RRA泵停运后密封水温高原因分析及应对措施

廖 军，沈晨滨

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

RRA泵停运后密封水温高原因分析及应对措施

廖 军，沈晨滨

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

本文主要对秦山第二核电厂 （简称秦二厂）扩建机组大、小修期间，余热排出泵 （RRA泵）投切过程中，在运行的RRA泵停运，启动备用泵后，发现停运的RRA泵的机械密封水温度会出现异常升高，针对该现象，通过对相关运行参数分析并使用相应手段进行辅助验证，最终发现引起该异常现象的原因，并针对该异常提出了相应的措施。

余热排出泵；机械密封水温度；逆止阀；应对措施

余热排出泵，是核电厂余热排出系统的重要组成部分，该泵为卧式单级泵，每个机组并列布置两台RRA泵，在正常或事故情况下，通过余热排出系统的接入，在RRA泵及对应热交换器与堆芯间的循环冷却将机组带入到冷停堆状态，维持核电厂的安全。

RRA泵输送一回路介质，其机械密封也是通过反应堆冷却剂润滑，而润滑用的反应堆冷却剂则通过辅助热交换器循环，由设备冷却水系统 （RRI）冷却，机械密封水温度过高，可能会导致RRA泵机械密封损坏，RRA泵故障而无法运行，导致反应堆堆芯在正常停运或事故情况下失去重要的冷却手段；同时，机械密封泄漏增加，会造成一回路冷却剂的泄漏。

1 机械密封水温度高现象描述

2015年10月1日，秦二厂3号机组小修期间，机组处于RRA冷却的双相中间停堆状态，初始为3RRA001PO运行，按照工作计划需将3RRA001PO切换到3RRA002PO运行，当启动备用列的3RRA002PO，并停运之前运行的1号泵，此时发现，停运的3RRA001PO的机械密封水温度 （026MT）出现快速上涨，最高上涨到92℃ （此前该泵运行时机械密封水的温度仅35℃左右），主控操纵人员将3RRA002PO单泵运行时的参数与之前1号泵运行时进行对比后发现：3RRA002PO单泵运行时余热排出系统流量降低、压力下降而运行电流较之前高，为避免3RRA001PO机械密封长时间在高温环境下造成损害，主控操纵员重新启动了1号泵，此时机械密封水温度（026MT）很快下降到之前的正常水平。

2 机械密封水温度异常原因分析及查找

2．1 机械密封水温度高原因查找

根据3号机组小修期间3RRA001PO切换到002PO运行时的现象进行分析，3RRA002PO启动，3RRA001PO停运后，发现2号泵的运行参数与1号泵比较：余热排出系统流量下降、泵出口压力降低但电流变大，从这一系列参数的变化分析该泵可能有部分流量被旁通了；由于3RRA001PO停运后机械密封水的温度上涨很快，最高上涨到92℃；为避免机械密封长时间在高温环境下损坏，重新将RRA切回到1号泵运行 （启动3RRA001PO，停运3RRA002PO），此时在RRA泵现场的运行人员发现3RRA002PO停运后逆止阀有明显的回座声，但之前1号泵停运后，逆止阀的回座声音并不明显；而在RRA泵重新切回到1号泵运行后，该泵的机械密封水温度也很快下降到正常值。从上述的一系列现象，判断3RRA001PO出力不足的原因为：3RRA001PO停运后出口逆止阀3RRA004VP未回座导致。RRA泵在余热排出系统中的示意图如图1所示。

图1 RRA泵在余热排出系统中的示意图Fig．1 Schematic of RRA pump in the residual heat removal system

为了进一步验证分析判断的正确性，采用下面的方法来进行验证。

1）重新启动3RRA002PO，两台泵并列运行；

2）停运初始运行的3RRA001PO，此时观察余热排出系统流量下降，余排泵出口压力降低，运行电流上升，3RRA001PO机械密封水温度快速上涨 （3RRA026MT）；

3）通知现场缓慢关闭3RRA001PO的出口阀3RRA006VP，发现3RRA002PO的参数开始恢复正常 （余热排出系统流量增加，泵出口压力上升，002PO运行电流下降），001PO的机械密封水温度也逐渐下降；

4）确认之前判断正确，3RRA001PO出口逆止阀未回座。

秦二厂3号机组小修期间，RRA泵切换过程中机械密封水温度变化趋势如图2所示 （图中RRA004MP为余排泵出口母管压力，RRA026MT为001PO机械密封水温度）。

之后，机械维修人员针对3RRA001PO出口逆止阀3RRA004VP不回座的缺陷，进行了解体维修，在进行解体检查时发现：阀门摇臂销轴与摇臂之间间隙过大，摇臂下沉，全关时阀瓣超出密封位置并翘起缝隙，即3RRA001PO停运后，逆止阀未能完全回座。

