核电站冷水机组常见故障分析诊断与维修

黄海铭+刘隽+陈龙

摘 要 本文在对核电站电气厂房冷却水系统及冷水机组工作原理进行分析的基础上，总结出核电站冷水机组在运行过程中容易发生的故障，并对这些故障进行分析和诊断，根据维修中总结出的经验，对冷水机组的维修后状态进行调整，从而降低故障的发生及减少其在生产过程中所造成的损失。

关键词 核电站;冷水机组;故障诊断与维修

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0077-02

核电站利用核反应堆发热的形式，代替了火电站原有的锅炉加热发电的形式，在很大程度上促进了发电系统的发展，核电站除了核反应堆以外，还需要许多重要的设备与之相配合使用，包括主泵，稳压器，蒸汽发生器，安全壳，汽轮发电机和各种冷却系统等，其中核电站冷水机组在为核电站的提供冷源方面，起到了至关重要的作用。

1 核电站冷水机组的工作原理

电气厂房冷冻水系统是一个封闭式的冷冻水回路。其功能是将电气厂房的各通风系统冷却盘管回收的热量，通过冷水机组传递给设备冷却水系统。电气厂房冷冻水系统是为主控制室空调系统、电气厂房主通风系统、电缆层通风系统这三个系统的冷却盘管提供8℃的冷冻水。这个系统的学习重点在于弄清楚制冷的基本原理，也就是以下制冷的四个过程：

低温、低压的冷媒气体在压缩机中压缩成高温、高压气体;

高温、高压气体在冷凝器中传热给冷却水冷凝成高温、高压的液体;

高温、高压的液体经过电磁膨胀阀成低温、低压的液体;

低温、低压的液体在蒸发器中吸热蒸发成低温、低压的气体。

如此四个过程依次循环，周而复始，其中的难点在于系统中介质的流动和形态的变化，要弄明白冷媒的流程和润滑油的流程。冷媒的流程是从压缩机开始，依次经过油分离器、冷凝器、电池膨胀阀、蒸发器，最后回到压缩机中。润滑油从压缩机开始，依次经过油分离器、油过滤器，再回到压缩机中。

2 核电站冷水机组故障分析

以下列举几起核电站冷水机组发生故障的过程，并对其处理结果和发生原因进行分析。

1）事故经过及原因分析。冷水机组第一起事故的源头在蒸发器的进口水室，由于该处有残留的异物碎片，对发热器的部分传热管造成了堵塞，使该部分传热管冷水结冰，导致传热管被冰胀裂，水流入制冷剂系统中，导致压缩机湿压缩，造成对叶轮的破坏。还有两起事故是因为制冷机组里的制冷剂输入过多，导致叶轮受到破坏，压缩机轴承也受到了严重的破损。

在对该事故的原因进行了深入分析的同时，发现在第一起事故中，无论在轴承还是压缩机的供油回路中，都存在少量的异物，制冷机组在系统压力低的情况下，由于保护开关失效也没有起到应有的保护作用，并且发现制冷机组的制冷剂部分系统由于长期得不到清洗，内部较脏，并且锈蚀现象十分严重。

2）事故的处理。对于以上几起事故的发生，对于事故处理方面所应采取的措施进行了如下总结：利用稳定性强、耐磨的物理材料，对原轴承座进行基础面的清理和喷涂，使其轴承之间完整贴合，防止轴承之间不同心现象的发生;使用液态的制冷剂，对其系统进行冲洗，并在其中安装过滤器，以避免系统内异物的残留;按照严格的标准对制冷机组的各个系统进行润滑性能检测，如有异常，及时进行处理;并且检测系统中各项开关是否处于故障状态，如遇故障，及时将其排除;对于系统中的制冷剂也要及时更新，防止旧的制冷剂影响系统性能[1]。

3 核电站制冷机组的状态调整

在对制冷机组进行各项故障排除后，需要对制冷机组的各项性能参数进行重新整合和设置，具体调整进程包括以下四各方面的内容。

1）冷水机组热力膨胀阀的调整。将具有测量压力和压力差作用的压力表，安装在蒸发器和浮球阀中间的管线上，以此观察压力差的变化，并运用膨胀压力阀，对制冷机组的冷凝压力进行相应的调整，保持蒸发器中的制冷剂液位与第一排管子相持平，并根据液位的高低，适度调整膨胀阀。

