核級泵對機械密封的要求共25張課件

1、核級泵對機械密封的要求SEC-KSB: 王宗智 2019.10核級泵對機械密封的要求SEC-KSB: 王宗智 何謂核級泵在核電站中，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。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、安全2級和安全3級。此外為非安全級，用NC表示。其中安全1級、安全2級、安全3級為核級泵。何謂核級泵在核電站中，對執(zhí)行安全功能系統(tǒng)的設(shè)備和部件按照對安核級泵的種類和數(shù)量核二級泵

2、7種27臺位號名稱臺數(shù)機械密封數(shù)量（單臺設(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水壓試驗泵1無機械密封ASG001-002PO電動輔助給水泵42ASG003-004PO汽動輔助給水泵42核級泵的種類和數(shù)量核二級泵7種27臺位號名稱臺數(shù)機械密封數(shù)量核三級泵9種共40臺位號名稱臺數(shù)機械密封數(shù)量（單臺設(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核三級泵9種共40臺位號名稱臺數(shù)機械密封數(shù)量（單臺設(shè)備）RR核二三級泵機械密封形式泵級別功能編碼泵名稱機械密封結(jié)構(gòu)形式?jīng)_洗方案核二級泵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電動輔助給水泵單端面、靜止式、集裝PLAN11核三級泵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核二三級泵機械密封形式泵級別功能編碼泵名稱機械密封結(jié)構(gòu)形式?jīng)_SEC-KSB的核級泵反應(yīng)堆冷卻劑泵RSR750上充泵 RHM100

5、-205.12電動輔助給水泵 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的核級泵反應(yīng)堆冷卻劑泵RSR750核級泵的特殊使用要求運行的核電站其主要特點是帶核運行，具有潛在的放射性危害，要確保核電站正常運行或事故狀況下，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，核級泵約有近百臺，在各個系統(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轉(zhuǎn)，將堆芯熱排除。由此可見，泵是核電站安全運行、正常發(fā)電機事故狀態(tài)下防止核泄漏的重要設(shè)備。泵經(jīng)受高溫、高壓、強輻射、腐蝕和地震的影響，它的實效關(guān)系著整個核電的運行可靠性和安全性。核級泵的特殊使用要求運行的核電站其主要特點是帶核運行，具有潛核級泵的設(shè)計要求強度設(shè)計方面：

7、核泵設(shè)計中強度計算是必不可少的。除常規(guī)的強度計算、有限元分析和抗震計算分析外，還要求進(jìn)行一次薄膜應(yīng)力的極限計算，一次薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力的極限計算，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算、疲勞性能分析等。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面：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。核級泵屬于壓力邊界，故在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計中殼體、泵蓋、法蘭等承壓部件的設(shè)計壓力計算和機械密封的設(shè)計和選型等就顯得尤為重要。對于主泵和其他幾種核級泵的機械密封，也不會選用成型的標(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。核級泵的設(shè)計要求強度設(shè)計方面：核泵設(shè)計中強度計算是必不可少的核級泵的材料要求核級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、電機絕緣等）應(yīng)具有耐輻照性能、它們至少應(yīng)能在一個檢修周期內(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%。核級泵的材料要求核級泵由于其核安全要求、承壓要求及耐輻照要求核級泵的試驗要求關(guān)于核級泵，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、運行工況等進(jìn)行相關(guān)的試驗，其中包括泵機組的性能試驗、運轉(zhuǎn)試驗等。對于核二級泵，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、雜質(zhì)試驗、抗震試驗等。熱沖擊試驗：具體試驗要求根據(jù)規(guī)格書規(guī)定設(shè)備運行的具體工況溫度、壓力變化進(jìn)行。其

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

11、盡可能采用該泵所輸送的介質(zhì)，這樣無需外界設(shè)備冷卻水來冷卻機械密封，從而增加了機械密封的可靠性。據(jù)統(tǒng)計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。核級泵機械密封的特殊要求核電站泵的機械密封要求嚴(yán)格控制泄漏量，防止放射性污染，機械密核二三級泵機械密封性能要求一般要求：機械密封應(yīng)能滿足相應(yīng)泵向光運行工況要求，包括正常運行工況、異常運行工況以及事故運行工況，并能在規(guī)定的性能條件下可靠地運行。機械密封必須適應(yīng)泵的啟動、停運要求。設(shè)計壽命：機械密封的設(shè)計使用壽命要求為16000小時。對于RRA,RCV,EAS與RIS泵，要能確保在有顆粒的水中運行8000小時。

12、泄漏量：當(dāng)密封介質(zhì)為液體石，運轉(zhuǎn)1000小時后，平均泄露量規(guī)定如下：核二級機械密封：小于20ml/h； 核三級機械密封：小于5ml/h對于RRA,RCV,EAS與RIS泵，在熱沖擊與雜質(zhì)試驗后，泄漏量不超過40ml/h。核二三級泵機械密封性能要求一般要求：磨損量：磨損量的大小要滿足機械密封設(shè)計壽命的要求。已清水介質(zhì)進(jìn)行試驗，運轉(zhuǎn)超過100小時軟質(zhì)材料的密封環(huán)磨損量不大于0.015mm；運轉(zhuǎn)1000小時軟質(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，其試驗壓力位產(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：核二級機械密封：小于20ml/h； 核三級機械密封：小

