□時(shí)宏磊 王琳琳 劉德軍 陳 松 潘 翔 李定強(qiáng)

一、真空泵簡介

國內(nèi)某核電廠65萬千瓦機(jī)組，每個(gè)生產(chǎn)單元正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)成兩臺CVI泵投運(yùn)、一臺CVI備用，以滿足機(jī)組對汽輪機(jī)真空背壓的要求。此四臺機(jī)組的CVI系統(tǒng)，與核安全功能無關(guān)，均由某電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。

水環(huán)式真空泵，采用兩級設(shè)計(jì)，并加裝了汽蝕保護(hù)裝置，泵的葉輪、軸、軸套和一級分配器采用了不銹鋼材質(zhì)，能更好地預(yù)防汽蝕情況。其中，泵殼材料為FC200，轉(zhuǎn)子和葉輪的材質(zhì)為SCS13，泵軸材質(zhì)為SUS420。

真空泵電機(jī)，由590r/min的Y-335M2-10型鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率為132kW，電源為380V、3相、50Hz。絕緣等級為F級。

該核電機(jī)組，每套機(jī)組設(shè)置了三套真空泵組，真空泵的補(bǔ)充水為除鹽水，設(shè)計(jì)壓力為0.45MPa(g)，其冷卻水為閉式冷卻水(除鹽水)，其設(shè)計(jì)溫度為38℃。

真空泵的出力，在維持凝汽器背壓保持5.39Kpa(g)(循環(huán)水的水溫為18.6℃)、凝汽器背壓保持11.8Kpa(g)(循環(huán)水的水溫為33℃)。

圖1 TC-11型真空泵外形示意圖

3、4號機(jī)組的CVI泵為200EVMA型，其外形如圖2所示。

圖2 真空泵現(xiàn)場實(shí)物圖

圖3 二級真空泵結(jié)構(gòu)圖

真空泵為電動(dòng)臥式兩級水環(huán)泵，采用平圓盤式結(jié)構(gòu)，真空泵的兩級葉輪分別位于兩級泵室內(nèi)，裝在同一根軸上。轉(zhuǎn)子葉輪與泵體的中心設(shè)計(jì)成了偏心，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，則形成等厚度的水環(huán)，水環(huán)與葉輪的輪轂、葉片之間而形成了容積不等的月牙形小空腔，小空腔的容積，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)而逐漸發(fā)生變化，當(dāng)小空腔的容積由小變大，腔內(nèi)的氣體壓力由高變低，外界的氣體在壓力差的作用下，逐漸被吸入泵腔內(nèi)，完成吸氣過程。

凝汽器真空系統(tǒng)(CVI)的主要功能是在汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過程中和正常運(yùn)行期間持續(xù)地從凝汽器中抽除空氣和其它不凝結(jié)氣體，建立并維持所需的凝汽器真空度，為汽輪機(jī)提供適當(dāng)?shù)谋硥骸?/p>

凝汽器抽真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足如下要求：一是在各種工況要滿足性能要求；二是在各種工況下安全可靠運(yùn)行；三是盡量減少需要更換部件的數(shù)量；四是保證有效和可控的從凝汽器中排除不凝結(jié)氣體。

二、真空泵設(shè)計(jì)情況

真空泵，設(shè)計(jì)為核電廠重要設(shè)備。凝汽器真空系統(tǒng)由三套水環(huán)式真空泵組、真空破壞裝置、真空測量裝置和所有連接的管道及閥門組成。每套真空泵組包括電動(dòng)水環(huán)式真空泵、氣水分離器和板式熱交換器。在機(jī)組啟動(dòng)過程中，三臺真空泵同時(shí)運(yùn)行，以縮短達(dá)到凝汽器設(shè)計(jì)真空值的時(shí)間；機(jī)組正常滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，兩臺真空泵運(yùn)行維持凝汽器真空，另一臺真空泵備用。在機(jī)組低負(fù)荷或瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)凝汽器真空情況，可三臺真空泵投入運(yùn)行。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，從凝汽器抽出的空氣和其它不凝結(jié)氣體排入大氣。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，從凝汽器抽出的空氣和其它不凝結(jié)氣體排向核輔廠房的通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)監(jiān)測合格，可排向大氣。

機(jī)組設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行工況，是指汽輪機(jī)最大連續(xù)輸出功率為695.99MWe，凝汽器空氣泄漏為HEI(表面式凝汽器)設(shè)計(jì)泄漏率，凝汽器真空可由兩臺真空泵保持，凝汽器壓力為5.39kpa(a)。

按照HEI表面式凝汽器標(biāo)準(zhǔn)，在向汽輪機(jī)送入蒸汽前，用三套真空泵抽氣成套設(shè)備在30分鐘內(nèi)將凝汽器的壓力從大氣壓力降低到33.86kPa(a)。

每臺機(jī)組配置三臺50%容量水環(huán)式真空泵，電機(jī)與真空泵采用直連方式，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，三臺泵運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)則兩臺運(yùn)行一臺備用。

