中核核电运行管理有限公司 韩正昌

某核电厂毗邻杭州湾，现装机容量为一台350MW机组。机组设计海水取水流量为21.33m3/s，位于49-3#海水泵房安装了4台海水泵为：02#设冷热交换器、07#应急柴油发电机组套管式水冷器提供海水冷却水。海水泵房为整体构筑物，由于杭州湾在地理上呈漏斗状，湾面从宽到窄急行收缩，导致取水口所在海域潮强流急、含沙量大，水域涨、落潮含沙量最大可达5～12kg/m3，平均为3～6kg/m3。海水泥沙颗粒直径比较细（小于0.1mm的颗粒占97%以上），难以预沉去除。海水对泵房内旋转机械及管道阀门的使用寿命有着不利影响。另外，吸水室结构设计存在着不合理因素，近年来4台海水泵各类缺陷频发，也影响了机组运行的安全可靠性。

某核电厂4台海水泵为沈阳水泵厂生产20SHF-19型单级双吸水平中开卧式离心泵，核安全3级，抗震I类设计。海水泵吸入口与吐出口均在轴心线下方，水平方向与轴线成垂直位置。泵体与泵盖的结合面在轴心线上，其间用胶质石棉板密封，位于泵轴中间位置。两端支承为滑动轴承，轴密封采用机械密封。泵体与泵盖共同构成泵的工作室。吸入管与吐出管和泵体铸成一体，其中心线与轴线呈垂直位置。在吸入管与吐出管的法兰上留有安装真空表和压力表螺孔。在泵盖上的最高点及吸入管与吐出管的最底位置也留有螺孔，用以启动前的注水和关闭后放水用。叶轮为双吸叶轮，水从两端进入叶轮。由于叶轮形状对称，叶轮两侧所受压力大致相等，过流表面应要打磨光滑，不应有疤痕和砂眼等铸造缺陷。叶轮装配在轴的中间，用平键、轴套和轴套背帽固定，轴靠两端轴承支承，通过联轴器与其相连接的电动机进行驱动。

1 海水泵常见问题及原因分析

统计近年来有关4台海水泵产生的缺陷及状态报告，设备主要失效形式概括为以下7种：润滑故障，表现为箱内油挡与轴的安装位置偏移，油挡定位螺丝松动造成油档松脱，润滑脂外漏；泵运行过程中由于振动等原因阀门阀杆松动，闸板振动，阀芯脱落失效及管道活结处渗水；腐蚀，表现为管道砂眼，防腐涂层脱落，法兰端面锈蚀等现象；海水冲刷或电动头电桩调节不到位造成泵进出口闸阀内漏，关不严等现象；异物堵塞，表现为工业水水质差造成机械密封冷却水和轴承箱冷却水流量，压力偏低，海水夹带泥沙附着造成机械密封失效等；吸入口进气等造成泵出口压力低，备用泵启动异常等；电气故障。

1.1 腐蚀防护及难点

海水泵由于其介质的特殊性，存在海水对管道、阀门、泵结构部件等多处腐蚀，日常添加次氯酸钠抑制海生物的滋生，但是次氯酸钠同样存在腐蚀问题。相对于管子较细处由于海水腐蚀产生砂眼较多，突出表现是海水泵出口压力表引压管与出口母管连接处产生砂眼。早在2017年4台海水泵均相继出现此现象，3号海水泵出口压力表引压管与出口母管连接处在2017年间出现砂眼3次，砂眼数量最多时4处，巡检发现高潮位时砂眼处呲水尤为明显，水流射出约1.2m远，出口蝶阀电桩有被淋湿的威胁。

118大修期间，4台海水泵出口压力表引压管因历史缺陷多，对其统一进行了更换。在更换新引压管后较短时间内，3#海水泵出口压力表引压管重复出现管壁砂眼缺陷。分析原因，运行期间管道受海水（秦山泥沙含量大）冲蚀，而支管焊缝部位存在几何形状畸变，容易冲刷导致焊缝穿孔渗漏失效。海水泵出口经过弯管流向两次改变，可能在小支管与母管连接处存在较严重的紊流。小支管焊缝内壁无法实施有效涂层防腐，修复也比较困难，长时间海水腐蚀作用下，容易发生砂眼或穿孔，另外不排除安装期间对于部分小支管焊缝可能会存在焊接质量控制不严，焊缝存在夹渣、气孔类等先天缺陷。目前，检修采取的解决办法是涂抹补缝剂，并用猴卡固定，后续观察砂眼处是否继续渗漏，这样处理使得缺陷有继续产生的可能。

