核級(jí)泵對機(jī)械密封的要求共25張課件

1、核級(jí)泵對機(jī)械密封的要求SEC-KSB: 王宗智 2019.10核級(jí)泵對機(jī)械密封的要求SEC-KSB: 王宗智 何謂核級(jí)泵在核電站中，對執(zhí)行安全功能系統(tǒng)的設(shè)備和部件按照對安全的重要程度進(jìn)行分級(jí)。安全功能包含下列內(nèi)容：反應(yīng)堆停堆；反應(yīng)堆緊急停堆和維持反應(yīng)堆在安全停堆狀態(tài)堆芯冷卻或?qū)?zhí)行安全功能的其他系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；中期和長期冷卻事故后防止放射性物質(zhì)擴(kuò)散凡構(gòu)成反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界和執(zhí)行安全功能的系統(tǒng)的泵依其安全層次分為安全1級(jí)、安全2級(jí)和安全3級(jí)。此外為非安全級(jí)，用NC表示。其中安全1級(jí)、安全2級(jí)、安全3級(jí)為核級(jí)泵。何謂核級(jí)泵在核電站中，對執(zhí)行安全功能系統(tǒng)的設(shè)備和部件按照對安核級(jí)泵的種類和數(shù)量核二級(jí)泵

2、7種27臺(tái)位號(hào)名稱臺(tái)數(shù)機(jī)械密封數(shù)量（單臺(tái)設(shè)備）RRA001-002PO余熱排出泵41RCV001-003PO上充泵61或2RIS001-002PO低壓安注泵41EAS001-002PO安全殼噴淋泵41RIS011PO水壓試驗(yàn)泵1無機(jī)械密封ASG001-002PO電動(dòng)輔助給水泵42ASG003-004PO汽動(dòng)輔助給水泵42核級(jí)泵的種類和數(shù)量核二級(jí)泵7種27臺(tái)位號(hào)名稱臺(tái)數(shù)機(jī)械密封數(shù)量核三級(jí)泵9種共40臺(tái)位號(hào)名稱臺(tái)數(shù)機(jī)械密封數(shù)量（單臺(tái)設(shè)備）RRI001-004PO設(shè)備冷卻水泵81SEC001-004PO重要廠用水泵8一般無機(jī)械密封REA003-004PO硼酸輸送泵41PTR001-002PO乏燃料水

3、池冷卻泵61DEL001-002PO冷凍水循環(huán)泵41RIS021-022PO硼酸再循環(huán)泵（屏）4NA1TEP001PO,2TEP002PO前貯槽循環(huán)供料泵（屏）2NA1TEP003PO,2TEP004PO除氣塔疏水泵（屏）2NAEAS003PO化學(xué)添加劑混合泵21核三級(jí)泵9種共40臺(tái)位號(hào)名稱臺(tái)數(shù)機(jī)械密封數(shù)量（單臺(tái)設(shè)備）RR核二三級(jí)泵機(jī)械密封形式泵級(jí)別功能編碼泵名稱機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式?jīng)_洗方案核二級(jí)泵RRA001-002PO余熱排出泵單端面、靜止式、集裝PLAN23RCV001-004PO上充泵單端面、靜止式、集裝PLAN31RIS001-002PO低壓安注泵單端面、靜止式、集裝PLAN31EAS0

4、01-002PO安全殼噴淋泵單端面、靜止式、集裝PLAN31ASG001-002PO電動(dòng)輔助給水泵單端面、靜止式、集裝PLAN11核三級(jí)泵RRI001-004PO設(shè)備冷卻水泵單端面、旋轉(zhuǎn)式、集裝PLAN31REA003-004PO硼酸輸送泵單端面、旋轉(zhuǎn)式、集裝PLAN11PTR001-002PO乏燃料水池冷卻泵單端面、旋轉(zhuǎn)式、集裝PLAN11DEL001-002PO冷凍水循環(huán)泵單端面、波片彈簧PLAN11EAS003PO化學(xué)添加劑混合泵單端面、旋轉(zhuǎn)式、集裝PLAN11核二三級(jí)泵機(jī)械密封形式泵級(jí)別功能編碼泵名稱機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式?jīng)_SEC-KSB的核級(jí)泵反應(yīng)堆冷卻劑泵RSR750上充泵 RHM100