13、于5ml/h。核二三級泵機械密封性能要求磨損量：核二三級泵機械密封性能要求核二三級泵機械密封設(shè)計要求設(shè)計溫度：不低于密封腔最大運行溫度設(shè)計壓力：不低于密封腔最大運行壓力的1.15倍設(shè)計轉(zhuǎn)速：在事故工況下，所有核二級泵以及RRI與PTR核三級泵由應(yīng)急電源系統(tǒng)供電，此時電源頻率變化范圍為53.5-57.5Hz，持續(xù)時間為幾秒鐘，設(shè)計轉(zhuǎn)速要考慮該種工況。核二三級泵機械密封設(shè)計要求設(shè)計溫度：技術(shù)規(guī)格書中對機械密封的相關(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、平衡型機械密封機械密封和軸之間應(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，降壓換應(yīng)能夠?qū)⑿孤┫?/p>

14、制在不影響泵繼續(xù)運行的水平。機械密封應(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械密封，而勿須移動電動機。應(yīng)采取用盒型機械密封等措施減少維修時間。機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、平衡型機械密封靜密封環(huán)應(yīng)設(shè)計成封閉運轉(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，降壓環(huán)應(yīng)能夠?qū)⑿孤┫拗圃诓挥绊懕美^續(xù)運行的水平。機械密封應(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，而勿須移動電機。應(yīng)

15、采取所有必要措施以降低停車時間，應(yīng)采取用盒型機械密封。密封應(yīng)由通過接管從泵第一級抽取的傳輸介質(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機械密封應(yīng)為盒式快裝機械密封完全更換機械密封所用時間要小于10小時。機械密封等應(yīng)可整體互換技術(shù)規(guī)格書中對機械密封的相關(guān)要求設(shè)備密封形式結(jié)構(gòu)要求檢修要求核二三級泵機械密封材料要求RRA001-002PO，RCV001-003PO，RIS001-002PO，REA003-004PO與PTR001-002PO泵用機械密封組件中，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。核二三級泵機械密封材料要求RRA001-002PO，RCV0核二三級泵機械密封零部件要求1. 壓蓋機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)計制造，應(yīng)對機械密封壓蓋進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變的計算分析、校核。機械密封壓蓋應(yīng)已設(shè)計壓力的1.5倍壓力進(jìn)行持續(xù)30分鐘以上的靜態(tài)試驗，零件應(yīng)無泄漏和冒汗現(xiàn)象。機械密封壓蓋應(yīng)作超聲波檢測、材料理化性能檢測報告（室溫拉伸試驗）、液體滲透檢查。2. 軸套軸套與軸之間應(yīng)設(shè)計有可靠的限漏密封

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的可能?？紤]到熱沖擊工況，軸套傳動與定位不推薦使用抱軸器。機械密封軸套應(yīng)作超聲波檢測、材料理化性能檢測報告（室溫拉伸試驗）、液體滲透檢查。核二三級泵機械密封零部件要求1. 壓蓋3. 機械密封密封副機械密封的動、靜密封環(huán)應(yīng)作水壓試驗、液體滲透檢查。機械密封的動、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機械密封的動、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)核級泵的介質(zhì)特性、正常工況、事故工況的運行

18、參數(shù)和特性，同時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，已確保泵機組在各種工況條件下安全、可靠地運行。對于RCV001-003PO、RIS001-002PO、EAS001-001PO這些核二級泵，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以及所有核三級泵，非金屬材料耐輻照能力需要不小于105 rad。核二三級泵機械密封零部件要求3. 機械密封密封副核二三級泵機械密封零部件要求應(yīng)用實例SEC-KSB

19、的上充泵（核二級）機封泄露保護(hù)由通過軸的集裝式平衡型機械密封提供，靜密封環(huán)的設(shè)計應(yīng)考慮到運行間隙，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)機封發(fā)生破裂時，減壓環(huán)需能夠限制泄露，使泵能夠連續(xù)運行。機械應(yīng)該通過泵送流體冷卻，冷卻水從泵的首級經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)入機封。機械密封應(yīng)能在規(guī)定的水質(zhì)參數(shù)下運行，且無需外供冷卻水。軸密封包括動靜環(huán)、彈性元件、墊片以及其它零件均應(yīng)設(shè)計為滿足要求的運行條件。運行條件下每個密封的泄露量不的超過50ml/h。機械密封失效時，為防止發(fā)生大的泄露至環(huán)境中，配備了一個流動限制裝置。機械密封與流動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。機封失效時，泄露至環(huán)境中的介質(zhì)應(yīng)小于2l/min。應(yīng)用實例SEC-KSB的上充泵（核二級）機封泄露保護(hù)泵內(nèi)水質(zhì)化學(xué)成分項目單位化容系統(tǒng)RCV換料水箱PTR安全殼地坑硼濃度最小最大mg/kgmg/kg023002100-23002100-