海水泵各个部件材料不同，腐蚀效果也有差异。历年解体大修时发现，除自由端部分区域完好以外，泵轴受海水腐蚀较为严重，镀层有大量鼓泡和破损，键槽内表面有黄色浮锈，局部分布有浅的腐蚀坑，坑内为黑色，说明泵轴镀层和基体金属3CR13在海水环境中不耐磨，不耐腐蚀，初步判定由于叶轮轴孔端面与轴套端面间密封不严使得海水渗入，形成腐蚀环境，引起泵轴局部腐蚀。如泵轴断裂，母管流量减少或丧失，机组有被迫降功率和停机的风险。

1.2 备用海水泵启动异常

早在2015年主控启动3#海水泵，启泵后无流量、电流只有10A，开大出口蝶阀无效果。遂即停泵再次充水放气，就地反馈有气放出，重启后运行正常。近年来，海水泵启动过程中丧失出力的事件共发生4次，该问题已被列入2018年度该核电站十大技术问题之一。

后维修，技术人员认为造成海水泵备用状态下启动无出力的直接原因为：泵腔进入气体。分析海水泵泵腔进气可能当海水泵处于备用状态时，如果与其处于同一通道的循泵正在运行，由于海水泵的入口和泵体位置要高于循泵叶轮入口，此时流经循泵入口的大流量海水在吸水室有一定的流速，会对海水泵吸入管口会产生一定的卷吸作用，导致水中微量的气体缓慢积聚在海水泵吸入管口。

历史运行经验表明，在正常情况下，该进气量微小，并不足以影响海水泵的启动（除3#海水泵外，其他泵未发生过类似现象）。而3#吸水室流通体积偏小，且同时布置有2台海水泵与2台循泵，所造成的效应比1#、2#吸水室更为明显。这一点在5#与6#循泵同时运行时，海水泵所需的放气时间明显增加以及低潮位下，3#吸水室振动偏大可以印证。3#海水泵与6#循泵所在的海水通道体积是最小的，且布置在厂房最边缘，因此3#海水泵吸入口所受到的扰动也是最大的。气体积聚效应被放大，泵体内气体达到一定量以后，发生启动时丧失出力的事件。

另外，循泵的反冲淤易造成海水泵出力不稳，特别是低潮位下的反冲可能会造成扰流将气体排入海水泵吸入口，所以目前运行人员在反冲淤后为保险起见需将3台备用海水泵均进行放气操作。

1.3 海水泵机械密封失效

2020年配合2#EDG（B通道）带载试验，主控启动4#海水泵，现场值班员检查反馈海水泵自由端机械密封处漏水较大，呈线状。主控遂即停运4#海水泵，4#海水泵停运后自由端机械密封处仍有泄漏（约2s一滴），后续联系维修机械人员到现场再次启动4#海水泵确认缺陷，现场反馈泵自由端机械密封处漏水呈线状，判断机械密封已损坏，停泵通知抢修处理。维修人员完成了4#海水泵解体更换机械密封工作，维修后试车合格。工作中发现自由端机械密封动环座不回座是本次机封渗漏的直接原因。

根据4#海水泵解体检修现场查看情况，发现动环支架与动环弹簧座卡涩造成动环弹簧座不回座。仔细检查发现动环座表面被泥沙附着现象，动环支架与动环弹簧座之间的间隙内有泥沙堆积的情况。

根据以上现象可推断泥沙堆积在动环支架与动环弹簧座之间的间隙之中，导致弹簧座轴向运动时存在卡涩现象，造成动静密封面形成张口，引发机械密封渗漏。海水泵机械密封冷却水由开式工业水提供，每台泵有单独的支路，每台泵冷却水入口母管压力根据运行规程要求为0.2～0.3MPa，单台海水泵冷却水母管分为两条支路，分别为机械密封水和轴承箱冷却水，其中轴承箱冷却水向地沟排放。

一旦海水泵冷却水母管流量偏低或者断流，这样会使得整个冷却水管线无法形成完整的背压，可能造成机械密封水压力下降，使得机械密封水不能充分注入机械密封，导致海水夹带着泥沙在动环座位置附着。对机械密封本体进行检查后发现动环支架与动环弹簧座之间的间隙仅有0.12mm，容易产生泥沙堆积现象。所以通过以上分析认为：机械密封水不能充分注入机械密封，无法保证密封水的流动性，动环支架与动环弹簧座之间的间隙小，是造成卡涩的原因。