5、-205.12電動(dòng)輔助給水泵 RHM100-265.11正常余熱排出泵（AP100）RVR150-560余熱排出泵 RHR250-500安全殼噴淋泵（EAS）RVT250/1+2低壓安注泵（RIS）RVT250/1+2SEC-KSB的核級(jí)泵反應(yīng)堆冷卻劑泵RSR750核級(jí)泵的特殊使用要求運(yùn)行的核電站其主要特點(diǎn)是帶核運(yùn)行，具有潛在的放射性危害，要確保核電站正常運(yùn)行或事故狀況下，不致于對公眾和環(huán)境造成不可接受的危害，必須對核電站的設(shè)備和系統(tǒng)的質(zhì)量狀況和運(yùn)行可靠性提出較為苛刻的要求。核泵是核電站關(guān)鍵系統(tǒng)的介質(zhì)輸送設(shè)備，是所在系統(tǒng)的心臟，承擔(dān)著輸送高溫高壓放射性的一回路冷卻劑或其它電站重要用戶的系統(tǒng)水貨

6、冷卻水的供應(yīng)功能。每座核電內(nèi)大大小小的泵有一千余臺(tái)，核級(jí)泵約有近百臺(tái)，在各個(gè)系統(tǒng)中，泵是必不可少的重要部分。核電站不僅正常發(fā)電需要泵，即使在事故停堆或換料停堆，也需要某些泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如一回路發(fā)生失水事故，需要安注泵壓力殼內(nèi)不停注水，保持壓力殼一定的水位，從而不使堆芯裸露熔化。在換料停堆、維修停堆及事故停堆后，需要余熱排出泵不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，將堆芯熱排除。由此可見，泵是核電站安全運(yùn)行、正常發(fā)電機(jī)事故狀態(tài)下防止核泄漏的重要設(shè)備。泵經(jīng)受高溫、高壓、強(qiáng)輻射、腐蝕和地震的影響，它的實(shí)效關(guān)系著整個(gè)核電的運(yùn)行可靠性和安全性。核級(jí)泵的特殊使用要求運(yùn)行的核電站其主要特點(diǎn)是帶核運(yùn)行，具有潛核級(jí)泵的設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面：

7、核泵設(shè)計(jì)中強(qiáng)度計(jì)算是必不可少的。除常規(guī)的強(qiáng)度計(jì)算、有限元分析和抗震計(jì)算分析外，還要求進(jìn)行一次薄膜應(yīng)力的極限計(jì)算，一次薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力的極限計(jì)算，與回路啟停循環(huán)有關(guān)的一次加二次應(yīng)力變化幅度的極限計(jì)算，除回路中啟停的工況以外的一次加二次應(yīng)力變化幅度的極限計(jì)算、疲勞性能分析等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：由于系統(tǒng)輸送的介質(zhì)大多數(shù)帶有放射性，不允許有任何泄露。核級(jí)泵屬于壓力邊界，故在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中殼體、泵蓋、法蘭等承壓部件的設(shè)計(jì)壓力計(jì)算和機(jī)械密封的設(shè)計(jì)和選型等就顯得尤為重要。對于主泵和其他幾種核級(jí)泵的機(jī)械密封，也不會(huì)選用成型的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，都是專門定制的非標(biāo)準(zhǔn)件。對于其中的密封水供給、泄露標(biāo)準(zhǔn)、O型圈耐輻照性等也都提

8、出了更高的要求。核級(jí)泵的設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面：核泵設(shè)計(jì)中強(qiáng)度計(jì)算是必不可少的核級(jí)泵的材料要求核級(jí)泵由于其核安全要求、承壓要求及耐輻照要求，所以材料的選用比較謹(jǐn)慎，也比較特殊。由于國內(nèi)沒有成系列的核電標(biāo)準(zhǔn)，故基本上采用RCCM或ASME系列標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）進(jìn)行重要材料的選擇。選用抗一般腐蝕和抗晶間腐蝕好的材料抗輻照性：非金屬材料（如各種密封圈、墊片、填料、電機(jī)絕緣等）應(yīng)具有耐輻照性能、它們至少應(yīng)能在一個(gè)檢修周期內(nèi)，完成其所履行的功能。位于安全殼內(nèi)的泵在事故情況下輻照試驗(yàn)規(guī)定輻照的累積劑量為600KGY；填料和墊片：由于氟離子、氯離子和硫離子會(huì)影響水質(zhì)，可能引起材料腐蝕，因此，要求墊片和填料氟離子含量

