田湾核电站1、2号机组海水深井泵国产化

韩 伟，支凤春

（江苏核电有限公司，江苏 连云港222042）

江苏田湾核电站1、2号机组分别配置两台莫斯科“OKBM”水利设计院设计生产的ЦВА型海水深井泵PCC40AP001/AP002，泵安装在海水系统厂房中，泵提供海水冷却水，通过板式换热器与制冷机冷冻水系统QKM冷却水进行热量交换，冷却QKM系统的冷却水，并为旋转滤网提供反冲洗水。泵主要用于对制冷机冷冻水系统QKM进行冷却，冷冻水系统QKM用于多个厂房的空调系统，如果深井泵PCC40AP001/AP002由于振动等缺陷不能正常运行引起QKM系统停运，会使全厂空调系统冷却水丧失，将会影响到全厂设备的安全稳定运行，尤其对反应堆控制棒驱动机构等仪控电子设备的正常运行造成严重影响，从而对电站安全产生直接威胁。

由于设备参数选择和设计的原因，自调试时期就存在泵振动超标问题，针对振动超标问题，中、俄双方专家进行了多次分析讨论并开展了全面的维修，但始终不能彻底消除振动超标问题；最后只能采取临时措施，即加装电机抗振支架，通过频繁调整拉杆紧力，强行束缚电机使其振动降低到标准范围内；同时为解决振动超标问题，需要频繁对泵进行解体检修，且每次检修都需要校直泵轴、对研泵座和基础台板、更换俄供备件等工作，不仅耗时、耗力、费钱，还直接影响工期进度，如在正常运行期间进行解体检修，还将增加机组的运行风险。因此，迫切需要进行设备替代以解决振动超标问题。

同时俄供泵PCC40AP001/AP002设备选型时泵轴材料设计为316L，运行期间出现了不同程度的腐蚀问题，影响设备的运行质量，需要通过替代消除泵出现的腐蚀问题。俄供泵PCC40AP001/AP002结构如图1所示。

1 存在问题及原因分析

1.1 振动超限及原因

据统计，自1、2号机组泵PCC40AP001/AP002投运以来，发生运行中振动超标的次数达到15次之多，需要频繁的进行解体检修。究其原因主要在于泵的设计转速相对较高（1450 r/min），叠加泵是多段组合长轴泵，以及底板、底座和加强筋钢材厚度不够等因素，导致振动偏大。

图1 俄供泵PCC40AP001/AP002结构图Fig.1 Structure of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

泵体以及泵轴过长，并且是多段组合，旋转轴的累积形位公差及轴的变形导致机组轴线不对称、各部分不同心，在高转速下泵运行旋转一段时间后，摆度逐渐超过允许值，引起轴承偏磨，引起轴承和密封部件磨损破坏或间隙过大（见图2），从而使泵体发生更大振动。

图2 俄供泵PCC40AP001/AP002轴承套固定件Fig.2 The fixing pieces for the bearing sleeve of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

泵电机底板、底座以及加强筋钢材厚度不够，因此刚性不足，且其水泥基座较大，安装时是利用基础板安装在基座上，在泵轴高转速偏摆的情况下容易传递振动（见图3），也是泵振动偏大的主要原因之一。

图3 俄供泵PCC40AP001/AP002电机底座Fig.3 Electromotor pedestal of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

同时由于泵出口管道系统运行工况较为复杂，且经常处于流量不正常工况运行，出口压力有较大波动，也是导致泵振动偏大的一个因素。

1.2 泵主要部件腐蚀及原因

泵轴、叶轮等主要部件选材为316L，该材料在氯化物环境中耐腐蚀和冲蚀能力相对较弱，叠加水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口流体的波动、非额定工况等各种原因，泵体内的流体发生流动不稳定或形成汽蚀，冲击泵体，导致泵轴损伤以及磨蚀（见图4）。