2 运行优化的建议

2.1 模拟水力设计，改善材料性能

目前，在工程上可以使用三维湍流计算进行离心泵流动分析。重新设计泵的叶轮和导流部件，不仅可以满足水泵性能要求，还可以保证过流部件中流体流速分布均匀，避免脱流和旋涡。提高对过流部件工艺要求，可以避免因叶片型线制作不准确，或流道壁面粗糙，引起局部水流强烈扰动和空化现象。另外，吸取国内外水力机械防止泥沙冲刷腐蚀的实践经验和科研成果，结合秦山地区实际的水质条件，可以改进海水泵现有密封方式，改善叶轮轴孔端面与轴套端面配合处的密封性能。对泵轴材料加以改善，如ZERON25或SR-4DX双相不锈钢等材料在国外先进电厂均有引用的例子，能保证密封失效海水渗入的情况下泵轴仍有良好的工作状态。

此外，海水泵出口短节法兰端面腐蚀问题在某核电站的4台海水泵出口管道上均有不同程度的存在，部分法兰的密封面上也存在海水腐蚀，可能在运行期间造成密封失效。海水泵出口短节材质为低合金钢10CrMoAl，因长期在潮湿环境中，管道短节每次大修都机械解体进行防腐检查，同时有针对性的整体防腐施工。由于短节密封面因长期受海水冲刷，部分表面产生凹坑和腐蚀产物，因海水管道为核三级管道，且有一定压力，如果对密封面防腐，不但会破坏密封水线，而且因施工原因造成密封面表面不齐整，薄厚不均，影响管道密封，严重时会造成设备停运，4台海水泵出口短节均存在此问题。某核电厂安全管理讨论会上已通过了对海水管道采取衬塑的工艺解决方案，然而介质与材料的相容性，振动等不利因素对于衬塑管道和配件的使用维护都有极大的考验。

2.2 改进状态监测手段

118大修在主控CB530盘设置循环水DCS控制站。DCS系统形成集中监测与控制，对于分析设备故障提供有力的数据支持。然而对于海水泵的监测不够完善，无法集中提供电流、振动、电机及轴承温度，转速等数据，对设备失效缺少参数变化趋势的说明。近年来，该核电站一直采用预防性维修的体制，这种计划检修是在没有对设备运行状态进行全面分析评价下决定的，存在一定的盲目性。如通过DCS系统辅助判断电机振动和温度变化，就可在电机轻损期内实现设备维护，可修复性高，检修周期短。因此，完善DCS对海水泵状态的监测手段，建立新的设备故障评价标准，是提高电站设备可利用率和可靠性，延长设备使用寿命的一种明智选择。

2.3 优化管线布置，调整循泵运行方式

结合现场条件及运行经验，优化管线布置，对于维护海水泵组高效运行意义重大。例如，减少支管阀门到母管管道长度，改进管线走向或者结构，母管引出部分采用带法兰的碳钢短管，内径尽量做大，提供良好的机械支撑力，仪表部分采用316L不锈钢法兰与短节法兰配对，法兰盘与仪表管间通过焊接大小头进行变径，使得仪表管的抗冲击能力更强等。

118大修期间在每台海水泵冷却水管线上增加了一组Y型过滤器。定期清洗保证冷却水进水压力和流量稳定，但在清洗过程中造成机械密封水断流，泥沙在动环座位置附着造成机械密封失效，所以可考虑并列增设另一组Y型过滤器，两组过滤器增设前后截止阀，实现海水泵冷却水不断流清洗的目的。

另外，应合理调整循泵运行方式和切换时间，尽量避免5#与6#循泵同时运行。当6#循泵运行时，优先启动或确认3#海水泵运行，避免循泵在低潮位切换，易形成旋涡，卷吸的空气随海水以气泡形式进入海水泵内，引起泵内汽蚀。在海水泵启动过程的一段时间内，因流动阻力增加，会加剧汽蚀的现象。

3 结语

结合其他电厂的先进经验，核电站在不断追求提升海水泵维修水平的同时，也应尝试改善海水泵各部件工艺性能。由于受电站取水口天然海水条件的影响和限制，要加强海水系统设备的巡视管理，同时通过海水泵常见问题的原因分析，拓宽运行维护的思路，在日常运行管理中合理优化海水泵的运行方式。通过上述几个方面的工作可达到降低海水泵故障率，延长设备使用寿命的目的。