9、應(yīng)小于50ppm，氯離子含量小于50ppm，硫離子含量應(yīng)小于500ppm；與反應(yīng)堆冷卻劑接觸的奧氏體和奧氏體-鐵素體不銹鋼以及鎳-鉻-鐵合金中鈷含量不得大于0.2%，最好不大于0.10%。核級(jí)泵的材料要求核級(jí)泵由于其核安全要求、承壓要求及耐輻照要求核級(jí)泵的試驗(yàn)要求關(guān)于核級(jí)泵，制造廠應(yīng)根據(jù)規(guī)格書所提供的介質(zhì)參數(shù)和環(huán)境條件、運(yùn)行工況等進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，其中包括泵機(jī)組的性能試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)等。對于核二級(jí)泵，如：上充泵、高壓安注泵、低壓安注泵、安全殼噴淋泵及余熱排出泵等，還應(yīng)根據(jù)事故工況情況增加熱沖擊試驗(yàn)、雜質(zhì)試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)等。熱沖擊試驗(yàn)：具體試驗(yàn)要求根據(jù)規(guī)格書規(guī)定設(shè)備運(yùn)行的具體工況溫度、壓力變化進(jìn)行。其

10、中，RCV，EAS與RIS泵的熱沖擊試驗(yàn)條件為：水溫由7瞬時(shí)（10秒）升高到不低于120，在該溫度上運(yùn)行4小時(shí)；然后降至60，在該溫度上運(yùn)行4小時(shí)，測試水泵性能。RRA泵熱沖擊條件為：第1次熱沖擊試驗(yàn)條件為：入口水溫由20瞬時(shí)（10秒）升高到不低于190，在該溫度上運(yùn)行4小時(shí)；然后降至60，在該溫度上運(yùn)行4小時(shí)，測試水泵性能。雜質(zhì)試驗(yàn)：由地坑再循環(huán)工況運(yùn)行介質(zhì)參數(shù)而定，上述試驗(yàn)后需進(jìn)行解體檢查。核級(jí)泵的試驗(yàn)要求關(guān)于核級(jí)泵，制造廠應(yīng)根據(jù)規(guī)格書所提供的介質(zhì)參核電站泵的機(jī)械密封要求嚴(yán)格控制泄漏量，防止放射性污染，機(jī)械密封對泵的安全可靠運(yùn)行非常重要?？紤]到安全可靠，減少事故隱患，核級(jí)泵機(jī)械密封冷卻水應(yīng)

11、盡可能采用該泵所輸送的介質(zhì)，這樣無需外界設(shè)備冷卻水來冷卻機(jī)械密封，從而增加了機(jī)械密封的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)國外核電站泵失效原因占居前三位的是軸密封惡化和密封件損壞，軸承磨損、腐蝕和破裂，轉(zhuǎn)子卡死。核級(jí)泵機(jī)械密封的特殊要求核電站泵的機(jī)械密封要求嚴(yán)格控制泄漏量，防止放射性污染，機(jī)械密核二三級(jí)泵機(jī)械密封性能要求一般要求：機(jī)械密封應(yīng)能滿足相應(yīng)泵向光運(yùn)行工況要求，包括正常運(yùn)行工況、異常運(yùn)行工況以及事故運(yùn)行工況，并能在規(guī)定的性能條件下可靠地運(yùn)行。機(jī)械密封必須適應(yīng)泵的啟動(dòng)、停運(yùn)要求。設(shè)計(jì)壽命：機(jī)械密封的設(shè)計(jì)使用壽命要求為16000小時(shí)。對于RRA,RCV,EAS與RIS泵，要能確保在有顆粒的水中運(yùn)行8000小時(shí)。

12、泄漏量：當(dāng)密封介質(zhì)為液體石，運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)后，平均泄露量規(guī)定如下：核二級(jí)機(jī)械密封：小于20ml/h； 核三級(jí)機(jī)械密封：小于5ml/h對于RRA,RCV,EAS與RIS泵，在熱沖擊與雜質(zhì)試驗(yàn)后，泄漏量不超過40ml/h。核二三級(jí)泵機(jī)械密封性能要求一般要求：磨損量：磨損量的大小要滿足機(jī)械密封設(shè)計(jì)壽命的要求。已清水介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)轉(zhuǎn)超過100小時(shí)軟質(zhì)材料的密封環(huán)磨損量不大于0.015mm；運(yùn)轉(zhuǎn)1000小時(shí)軟質(zhì)材料的密封環(huán)磨損量不大與0.10mm。耐壓性能：進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力位產(chǎn)品最高使用壓力的1.25倍，持續(xù)10分鐘，泄漏量滿足以下要求：核二級(jí)機(jī)械密封：小于20ml/h； 核三級(jí)機(jī)械密封：小

