主泵充水现场操作及方案分析

主泵充水现场操作及方案分析

袁瑶瑶

（三门核电有限公司 运行处 浙江省 台州市）

摘要：三门核电AP1000三代反应堆采用先进的屏蔽式主泵。在运行领域中，主泵充水操作涵盖了高处作业、辐射防护、SPV设备等一系列作业要求。本文对主泵充水的现场操作过程以及存在的人员设备风险进行了分析和探讨，为主泵充水的操作方案提出了几点改进建议。以期降低后续主泵充水操作的人员设备风险和工作成本。

关键字：AP1000；主泵；轴承水回路；定子屏蔽套；人员设备风险；

1.前言

三门核电AP1000主泵由西屋和EMD首次设计和制造，主泵为立式、单级、全密封、高转动惯量屏蔽泵[1]。其叶轮位于电机顶部。电机为水冷、感应电机，其上部与一回路相通，转子组件及轴承等都浸润在主冷却剂中，定/转子电气部分通过定/转子屏蔽套与主冷却剂隔离。主泵运行时会带动内部冷却剂在电机和外置热交换器间循环，将电机产生的热量传给设冷水，同时为轴承提供冷却和润滑。设计上屏蔽的功能，使得主泵轴承水回路形成一个几乎独立的闭环系统。正常运行阶段，主泵轴承水冷却回路的除盐水与一回路中的硼水只有离子级的交换，只要主泵不解体检修，后续启动无需充水排气。这对主泵充水的现场作业及充入的水质提出了很高的要求。主泵的定子屏蔽套只能承受由内向外的压力，在实际充水工作中有损坏的风险。主泵充水作业的运行现操需要攀爬到脚手架上持续工作，且处于较高水平的辐射环境中。本文通过分析这些风险并提出解决措施，便于提前消除隐患，创造优异运行业绩。

2.系统流程介绍  

主泵充水工作主要是向其轴承水回路充入干净的符合要求的除盐水。水质要求为A级水并在充水管路上加装5um的过滤器。除盐水阀门通过一根软管接到临时过滤器，过滤器与主泵疏水阀之间通过法兰连接,除盐水从下向上进入主泵。主泵电机内、连接管道及外置热交换器内的水的总体积为0.54m³。

从主泵的结构可知，在主泵静态充水的过程中，充至热屏处后继续充水，水会进入泵壳内，而泵壳与一回路冷段相连接，除盐水会从冷段管道进入堆芯，因此高于冷端管道底部标高的主泵构件（如主泵外置热交换器顶部及管道）无法完成充水，主泵定子端盖与外置热交换器间的一回路管道将有1200mm左右的气体无法排出，此段管道内径3”，换算成气体体积约5.4L。这里的气体在一回路充水完成后，进行静态排气时可以排出。轴承水回路冷却剂由外部热交换器冷却后从电机下端盖进入电机转子轴，在辅助叶轮处向上轴向流经电机腔室，带出转子和定子的热量。

3.主泵充水方案分析

3.1主泵充水方案风险点分析

对主泵本体来说，主要面临的设备风险是定子屏蔽套的负压风险。定子屏蔽套由两块Hastalloy276合金薄板对焊而成。长度约为3660mm，而厚度仅约为0.39mm，因此主泵定子屏蔽套非常薄，不能承受自外向内的压力。在主泵组装后定子屏蔽套与转子屏蔽套之间的空隙为4.83mm。如果定子腔室比一回路压力高6.89kPa，定子屏蔽套就会损坏。屏蔽套的作用是保护定子绕组组件和转子组件免于接触主冷却剂，因此其密封性和完整性对于主泵运行的安全和寿命有着直接联系。因此，为保证主泵定子屏蔽套的完整性，必须充分考虑主泵充水操作中可能引起定子屏蔽套承受负压的种种情况。

主泵充水阶段，最大的风险即主泵内水快速流出导致的非预期真空，例如充水软管意外松脱或爆裂，主泵内除盐水将会快速流出。根据西屋文件表明，主泵疏水速率不允许超过5gpm，否则定子屏蔽套有损坏风险。在主泵首次充水时曾经出现过上述风险，在运行人员及时有效的处理下才没有产生后果。

对于定子屏蔽套负压损坏的风险，发生过一起经验反馈。2011年3月11日，首台主泵的定子组件完成泄露试验后，在进行降压操作时由于未及时打开大气环境与回路之间的隔离阀，导致屏蔽套内侧回路空间内液体排出后未能及时与大气导通，从而造成定子屏蔽套绕组侧压力大于冷却回路侧压力，定子屏蔽套出现鼓包。

