M310机组汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低 原因分析及应对策略

摘要：秦二厂4号机组功率运行期间出现辅助给水箱液位下降速率变慢的现象，经过分析及实践验证，确认该问题主要由汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低引起，根本原因是汽动辅助给水泵汽侧疏水回路布置不合理及泵轴承润滑水过滤器堵塞。现场采取改进疏水回路管线布置、疏水器排气、过滤器在线刮洗等整改措施，明显地提高了汽动辅助给水泵轴承润滑水量，避免汽动辅助给水泵运行时汽轮机叶片损坏和泵轴承卡死，降低了核电厂专设安全设施损坏的风险。

关键字：辅助给水箱；汽动辅助给水泵；轴承润滑水；排水不畅；过滤器堵塞

1. 问题介绍

2024年9月10日，秦二厂4号机组辅助给水箱液位下降速率逐渐变慢，从初始0.12m/d逐步降为0.03m/d， 3号机组辅助给水箱液位下降速率稳定在0.15m/d，未出现变慢的现象。正常情况下为什么辅助给水箱的液位会下降？液位下降速率变慢的原因是什么？如何应对？

图1：秦二厂4号机组辅助给水箱液位下降趋势图

2. 原因分析及实践验证

2.1系统介绍

辅助给水系统（ASG）属于核电站专设安全设施，在蒸汽发生器正常给水系统发生事故时，辅助给水系统投入运行，导出堆芯余热，直到反应堆达到余热排出系统（RRA）投入状态。

图2：辅助给水系统（ASG）流程简图

辅助给水系统设置一个辅助给水箱、两台100%流量的电动泵、两台100%流量的汽动泵和一套两台机组共用的除氧装置。

辅助给水箱上部由氮气覆盖，通常充水到高水位（10.2m）和高高水位（11.62m）之间，以保证最小可用水容量为790m³。电动泵和汽动泵均为卧式多级离心泵，电动泵及其电机由泵输送流体进行冷却。汽动泵由汽轮机驱动，泵与汽轮机呈一整体结构型式，带有两只径向水润滑轴承，由泵输送的流体自润滑[1]。

2.2原因分析

2.2.1辅助给水箱液位下降速率变慢原因分析

辅助给水电动泵由所输送流体提供冷却水，但冷却水在系统内循环，未排出系统，不会导致辅助给水箱液位下降。汽动辅助给水泵两只径向轴承润滑水来自泵一级叶轮出口，经过滤器进入轴承之间的中央水室，一部分润滑水经过轴承与轴之间的间隙进入汽轮机乏汽排放管道，经过疏水装置排放至地坑，因此正常情况下辅助给水箱液位以一定的速率缓慢下降。

辅助给水箱液位下降速率变慢可能存在两方面的原因：一是辅助给水箱补水回路内漏；二是汽动辅助给水泵轴承润滑水量减少。

辅助给水箱补水管线上设置一个气动阀和一个手动阀，气动阀在水箱液位低于高高水位时保持开启，手动阀常关。由于两台机组辅助给水箱补水管线上游连接在一起，在3号机组辅助给水箱补水期间，观察4号机组辅助给水箱液位下降趋势没有变化。现场破坏中性点关闭气动阀（115VD），观察4号机组辅助给水箱液位下降趋势也没有明显变化，因此排除4号机组辅助给水箱补水管线内漏的可能。

综上所述，4号机组辅助给水箱液位下降速率变慢的原因是汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低。

2.2.2汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低原因分析

汽动辅助给水泵叶轮、汽轮机叶轮和导叶都装在公共轴上，该轴由两只水润滑的径向轴承来支承。轴承润滑水来自泵一级叶轮出口，经过过滤器后进入轴承之间的中央水室，一部分水回到泵壳，另外一部分水进入汽轮机乏汽排放管道，与乏汽冷凝水经过疏水管道排放至地坑，中央水室多余的水通过引漏管进入泵平衡管，最终回到泵入口。

图3：汽动辅助给水泵轴承润滑水流程示意图

汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低可能存在两个方面原因：一是轴承润滑水疏水回路不畅；二是轴承润滑水回路堵塞。

2.3现场排查

2.3.1汽动泵轴承润滑水疏水回路排查

汽动辅助给水泵（ASG003/004PO）乏汽及泵轴承润滑水疏水管道对应的疏水器为ASG002/068PU，3/4号机组相关设备的位置如表所示：

表1：汽动辅助给水泵轴承润滑水疏水系统相关设备位置统计表

从表1中可知，3号机组疏水器与接收地坑之间的位差明显比4号机组大，4ASG068PU与接收地坑之间位差最小。现场分别对4ASG002/068PU上下游管道进行了水位测量，如图所示：

图4：4ASG002/068PU疏水器上下游管道水位测量情况

现场测量管道水位，发现4ASG002PU（ASG003PO疏水器）上下游管道均为空管状态，而4ASG068PU（ASG004PO疏水器）上游管道约为4/5水位，下游管道约为2/3水位，均未满管。

现场排查4ASG068PU疏水器下游管线同样存在半管水位现象，并且疏水管道出口插入地坑液面以下。现场启动地坑泵将液位排低后，管道内有大量的水流出，再次测量疏水器下游管道，结果为空管状态。