13、于5ml/h。核二三級(jí)泵機(jī)械密封性能要求磨損量：核二三級(jí)泵機(jī)械密封性能要求核二三級(jí)泵機(jī)械密封設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)溫度：不低于密封腔最大運(yùn)行溫度設(shè)計(jì)壓力：不低于密封腔最大運(yùn)行壓力的1.15倍設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速：在事故工況下，所有核二級(jí)泵以及RRI與PTR核三級(jí)泵由應(yīng)急電源系統(tǒng)供電，此時(shí)電源頻率變化范圍為53.5-57.5Hz，持續(xù)時(shí)間為幾秒鐘，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速要考慮該種工況。核二三級(jí)泵機(jī)械密封設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)溫度：技術(shù)規(guī)格書中對機(jī)械密封的相關(guān)要求設(shè)備密封形式結(jié)構(gòu)要求檢修要求沖洗介質(zhì)RRA單級(jí)、平衡型機(jī)械密封機(jī)械密封和軸之間應(yīng)設(shè)有密封圈以防止液體泄漏，密封的泄漏應(yīng)收集起來、并通過專門管線疏排，在密封損壞時(shí)，降壓換應(yīng)能夠?qū)⑿孤┫?/p>

14、制在不影響泵繼續(xù)運(yùn)行的水平。機(jī)械密封應(yīng)易于接近維修。應(yīng)能只拆卸軸承或密封盒就可以更換機(jī)械密封，而勿須移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。應(yīng)采取用盒型機(jī)械密封等措施減少維修時(shí)間。機(jī)械密封由密封腔中的水冷卻，密封腔的水通過熱交換器由RRI設(shè)備冷卻水冷卻.泵和熱交換器應(yīng)該可以拆開。與RRI管道連接應(yīng)采用法蘭連接。應(yīng)給密封腔及其冷卻系統(tǒng)提供排氣裝置，如放氣閥。RCV單級(jí)、平衡型機(jī)械密封靜密封環(huán)應(yīng)設(shè)計(jì)成封閉運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，以防止密封和軸之間的泄漏。密封的任何泄漏都應(yīng)收集起來，并通過專門管線疏排。在密封損壞時(shí)，降壓環(huán)應(yīng)能夠?qū)⑿孤┫拗圃诓挥绊懕美^續(xù)運(yùn)行的水平。機(jī)械密封應(yīng)易于接近維修，并應(yīng)簡單拆卸軸承或密封盒就可以更換，而勿須移動(dòng)電機(jī)。應(yīng)

15、采取所有必要措施以降低停車時(shí)間，應(yīng)采取用盒型機(jī)械密封。密封應(yīng)由通過接管從泵第一級(jí)抽取的傳輸介質(zhì)冷卻。冷卻水應(yīng)經(jīng)過與泵成整體的旋風(fēng)分離器過濾。也應(yīng)給密封及其冷卻系統(tǒng)提供空氣凈化裝置。RRI機(jī)械密封應(yīng)為盒式快裝機(jī)械密封完全更換機(jī)械密封所用時(shí)間要小于10小時(shí)。機(jī)械密封等應(yīng)可整體互換技術(shù)規(guī)格書中對機(jī)械密封的相關(guān)要求設(shè)備密封形式結(jié)構(gòu)要求檢修要求核二三級(jí)泵機(jī)械密封材料要求RRA001-002PO，RCV001-003PO，RIS001-002PO，REA003-004PO與PTR001-002PO泵用機(jī)械密封組件中，與一回路或注入到一回路的流體相接觸的部件，需要滿足以下要求：-總硫含量盡可能的低，且必須小

16、于200ppm-總鹵素含量小于200ppm-禁止使用氟橡膠、聚四氟乙烯、丁基橡膠和丁苯橡膠C-禁止使用鉛、汞（水銀）、錫、鋅、銻、鋁、鉍、砷、銅、稀土元素、鎵、正鐵等。核二三級(jí)泵機(jī)械密封材料要求RRA001-002PO，RCV0核二三級(jí)泵機(jī)械密封零部件要求1. 壓蓋機(jī)械密封壓蓋屬于核承壓邊界，需按照RCCM相關(guān)章節(jié)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，應(yīng)對機(jī)械密封壓蓋進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變的計(jì)算分析、校核。機(jī)械密封壓蓋應(yīng)已設(shè)計(jì)壓力的1.5倍壓力進(jìn)行持續(xù)30分鐘以上的靜態(tài)試驗(yàn)，零件應(yīng)無泄漏和冒汗現(xiàn)象。機(jī)械密封壓蓋應(yīng)作超聲波檢測、材料理化性能檢測報(bào)告（室溫拉伸試驗(yàn)）、液體滲透檢查。2. 軸套軸套與軸之間應(yīng)設(shè)計(jì)有可靠的限漏密封