由于双相不锈钢在氯化物环境中具有更好的应力腐蚀破裂抗力，需要在替代泵的材料选择时优先考虑选择耐腐蚀性能更好的双相不锈钢，同时提高水泵设计的汽蚀余量以消除汽蚀。

图4 俄供泵PCC40AP001/AP002轴点蚀图Fig.4 Axial spot corrosion of pump PCC40AP001/AP002 supplied by Russia

2 替代方案

2.1 替代的目标

替代基于满足替代后泵在系统运行工况下能够执行其原有功能，相应技术参数能够达到原技术参数要求的前提，通过替代消除原有物项的缺陷，消除振动超标问题，提高泵的抗海水腐蚀和磨蚀能力。

2.2 替代的方案

针对存在的振动超标问题，主要从降低泵转速和提高电机及支座的稳定性角度来解决；根据泵组振幅与振速的关系式“振速＝振幅×振动角速度”，降低泵的转速，也必然降低泵的振动；经过论证替代泵组转速设计为990 r/min，设计上避开共振频率，使其远离动平衡区域，降低产生振动的可能；同时从设计上降低吐出弯管与电机支座的高度，加大吐出弯管外桶体直径，从而加大泵组的支撑面，提高电机和支座的稳定性，有效改善原来泵组头重脚轻的情况，使泵组运行更平稳，从而实现振动的降低，泵组稳定性的增强。

针对存在的设备腐蚀问题，从选材方面对双相不锈钢进行了性能分析，双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能、良好的耐孔蚀性能、良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能，可以用来做泵的主要部件。因此选材上使用了耐海水腐蚀的双相不锈钢，泵主要零件如主轴、叶轮、导叶体、吸入喇叭口选材为耐海水腐蚀的双相不锈钢。

为减少国产化替代的风险，确保能可靠地开展替代工作，田湾核电站首次只进行了1号机组PCC40AP002的替代，替代泵PCC40AP002结构如图5所示。

3 替代效果

2011年3月在田湾核电站1号机组的第4次大修暨T104大修中实施了1号机组PCC40AP002的替代，替代后泵振动显著减小，运行参数平稳；2012年3月在田湾核电站1号机组的第5次大修暨T105大修对替代泵进行了现场解体检查，设备状况良好，未发现设备腐蚀问题。

3.1 振动显著减小

根据替代实施后的振动测量报告，振动最大值为0.663 mm/s,远小于振动限值4.5 mm/s，替代后振动测量报告如图6所示。

3.2 运行参数稳定

根据替代实施后的运行曲线，泵运行参数平稳，出口压力波动与海水液位变化相一致，自田湾核电站1号机组T104大修投运以来泵运行参数一直保持良好的记录；替代后泵运行曲线如图7所示。

图5 替代泵PCC40AP002结构图Fig.5 Structure of replacement pump PCC40AP002

3.3 设备腐蚀状况显著改善

图6 旋转机械振动测量报告Fig.6 Measurement report for rotation mechanical vibration

图7 替代泵PCC40AP002运行曲线Fig.7 Operation curve of replacement pump PCC40AP002

2012年3月T105大修期间，在替代泵组PCC40AP002投入运行一个大修周期后，对替代泵组进行了现场解体检查，检查了泵轴、筒体、泵壳体、连接件、推力轴承及叶轮等部件，没有发现腐蚀状况，通过替代避免了设备腐蚀影响安全稳定运行的问题。

3.4 减少了设备维护费用

泵国产化替代后，设备运行可靠性提高，检修次数减少，减少了检修费用，降低了检修成本；同时泵及其部件的备件可以在国内采购，减少了设备采购费用；整体维护费用得到显著减少。

4 结论

泵国产化替代后，消除了自机组调试期间以来，一直困扰机组安全运行的振动和设备腐蚀问题，为机组的安全、稳定、经济运行，提供了更可靠的保障，也促进了田湾核电站加快开展其他俄供设备国产化替代的步伐。替代取得了良好的效果和明显的经济效益，对泵类进口设备通过替代消除缺陷并进行国产化具有参考价值。