汽动辅助给水泵汽侧至下游消音器异音处理

吉广娇

(辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116319)

0 引言

2019年3月25日，某电厂汽动辅助给水泵汽侧至下游消音器之间发出明显的异音，起初声音较大，无规律性闪发，随后出现频率增高，声音较小，时间出现了规律性，并且异音期间泵振动探头呈间歇性波动，最大波动至5.18 mm/s(报警值7 mm/s)，且异音周期与振动波动周期吻合，经查询趋势监测对比其他机组设备是否存在类似问题，仅此台设备存在此波动现象，且自2018年初就有振动波动现象。

由于故障现象较为特殊，一时间无法锁定异音真正来源，现场核实设备缺陷，检查过程中声音突然消失。在此检查过程中，分析原因可能为水击现象使设备管道产生异音。检查泵本体及疏水器，未发现异常。初步定位消音器处存在间歇异响，随后分析消音器结构，发现在消音器下方存在一疏水管，如疏水管存在堵塞情况，凝结水将在消音器底部聚集，当冷凝水液位达到一定高度后，将从汽动泵乏汽主管道回流，从而与蒸汽混合，温度的瞬变导致了水击现象的产生。根据此分析结果，对消音器疏水管进行检查，发现疏水管真实存在堵塞的情况，进一步验证了此前分析的结论。在对疏水管进行清理后，启动汽动泵执行月度小流量试验，试验过程中汽动泵运行无异常，设备可用。

1 系统及设备信息

汽动辅助给水系统作为正常给水系统失效时投入运行以排出堆芯余热；正常运行时，作为蒸汽发生器的后备水源用于蒸汽发生器的充水，及在机组启动、停运的某些阶段代替主给水系统的作用[1]。每台机组有2台汽动辅助给水泵组(50%)。蒸汽通过汽动泵做功后通过乏汽管道至消音器排至大气。汽动泵停运状态下有乏汽倒灌至汽机侧，保持汽动泵暖机热备。而乏汽不断通过消音器排至大气，同时消音器留有疏水管线，对罐内存留冷凝水进行疏导。

汽动辅助给水泵的汽机与水泵一体化，共用一根轴、一个壳体。由汽轮机驱动泵体叶轮，为系统供水。轴承的润滑水取自于泵第一级叶轮出口，并经自洁式过滤器过滤，通过安装在水室上的节流阀送到轴承，润滑水通过水室回流管回到泵入口[2]。

图1 系统及设备

2 原因分析

针对故障现象，分析异响故障模式，分别从相关故障模式进行深入分析。

2.1 消音器本体异音

图2 故障模式

2.1.1 消音器疏水管线存在堵塞

理论上，如果消音器疏水管线堵塞，消音器内部凝结水会积累40 mm深，在乏汽持续外排过程中，由于汽液两相同时存在，可能出现水击现象，蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，会发出巨大音响和振动。

图3 疏水管检查情况

现场使用温枪对疏水管线测温，约30 ℃，测量其他机组疏水管线温度，约40 ℃，说明疏水管线可能存在堵塞。结合理论分析制定疏水管线法兰拆除检查方案，如拆除后无水流出，说明法兰上游至消音器段可能存在堵塞。如拆除后有水流出，说明法兰上游无堵塞，则向法兰下游灌水，灌水过程中如无水冒出，则管线畅通，如有水冒出，则说明法兰下游管线堵塞。

现场按照制定方案执行，疏水法兰解开后，发现法兰上游无水流出，通过内窥镜伸入向法兰上游检查，发现消音器底部存在黄色类似锈泥状固体，桶开后大量凝结水流出，持续20 min，疏水管弯头锈渣堵塞。

2.1.2 异物进入消音器导致异响

现场听取异音特性类似金属撞击声音，爬至消音器下游房间，发现顶部装有滤网。并且查询历史检修情况，于2018年10月执行消音器房间疏水管线改造工作，防异物措施控制良好，在滤网旁边进行打孔，不会导致异物落入，结合异音特性，异物落入导致异响的可能性低。

2.1.3 消音器本体部件松动异响

消音器本体结构，由导流管、5个消音器片、限位架等主要部件组成，根据异响声音，消音器片松脱与筒壁磕碰可能性较高，但根据结构特性，消音器片与限位架配合，消音器内部消音片检查，发现消音器内两端的消音片存在松动，且与限位板存在较大间隙，徒手推动存在轻脆的金属碰撞声。与异音基本一致。

图4 消音片检查情况

2.2 管道支架相对运动引起异音

2.2.1 系统振动导致支架松动异响

现场检查发现异音来源于汽动泵汽侧至消音器之间，沿程排查管线及支架，共检查6处支架，未发现支架松动及碰磨问题。结合异音出现时，泵都处于停运状态，无振源，因此系统振动导致支架松动异响的情况可排除。