因此根据现场排查结果分析，4号机组汽动辅助给水泵轴承润滑水疏水回路排水不畅的主要由4ASG068PU疏水器排水不畅引起，主要原因有三个：一是4ASG068PU疏水器与接收地坑位差小；二是4ASG068PU上下游管线管道未满水，且疏水器下游管线横管较长（约9m）,管道内容易积气，形成气阻；三是疏水管道出口淹没在液面以下，会降低疏水速率。

2.3.2汽动辅助给水泵轴承润滑水回路堵塞排查

汽动辅助给水泵停运时辅助水箱靠静压经过过滤器和压力调节阀两路供轴承润滑水，轴承润滑水压力（061/062LP）约为1bar；泵运行时水从泵一级叶轮出口经过滤器进入中央水室，为轴承提供润滑水，中央水室多余的润滑水经过引漏管和平衡管返回泵入口，通过引漏管上的手动调节阀（237VL）可调节轴承润滑水的压力，执行汽动辅助给水泵定期试验时轴承润滑水压力约为6-8bar。

若轴承润滑供水回路过滤器堵塞或者轴承与轴之间的间隙堵塞，会导致轴承润滑水量减少。

2.4实践验证

2.4.1汽动辅助给水泵疏水回路整改措施及效果验证

根据分析，对汽动辅助给水泵疏水至地坑(8SEO03PS)的末端部分管线进行切割，使其末端管线出口始终在地坑液面上方，避免疏水管线出口淹没在水面下，减小疏水阻力。同时重新投运疏水器（4ASG068PU），开启旁路阀对疏水回路U型管段排气以减小气阻，再次测量疏水器上下游的横管段均为满管水位。

图5：汽动辅助给水泵疏水回路整改效果对比图

整改后4号机组辅助给水箱液位下降速率由0.03m/d上涨至0.06m/d，即轴承润滑水量由2.216m³/d上涨至4.432m³/d，轴承润滑水量明显上升。

2.4.2汽动辅助给水泵轴承润滑水回路整改措施及效果验证

现场查看轴承润滑供水回路过滤器为手动叠片式过滤器，通过其顶部手轮可手动在线刮洗，降低过滤器的压差，以增加轴承润滑水的流量。

汽动辅助给水泵启动前，现场对过滤器进行在线刮洗。4ASG003PO启动后轴承润滑水压力为6.6bar，辅助给水箱液位下降速率由0.06m/d上涨至0.12m/d，轴承润滑水量由4.432m³/d上涨至8.863m³/d；4ASG004PO启动后轴承润滑水压力为8.8bar，辅助给水箱液位下降速率由0.12m/d上涨至0.17m/d，轴承润滑水量由8.863m³/d上涨至12.5m³/d。4号机组汽动辅助给水泵轴承润滑水量恢复正常，辅助给水箱液位下降速率也恢复正常。

3. 风险分析及应对策略

3.1风险分析

汽动辅助给水泵轴承润滑水量下降主要由汽轮机乏汽疏水回路排水不畅和泵轴承润滑水回路过滤器堵塞引起，对于机组正常运行有哪些风险呢？

（1）汽动辅助给水泵汽轮机疏水回路排水不畅，可能导致水积聚在汽轮机腔室内。汽动辅助给水泵启动后转速稳定在8300-8600rpm，汽机腔室内积聚的水可能导致汽轮机叶片因水击而损坏，同时也会加速汽轮机叶片等部件的腐蚀。

（2）汽动辅助给水泵轴承润滑水回路过滤器堵塞导致轴承润滑水量减少，轴承润滑不足，可能导致泵运行时轴承过热损坏或启泵时卡涩咬死，最终导致泵损坏，机组安全裕度降低，甚至机组非计划退防。

3.2应对策略

针对汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低的原因排查及现场验证情况，应对措施如下：

（1）机组大修后启动时增加4ASG068PU疏水器所在的U型管段排气操作，减小气阻。

（2）调整4ASG068PU疏水器安装位置，将其由-7.0m层调整至-3.4m层或0m层，增加疏水器与地坑之间的位差，提高疏水能力。

（3）将汽动辅助给水泵轴承润滑水回路过滤器的排污堵头改为排污阀，便于在线刮洗。

（4）在定期试验规程中明确汽动辅助给水泵运行时轴承润滑水压力（大于4bar），并明确干预准则。若轴承润滑水压力小于4bar，立即停泵，对过滤器进行在线刮洗和排污。

（5）在汽动辅助给水泵预防性检修项目中增加定期清洗轴承润滑水过滤器工作，周期1个燃料循环。

（6）在定期试验规程初始状态检查步骤中，增加在线刮洗过滤器操作。

4. 结论

秦二厂4号机组出现辅助给水箱液位下降速率变慢的异常现象，通过逐步排查分析，确认由汽动辅助给水泵轴承润滑水量降低引起的，根本原因为汽动辅助给水泵乏汽疏水回路排水不畅和泵轴承润滑水过滤器堵塞。

通过对疏水器所在U型管道排气、改善疏水回路末端管道布置、轴承润滑水过滤器在线刮洗等措施，解决了汽动辅助给水泵乏汽疏水回路排水不畅和泵轴承润滑水过滤器堵塞的问题，将泵轴承润滑水流量由2.216m³/d提高至12.5m³/d，明显地提高了汽动辅助给水泵轴承润滑水量，避免轴承润滑不足而导致泵损坏，有效地降低了核电厂专设安全设施损坏的风险，同时辅助给水箱液位下降速率变慢的问题也完美解决。

参考文献

[1]核工业第二研究设计院，辅助给水系统（ASG）系统手册，2008年5月。