在该次小修对RRA泵出口逆止阀解体检修完成后，再次对RRA泵进行投切操作，发现整个切换过程中RRA泵的运行参数正常，停运泵的机械密封水温度略有上涨 （最高不超过40℃）；但变化缓慢，未出现之前的温度突变且远低于技术规格书要求的机械密封水温度验收准则75℃；3号机组小修期间RRA泵出口逆止阀解体维修后，再次投切RRA泵时的机械密封水温度变化趋势，如图3所示。

图2 3号机组小修期间RRA泵切换过程中机械密封水温度变化趋势 （2015．10．1）Fig．2 The mechanical seal water temperature trend when switching of RRA pump during the maintenance of Unit 3 （Oct．1st，2015）

图3 RRA泵出口逆止阀解体检修后，泵切换时机械密封水温度变化趋势 （2015．10．3）Fig．3 The mechanical seal water temperature trend during pump switching after the check valve at the outlet of the RRA pump is disassembled and repaired（Oct．3rd，2015）

2．2 机械密封水温度高产生机理分析

RRA泵输送一回路介质，其机械密封也是通过反应堆冷却剂润滑。当RRA泵运行时机械密封水则通过辅助热交换器循环由设备冷却水系统 （RRI）冷却，当泵启动后，机封动环上的泵送部件将密封腔中的高温水送到泵自带冷却器 （003／004RF）中同设备冷却水进行热交换，同时循环水带走密封面摩擦产生的热量。由于泵运行时泵送环也同时工作，机械密封水与设备冷却水之间的流动换热效果良好，故机封回水温度可以保持在较低水平。

当泵处于备用时，泵送环停止转动，密封腔内的介质处于静止状态，丧失强迫循环，一回路热量会通过金属导热、温度梯度导致的微小自然循环流动等方式传至机封腔体，由于此时机封腔体内的介质不会流动，导致泵自带冷却器的冷却功能基本丧失；而这些热量就主要依靠通入冷却腔的另一路设备冷却水带走，以维持较低的机封腔体温度，所以当RRA泵停运后，机械密封水出现小幅且缓慢的上涨属于正常现象，但当RRA泵出口逆止阀不回座或是密封不严，当备用泵启动时，一回路介质会反向流过泵体与密封腔进行大量的热交换，导致密封腔内温度快速升高，超过机械密封温度限值，最终可能导致机封损坏。

2．3 逆止阀密封面损坏导致的机械密封水温度上涨

2016年1月2日，秦二厂4号机组进行404大修，根据大修规程进行4RRA泵的投切操作，在主控室将初始运行的4RRA001PO停运，启动4RRA002PO时，发现4RRA001PO的机械密封水温度 （026MT）快速上涨 （从20℃上涨到43℃），但与4RRA001PO单泵运行时，进行流量、出口压力及运行电流等的比对时发现参数无明显变化，现场也在停运001PO时听到了出口逆止阀明显的回座的声音，虽然此次机械密封水的最终上涨温度并不太高 （远低于技术规格书的验收准则75℃），但变化速率非常快，由于有之前3号机组的运行经验，还是怀疑：虽然RRA001PO的出口逆止阀已回座，但阀座的密封面可能不严密，导致有少量的一回路介质回流与密封腔进行热交换，导致机械密封水温度快速升高，于是填写了缺陷工单。

维修机械对4RRA001PO出口逆止阀4RRA004VP进行了检修，对阀座密封面进行了蓝油试验，试验结果不合格，确定逆止阀密封不严密，重新对阀座阀芯进行抛光研磨，研磨后做蓝油试验合格，4RRA001PO出口逆止阀进行检修后，重新进行RRA泵的投切操作，停运泵的机械密封水温度上涨非常缓慢，基本趋于稳定。

3 机械密封水温度高应对措施

现行机组对于RRA泵参数的监测主要通过 “光字牌报警”和 “KIT （计算机辅助系统）中的参数及趋势”两种方式。

对于 “光字牌报警”这种方式主要是通过监测RRA泵的RRI水流量 （通过就地／远传两用的流量计），一旦流量计流量低于要求值，则意味着冷却能力不足，泵的机械密封、轴承、电机等相关温度必然会上涨，根据报警卡的要求 （以3RRA001PO为例子） “当RRI流量传感器出现报警时，在KIT中监视机械密封冷却水的温度026MT，到达90℃时，必须立即停泵”，3RRA001PO的RRI水流量低的逻辑图如图4所示。而对于这种情况，与之前的分析并不完全适应，因为对于停运泵该报警是不会触发的，而且RRA泵停运时，RRI水的流量也是在正常运转的，只是无法起到对机械密封的冷却效果。

图4 RRA001PO的RRI水流量低逻辑Fig．4 Low logic of RRI water flow of RRA001PO

“光字牌报警”中对于机械密封还有种辅助的监测手段，即通过监测机械密封的泄漏量来验证机封是否正常，RRA001PO密封泄漏量高报警逻辑如图5所示。

如果出现机械密封泄漏量高报警，则意味着密封可能已经损坏，这是不希望看到的，所以需要在RRA泵投切的过程中结合 “KIT的参数和趋势”进行监测，同时制定相关的应对措施：