我们在工作现场时可以注意以下几个方面避免主泵负压：

1、确保主泵外置热交换器顶部排气阀打开且尽量不要安装软管。

2、确认充水管道各接口绑扎牢固。

3、在工作过程中时刻保持监视，一旦发现充水管线漏水，立刻关闭主泵疏水阀。

在当前的主泵充水方案里，运行值班员在进行现场操作时所面临的主要人员风险是辐射风险以及高处作业风险。AP1000主泵具备60年的寿期，在这期间主泵隔间的剂量水平会随活化产物的积累而不断增加。在进行主泵充水工作之前，应请辐射防护人员准确测量主泵隔间的剂量率，建立松散污染控制区，根据辐射防护人员的建议做好防护，例如穿戴铅衣。在执行临时运行指令时，需要值班员攀爬高约5米的脚手架来查看临时软管的液位，以此判断主泵泵体内的水位。这要求值班员要具备高处作业的资格，正确穿戴好安全带，并设置安全管控人进行监护。

除此以外，主泵充水操作还有异物进入泵体的风险。主泵充水工作本身是有防异物要求的

[2]。主要通过在充水路径上加装过滤器来拦截异物。主泵上部排气阀处使用防异物胶带堵上，在需要开启盲板时用细纱布将开口处罩好。在临时运行指令中，要求在充水前对软管和过滤器冲洗5分钟。现场操作人员应使用绝缘胶带将身上的热释光剂量计、人员剂量计、手套等可能脱落的物项紧固，佩戴眼镜的人员应使用眼镜绳。

3.2主泵充水方案的优缺点

当前主泵充水方案中使用一根临时透明软管，其上部绑在蒸汽发生器隔间地面的栅格板上，下部与过滤器泵侧相接，使其与主泵在Y轴上基本平行，充水完成后软管水位将会保持，以此来观测主泵液位。这种方法可靠性高，落实难度低，风险点少。此前判断主泵是否满水的措施是：1、设专人在冷段接管处听水流声 2、由于当时堆芯的吊篮在外部，所以可以派专人在压力容器法兰面处观察冷管段是否有水流出。若有水流出则标志主泵充水已经完成。当时出现了一些问题，第一台泵充水时，造成了堆芯少量进水。原因是工作组爬到堆芯标高处以及冷段管道处均耗费了一定时间，没有及时观察到冷段管道是否有水流出。这种老方法还具有一定的局限性，若堆内构件在压力容器内，则会阻挡视线看不到冷段管道，还有潜在的可能造成意外硼稀释的风险。使用临时透明软管观测主泵液位的方法可以避免这些问题。当然，也有不可忽视的缺点。因为此方案是利用使临时透明软管与主泵泵体中的液位相同的原理来观测液位。那么就需要在主泵隔间搭设脚手架且由运行值班员爬上5米高的脚手架来进行高处作业（观测软管液位）。液位观测点位于主泵隔间的顶部，主泵水力部件的下部，辐射剂量是主泵隔间的2-3倍，且还会随着堆芯寿期不断增加。在机组运行了数个燃料循环后，进行软管液位观测的运行值班员将面临非常大的辐射防护风险。

4.优化建议

在临时透明软管上使用非接触式液面传感器。用传感器来替代运行值班员进行液位观测，当透明软管内的液位到达传感器的安装位置时，灯光指示亮起。在实际进行主泵充水工作前，建议先对传感器进行可用性测试。我们可以在临时透明软管上设置两块这样的液面传感器。第一块位于主泵外部热交换器冷却水管道中线位置，用于精确指示主泵满水液位，第二块设置在第一块下方10-15cm处，用于提示液位即将到达满水位。当第二块传感器红灯亮起时，位于主泵下方和操作除盐水阀门的两名运行值班员保持通话，当第一块传感器红灯亮起时，立刻关闭除盐水阀门停止充水。这种用传感器来替代运行值班员进行液位观测的形式，不仅合理可行的降低了工作中人员的辐射剂量，符合放射性ALARA原则，还消除了主泵充水工作中的人员高处作业风险。因此运行工作组可以减少一名高处作业安全管控人，节约人力成本。这样的非接触式液面传感器价格低廉，远低于搭设脚手架的成本。

5．结论

（1）主泵充水工作的系统流程和操作流程较为复杂。在执行主泵充水工作前，应召开详尽的工前会，对潜在的风险点，如设备风险、人员风险、防异物风险等逐一分析。确保工作组成员知晓工作中的操作要点及可能发生的后果，事先协调好响应措施，如充水软管接头脱落或爆管时立刻关闭主泵疏水阀，防止主泵内负压等。

（2）主泵充水方案中使用临时透明软管进行充水液位测量是合理可行的方法。在此基础上，本文提出了用液面传感器来替代运行值班员进行液位观测的优化建议。有效降低了主泵充水的工作量，消除了脚手架的使用和高处作业的风险，节省了人力物力成本。

参考文献

[1]《运行值班员核岛岗位指南-反应堆冷却剂系统（RCS）》，第二版，三门核电有限公司，2016

[2]《2-TS-G0R-19004》，三门核电有限公司，2016