2.2.2 热膨胀导致支架异响

管道热胀冷缩引起支架相对运动导致发出异响，首先汽泵状态稳定，管线温度几乎无变化，可排除外力导致管道支架异响的可能性。

图5 支架位置图

2.2.3 管道内壁冲蚀异响

管道内窥镜检查，两块疑似冲蚀痕迹。经进一步RT检查发现一处缺陷，非凝结水流向位置，初步可排除异音影响。

图6 管道内壁检查情况

2.3 汽动辅助给水泵本体部件异音

2.3.1 本体汽侧部件松动异响

现场使用听针听取声音，异响来源于汽侧，根据汽动泵设备结构特点，汽侧部件主要有汽机喷嘴、汽机叶片、热屏等，汽机喷嘴为整体紧固在汽柜部件，且有焊丝防脱，异音可能性低。汽机叶片同泵轴为一体件，且叶片与静止部件设计V间隙值为1.19～2.20 mm[3]，不足以产生碰撞声音。热屏为紧固在泵壳体部件，且硬度低于不锈钢，现场听取声音明显不是热屏声音，且大修刚刚执行完全检工作，执行启动试验，泵体汽侧无异音，说明泵本体汽侧部件松动的可能性排除。

查询泵转子推力间隙U为0.61 mm，平衡盘靠泵侧与平衡室盖司太立合金配合，汽机侧与耐磨环配合，考虑现场异音为连续型，声音非常脆，而转子只有在推向泵侧才有金属碰撞声音，且转子整体撞击声音会很沉闷，因此平衡盘撞击的可能性低。

图7 汽动泵汽侧主要部件

2.3.2 主汽门阀芯动作异响

汽动泵的蒸汽从蒸汽发生器出口引出，经过汽水分离器后，到达汽动泵蒸汽入口。经过入口关断阀、调节阀、喷嘴后，对汽轮机做功，变为乏汽排出。当电气跳闸、机械跳闸动作或现场手动打闸时，蒸汽经过关断阀后直接从乏汽管路排走[4]。

图8 进汽部件示意图

关断阀工作原理如下描述。关断阀手轮控制阀杆位置，但阀杆与阀芯并不直接相连。手轮旋转带动阀杆向关闭方向移动时，会将阀芯推向关闭位置。而阀杆向开启方向移动时，并不能带动阀芯向开启方向移动。因此，手轮和阀杆的主要作用为将关断阀阀芯限制在关闭位置，以便将汽动泵隔离[5]。

开启前，在电气跳闸电磁阀、机械/手动跳闸阀门均关闭的情况下，蒸汽压力推动阀芯向打开方向(向左)移动。

开启过程，阀芯被蒸汽压力推开后，蒸汽通过阀芯与阀体间的空间流向调节阀。由于阀芯两边面积不同，作用在阀芯两边的蒸汽压力也不同，压差将阀芯推至全开位置。

图9 开启前蒸汽走向

图10 开启过程蒸汽走向

触发跳闸，电气、机械或手动跳闸出发后，相应的阀门打开，蒸汽通过关断阀阀芯内部的通路流向乏汽管道。由于阀芯两侧面积不同(d2>d1)，蒸汽压差将阀芯向关闭方向(向右)推动，直至阀门关闭。

值得注意的是，采用跳闸方式停泵后，关断阀阀芯处于关闭位置。而若采用关闭上游系统蒸汽隔离阀的方式停泵，则关断阀阀芯位置保持在打开的状态。

图11 关阀蒸汽走向

根据主汽门动作原理，泵停用状态只有主阀芯可活动(开关状态见图)，而阀芯活动需要蒸汽进入且产生压差，热备状态下仅有0.1 bar乏汽进入，通过检查进汽隔离阀及活塞背部排汽阀没有内漏声音，而且用听针听主阀位置，可排除主阀芯动作。

2.4 小结

综合各方面可能原因，列出相关原因可能性。

表1 原因列表

3 措施及改善效果

通过异音形成机理，现场为了解决消音器异音问题，将疏水管道弯头切割后内部打磨清理，消音器内2个消音片与限位板焊接固定。以上措施实施完成，异音消失，缺陷得以彻底处理。

4 结论

根据以上全面分析，异音来源于消音器消音片松动叠加疏水管线堵塞。消音器疏水管线堵塞疏水不畅，消音器底部凝结水堆积，暖机蒸汽持续排出，出现水击现象(蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，会发出巨大音响和振动)，而2个消音片存在松动，周围蒸汽凝结出现压差，消音片位移产生金属敲击声音。后续将针对汽液两相工况进行深入理解分析。