益：填补了国内核电主泵一号密封试验非运行工况试验的空白，而且掌握关键核心维修技术，提高故障诊断和故障分析的能力；此外也为一号密封非工况运行研究提供理论依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种主泵一号密封低压差运行离线测试方法，其特征在于，包括：
S1.静态下降压盘动试验：
设置初始注入压力为3.43MPa，初始压差为3.25MPa，初始盘动力矩＜22.5NM；
然后逐渐降低所述压差至0.61MPa，设置盘动力矩均值＜22.5NM；
判断所述主泵一号密封的上下密封面之间是否存在液膜，若是，则执行步骤S2，若否，则测试不通过；
S2.密封升压试验：
设置背压为0.2Mpa，设置所述注入压力为3.4MPa，判断所述主泵一号密封的上下密封运行参数是否正常，若是，则执行步骤S3；
S3.降压试验：
逐步降低所述注入压力至0.76MPa，判断在一最低压差范围中，所述主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，若是，则执行步骤S4；
S4.升压试验：
逐步增加所述注入压力至3.4MPa，判断当前密封参数与所述步骤S2中的密封参数相比是否有异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S5.密封拆卸检查：
断电并拆卸所述主泵一号密封的上下密封组件，判断所述上下密封面是否有明显异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述最低压差范围为0.57-0.6Mpa；和/或，所述温度阈值为59.5-60.5℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述温度阈值为60℃。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述逐步降低所述注入压力至0.76MPa为手动调节；和/或，所述步骤S4中，所述逐步增加所述注入压力至3.4MPa为手动调节。
6.一种主泵一号密封低压差运行离线测试系统，其特征在于，包括静态下降压盘动试验装置(10)、密封升压试验装置(20)、降压试验装置(30)和升压试验装置(40)：
所述静态下降压盘动试验装置(10)包括初始值设置模块(11)、压差降低模块(12)和第一判断模块(13)：
其中，所述初始值设置模块(11)用于设置初始注入压力为3.43MPa，初始压差为3.25MPa，初始盘动力矩＜22.5NM；
所述压差降低模块(12)用于逐渐降低所述压差至0.61MPa，设置盘动力矩均值＜22.5NM；
所述第一判断模块(13)用于判断所述主泵一号密封的上下密封面之间是否存在液膜并选择性地输出第一判断结果；所述第一判断结果若为是，则输出信号至所述密封升压试验装置(20)；若为否，则测试不通过，不输出；
所述密封升压试验装置(20)包括密封升压设置模块(21)和第二判断模块(22)，
其中，所述密封升压设置模块(21)用于根据所述第一判断结果选择性地设置背压为0.2Mpa，设置所述注入压力为3.4Mpa；
所述第二判断模块(22)用于判断所述主泵一号密封的上下密封运行参数是否正常、并选择性地输出第二判断结果；
所述降压试验装置(30)包括降压模块(31)和第三判断模块(32)，
其中，所述降压模块(31)用于根据所述第二判断结果逐步降低所述注入压力至0.76Mpa；
所述第三判断模块(32)用于判断在一最低压差范围中，所述主泵一号密封的密封泄漏量是否为零、且泄露温度低于一温度阈值，并选择性地输出第三判断结果；
所述升压试验装置(40)包括升压模块(41)和第四判断模块(42)，
其中，所述升压模块(41)用于根据所述第三判断结果选择性地逐步增加所述注入压力至3.4Mpa；
所述第四判断模块(42)用于判断当前密封参数与所述密封升压试验装置(20)中的密封参数相比是否有异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括密封拆卸检查装置(50)，包括断电拆卸模块(51)和第五判断模块(52)；
其中，所述断电拆卸模块(51)断电并拆卸所述主泵一号密封的上下密封组件；
所述第五判断模块(52)用于判断所述上下密封面是否有明显异常，若是，则测试不通过；若否，则测试通过。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述最低压差范围为0.57-0.6Mpa；和/或，所述温度阈值为59.5-60.5℃。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述温度阈值为60℃。
10.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述降压试验装置(30)中，所述降压模块(31)逐步降低所述注入压力至0.76MPa为手动调节；和/或，所述升压试验装置(40)中，所述逐步增压模块逐步增加所述注入压力至3.4MPa为手动调节。
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