除大屋頂外，斗拱的應(yīng)用也不可忽視，在建筑抗震方面也發(fā)揮出了重要作用，我國古代建筑中斗拱的應(yīng)用十分頻繁，例如：山西大同華嚴(yán)寺，除主要殿堂幸存下來外，其他建筑都被破壞，這是由于主要殿堂內(nèi)采用了斗拱這一施工工藝，甚至在強(qiáng)烈地震中都可發(fā)揮作用，如同一個(gè)“減震器”。在具體應(yīng)用中通過各種構(gòu)件的連接增強(qiáng)其整體性，在地震中可將地震力傳遞給其他柱子，從而為結(jié)構(gòu)安全性提供了保障。

圖4 真空泵葉輪破損、斷裂

真空泵在建立完真空后，還需繼續(xù)做維持真空泵用，但是此時(shí)大水環(huán)泵的工作壓力處于工作液的蒸汽壓，汽蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致水環(huán)泵效率極低，在30%左右，并且此時(shí)的水環(huán)泵噪音較大、振動(dòng)較大，最主要的水環(huán)泵葉輪容易出現(xiàn)裂縫甚至斷開，如圖4所示。

三、現(xiàn)有運(yùn)行情況描述

1號機(jī)組CVI真空泵為某公司生產(chǎn)的TC-11型真空泵，真空泵錐輪及轉(zhuǎn)子最原始的材質(zhì)設(shè)計(jì)為鑄鐵。因汽蝕嚴(yán)重，于2007年將此真空泵的錐輪及轉(zhuǎn)子材質(zhì)更換為304不銹鋼。

2008年以來，1號機(jī)組CVI真空泵多次出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子與錐輪卡死的缺陷，目前此缺陷的解決，已列為公司十大技術(shù)問題，如圖5所示。

圖5 錐輪、轉(zhuǎn)子卡死處的磨損情況

真空泵轉(zhuǎn)子卡死缺陷，會直接導(dǎo)致真空泵不可用，進(jìn)而會直接影響核電廠發(fā)電。不銹鋼轉(zhuǎn)子與鑄鐵錐輪配合使用時(shí)，由于材質(zhì)熱膨脹系數(shù)較小且材質(zhì)不易卡死，因此轉(zhuǎn)子卡死缺陷未出現(xiàn)。

經(jīng)咨詢廠家，且調(diào)研國內(nèi)某核電的電廠的現(xiàn)場運(yùn)維案例，現(xiàn)將真空泵錐輪材質(zhì)改為鑄鐵，葉輪還采用304不銹鋼，可避免真空泵卡死缺陷不再出現(xiàn)。

統(tǒng)計(jì)歷年來的真空泵轉(zhuǎn)子卡死缺陷如表1所示。

表1 公司1、2號機(jī)組歷年來真空泵運(yùn)行缺陷情況

3、4號機(jī)組一直未更換過不銹鋼錐輪，運(yùn)行良好。

后續(xù)通過公司生產(chǎn)技術(shù)委員會決策、分析，通過2020.9.30日實(shí)施此改造，目前2號機(jī)組真空泵運(yùn)行良好，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，后續(xù)推廣到1號機(jī)組予以實(shí)施。

四、冬季單臺真空泵投運(yùn)可行性分析

1、2號機(jī)組CVI泵對汽輪機(jī)真空要求為5.39KPa，3、4號機(jī)組CVI泵對汽輪機(jī)真空要求為5.4KPa，全廠四臺機(jī)組對真空度的設(shè)計(jì)要求基本一致。

1、2號機(jī)單臺CVI泵投用，可達(dá)到的汽輪機(jī)背壓為3.386～10.16KPa，3、4號機(jī)單臺CVI泵投用，可達(dá)到的汽輪機(jī)背壓為5.39～11.8KPa。按照理論，全廠四個(gè)機(jī)組投運(yùn)單臺CVI泵，其出力是滿足真空度要求的。

曾經(jīng)1、2號機(jī)組在冬季進(jìn)行過單臺CVI泵投運(yùn)，但偶爾出現(xiàn)過氧含量偏低和電導(dǎo)率問題偏高的問題，切換到另一臺泵則無此問題，后續(xù)通過交流設(shè)計(jì)院意見，并內(nèi)部進(jìn)行討論分析，冬季CRF循環(huán)水的冷卻能力充足，且真空度維持較好，綜合認(rèn)為全廠四個(gè)機(jī)組冬季單臺CVI泵投運(yùn)是可行的。

五、結(jié)論及實(shí)施效果

根據(jù)上述分析，可以確認(rèn)真空泵冬季單臺運(yùn)行是可行的，從設(shè)計(jì)和運(yùn)行角度來看是安全有足夠保證的。后續(xù)通過全廠四臺機(jī)組的單臺泵投運(yùn)的效果，真空度良好，運(yùn)行安全穩(wěn)定，證明是可靠的。

按照每臺機(jī)組，單臺泵功率為110Kw，冬季單臺CVI泵投用，每臺泵每天可節(jié)約110*24度電，這樣4臺機(jī)組，一個(gè)月可節(jié)省30天*110度*24*4個(gè)機(jī)組，每月可節(jié)省316,800度電，冬季按照3個(gè)月，此廠一年可節(jié)省950,400度電。

改進(jìn)真空泵運(yùn)行模式后，狀況良好，為公司創(chuàng)造了一定效益。