图5 RRA001PO密封泄漏量高报警逻辑Fig．5 High alarm logic of sealed leakage of RRA001PO

1）首先，要密切关注RRA泵投切过程中的一些重要参数的变化，特别是停运泵机械密封水温度变化 （可通过RRA026／027MT监测其变化趋势），KIT中有机械密封的报警限值：高报70℃，高高报警75℃，而根据运行技术规范对于RRA泵的机械密封水温度的验收准则为≤75℃，必须严格按照要求，密切进行监测；

2）当停运RRA泵机械密封水温度偏高时，最有效的缓解方法是启动该泵，建立机械密封水的强制循环，以增强设冷水冷却机封的效果；

3）当机械密封水温度高被迫双泵运行时必须保证有足够的流量，对于RRA系统出口阀未开启，仅小流量运行的情况下，不允许双泵运行；

4）考虑到RRA泵可能故障停运或是其动力电、控制电或是冷却能力丧失而无法启动时，此时可以通过关闭RRA泵出口隔离阀来防止一回路介质的反向加热。

当然对于该问题的最终解决还需通过改进RRA泵出口逆止阀的密封性能，与厂家沟通，是否存在设计上的不足，对逆止阀动作不到位及密封面不严密的原因进行分析改进，或是更换其他更好性能的产品，另外，如果是阀门本身所处在的环境、工况恶劣导致，则须制定预防性维修计划，做到定期更换，而不是等到检查出有问题再更换。

4 结论

在RRA泵的投切过程中，当运行的RRA泵停运，备用泵启动后，停运的RRA泵的机械密封水会失去强制循环，则无法通过泵自带的冷却器将热量通过设冷水带走，一旦泵出口逆止阀未完全回座或密封不严，则高温的一回路介质会通过逆止阀反向流过泵体与密封腔进行热传递，导致机械密封水温度过高，可能对机械密封造成损害。若逆止阀未回座可能导致停运RRA泵的机械密封水温度快速上涨，可能超过温度高高报警值及技术规格书验收准则（75℃），同时对运行的一台RRA泵的参数也会产生影响 （余热排出系统流量下降，泵出口压力下降，运行电流上涨），而若逆止阀已回座，只是部分密封不严密，则对运行的一台泵的参数影响不明显，但停运泵的机械密封水的温度会快速上涨，但通常上涨幅度较逆止阀不回座的工况少得多，通常低于高高报警值 （75℃）。

对该逆止阀进行改进、换型能在根本上解决该问题，而在运行上需要在RRA泵切换过程中进行严密监视，若出现机械密封水温度高，通过启动该泵建立强制循环能很好缓解该异常情况，若无法启动该泵，关闭该泵的出口隔离阀也能有效隔离一回路介质的反向传热。

［1］核工业第二研究设计院 ．秦山核电二期扩建工程余热排出系统手册 ［R］．北京：核工业第二研究设计院，2008．Manual for the Residual Heat Removal System of Qinshan II Extension Project．Beijing Institute of Nuclear Engineering．2008．

［2］杨爽．RRA泵机封回水温度高问题分析与应急预案探讨 ［J］．军民两用技术与产品，2015（24）．YANG Shuang． Analysis and Emergency Plan Discussion for High Temperature of RRA Pump Mechanical Seal Backwater ［J］．Dual－use Technology and Products，2015（24）

［3］毛树忠．RRA系统报警处理规程：秦二厂扩建机组报警处理规程 ［R］，2013．MAO Shu－zhong．Alarm Processing Procedures for the RRA System．Alarm Processing Procedures for Qinshan II Extention Plant，2013．

［4］章春伟．安全相关系统定期试验监督要求B．2：秦山第二核电厂三、四号机组运行技术规格书 ［R］，2015．ZHANG Chun－wei．Periodic Test and Supervision Requirements B．2for the Safety－related System（Technical Specifications for the Operation and Unit 3＆4of Qinshan II），2015．

The Cause Analysis and Countermeasures for Sealing Water Temperature after RRA Pump Stops

LIAO Jun，SHEN Chen－bin
（CNNP Nuclear Power Operations Management Co．，Ltd．Haiyan，Zhejiang，Prov．314300，China）

This paper focuses on the abnormal temperature rise of the mechanical seal water of the RRA pump shutdown during the refueling outage and maintenance of Qinshan II and the switching of residual heat removal pump（RRA pump）after the operating RRA pump shuts down，and the standby pump starts up．To address this phenomenon，the ultimate cause for the abnormality is found out through theoretical analysis of corresponding operational data and adopting corresponding auxiliary verification means，and corresponding countermeasures are put forward for the abnormality．

residual heat removal pump；mechanical seal water temperature；check valve；countermeasures

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0389－05

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0389－05

10．12058／zghd．2017．02．389

2017－02－16

廖 军 （1984—），男，工程师，现主要从事核电厂反应堆运行相关工作。

（责任编辑：韩霞）