17、，余熱排出泵需要有兩道密封。軸套與軸之間應(yīng)有準(zhǔn)確、可靠的定位與緊固裝置，在任何情況下不允許有打滑或竄動(dòng)的可能。考慮到熱沖擊工況，軸套傳動(dòng)與定位不推薦使用抱軸器。機(jī)械密封軸套應(yīng)作超聲波檢測、材料理化性能檢測報(bào)告（室溫拉伸試驗(yàn)）、液體滲透檢查。核二三級(jí)泵機(jī)械密封零部件要求1. 壓蓋3. 機(jī)械密封密封副機(jī)械密封的動(dòng)、靜密封環(huán)應(yīng)作水壓試驗(yàn)、液體滲透檢查。機(jī)械密封的動(dòng)、靜密封環(huán)端面的平面度要求：軟環(huán)端面：0.00006mm； 硬環(huán)端面：0.00003mm機(jī)械密封的動(dòng)、靜密封環(huán)端面的粗糙度要求：軟環(huán)端面：Ra0.2m； 硬環(huán)端面：Ra0.1m4. O型圈應(yīng)根據(jù)相應(yīng)核級(jí)泵的介質(zhì)特性、正常工況、事故工況的運(yùn)行

18、參數(shù)和特性，同時(shí)考慮其在泵中的具體安裝位置與功能，選用適當(dāng)材質(zhì)的O型圈，已確保泵機(jī)組在各種工況條件下安全、可靠地運(yùn)行。對于RCV001-003PO、RIS001-002PO、EAS001-001PO這些核二級(jí)泵，要求與工藝流體直接接觸的O型圈能耐10Mrad的輻照，對于RRA001-002PO，要求65Mrad。在可能的情況下，這些泵上所使用的橡膠O型圈盡量選用EPDM材料，尤其是與工藝流體相接觸的O型圈。對于ASG001-002PO以及所有核三級(jí)泵，非金屬材料耐輻照能力需要不小于105 rad。核二三級(jí)泵機(jī)械密封零部件要求3. 機(jī)械密封密封副核二三級(jí)泵機(jī)械密封零部件要求應(yīng)用實(shí)例SEC-KSB

19、的上充泵（核二級(jí)）機(jī)封泄露保護(hù)由通過軸的集裝式平衡型機(jī)械密封提供，靜密封環(huán)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到運(yùn)行間隙，防止在密封件和軸之間發(fā)生泄露。任何的泄露都應(yīng)該通過特殊的管件進(jìn)行收集和排放。當(dāng)機(jī)封發(fā)生破裂時(shí)，減壓環(huán)需能夠限制泄露，使泵能夠連續(xù)運(yùn)行。機(jī)械應(yīng)該通過泵送流體冷卻，冷卻水從泵的首級(jí)經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)入機(jī)封。機(jī)械密封應(yīng)能在規(guī)定的水質(zhì)參數(shù)下運(yùn)行，且無需外供冷卻水。軸密封包括動(dòng)靜環(huán)、彈性元件、墊片以及其它零件均應(yīng)設(shè)計(jì)為滿足要求的運(yùn)行條件。運(yùn)行條件下每個(gè)密封的泄露量不的超過50ml/h。機(jī)械密封失效時(shí)，為防止發(fā)生大的泄露至環(huán)境中，配備了一個(gè)流動(dòng)限制裝置。機(jī)械密封與流動(dòng)限制裝置之間的空腔應(yīng)配備名義管徑為1/2英寸的排水接頭。機(jī)封失效時(shí)，泄露至環(huán)境中的介質(zhì)應(yīng)小于2l/min。應(yīng)用實(shí)例SEC-KSB的上充泵（核二級(jí)）機(jī)封泄露保護(hù)泵內(nèi)水質(zhì)化學(xué)成分項(xiàng)目單位化容系統(tǒng)RCV換料水箱PTR安全殼地坑硼濃度最小最大mg/kgmg/kg023002100-23002100-