2）压缩机气封压力的调整。通过调整压缩机上部的内六角阀，将压缩机内的气封压力调整到相应水平，通常情况下，气封压力相较蒸发压力高出0.41～0.16MPa。

3）冷水机组的叶轮平衡压力的调整。在压缩机叶轮的工作过程中，会受到制冷剂来自轴向的强大压力，因此需要对叶轮进行相应的调节，以适应该轴向压力，使叶轮的前后压力达到平衡，在压缩机的侧面就有对这个压力进行调节的测量点，压缩机的有机液体阀门可以实现这一调节过程，通常情况下，使叶轮达到平衡的压力相较蒸发压力高出0.02～0.04MPa。

4）压缩机润滑油流量的调整。首先需要根据有关图表，和压缩机各个润滑点前的节流前后的压差，查出相应压缩机中润滑油的流量，通过制冷机润滑油泵出口处的旁通阀开关的调节，来实现对制冷机中润滑油的流量的调整[2]。

4 核电站冷水机组存在的问题与改进措施

1）冷却水流量不能根据冷凝压力的改变而调整。由于制冷机组设计师在对制冷机组研发和设置过程中，没有加入对其冷却水流量测量电动阀的设置，因此冷却水的流量，不能根据冷凝压力进行自主调整，需要进行人为的手动调整，当冬天来临，冷却水源的水温降低，制冷机组中的冷凝压力也相应降低，因此导致制冷机组中的蒸发压力也有所下降，这样会使制冷机组形成低压的自我保护模式，导致制冷机组停止运行。基于这种现状，需要采取手动调节的方式，在水温较低时，将制冷机组内部的冷凝压力设置在0.8MPa左右，这样能虽然能起到一定的调节作用，但不能从根本上解决问题，所以在生产制冷机组的过程中，加入水流量自动控制系统，对于核电站的核岛冷水系统制冷机组将是一项意义深远的工程[3]。

2）制冷剂节流膨胀阀的开度控制系统不可靠。由于核岛冷水系统制冷机组的节流模式仍停留在膨胀阀的机械式使用上，该调节方式具有很大的不稳定性，同时又受到制冷系统内部格选各项压力的影响，其在调节的过程中，存在很大的缺陷，还经常因为其调解的不灵敏性，导致制冷剂的液面不断波动。为了解决此问题，建议把膨胀阀换成电机控制，并且添加一个液位的传感器，这样既可以避免膨胀阀缺陷的发生，更可以保障调节过程的可靠性。

3）制冷剂系统的环保问题。众所周知，氟利昂对于大气臭氧层有很大的破坏作用，因此制冷机组中制冷剂的更新换代也是刻不容缓，在面临制冷机组更新换代的核电站，可以采取更换整组制冷机组的方式，制冷机组设备尚保持完好性能的核电站，可以采取更换制冷剂（R134a）和压缩机叶轮，增速齿轮，密封材料以及制冷机组的润滑油的方式，以此来减少制冷机组对环境造成的不良影响。

4）机组与管道的减振与降噪。在冷水机组中的相应部位，设置橡胶材料的减震装置，并且将金属软管设置到蒸发器和冷凝器的进出口处，降低其在振动过程中产生的噪音，并且制止噪声通过管道的媒介传递出去[4]。

5 结论

随着核电站技术在全国大规模的实施，相关部门在核电站的建设和运行过程中，也积累了相应的经验和心得，然而安全问题仍然不容忽视，加强核电站安全工作的开展，降低故障的发生，仍然是核电站工作的重中之重，只有加强对系统各项性能的检测，对故障进行及时排除和维修，才能使冷水机组在核电站中安全稳定的运行下去，极大程度地避免和缓解事故的

发生。

参考文献

[1]崔巍.核电冷水机组设备监造的质量控制[J].机械工业标准化与质量，2011，02（36）：34-37.

[2]刘广州，李燕坡.YS型冷水机组常见故障分析与处理[J].深冷技术，2011，04（56）：11-13.

[3]王志胜，刘晓忠.核岛电气厂房空调冷冻水系统及其冷水机组设计准则的引用及分析[J].核动力工程，2011（S2）：23-26-30.

[4]黄澄，朱雪明，肖泽.设备在线振动监测与故障分析诊断技术在大型水泵机组中的应用[J].给水排水，2010，05（47）：53-57.endprint