對(duì)AP1000核電廠脫氣塔真空泵，在不同工況下的電流特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。分析了泵的背壓，泵抽取的氣體流量，泵抽取氣體的種類對(duì)泵的運(yùn)行電流的影響。結(jié)果表明泵的背壓越高泵的運(yùn)行電流越大，并且存在一個(gè)峰值背壓，使得泵的電流階躍上升，造成泵過(guò)載。同時(shí)隨著泵的流量的增加，運(yùn)行電流緩慢上升；真空泵背壓一定情況下，抽取不同種類氣體的運(yùn)行電流相同。

　　AP1000機(jī)組脫氣塔真空泵采用的閉式液環(huán)式真空泵，這種類型真空泵在火電廠及其他工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在這些非放射性領(lǐng)域中，真空泵出口管線直接排向大氣，但是在核電廠中，由于抽取的介質(zhì)是氫氣等不凝性氣體，這些氣體經(jīng)脫氣塔從反應(yīng)堆冷卻劑中脫出，氣體中攜帶有氙、氪等帶放射性的裂變產(chǎn)物，故不能直接排放。在AP1000 核電廠設(shè)計(jì)中，真空泵出口的氣體需要通過(guò)裝滿活性炭的延遲床，吸附氙，氪等裂變產(chǎn)物后，再排向大氣，考慮到排氣流量對(duì)裂變產(chǎn)物的延遲時(shí)間的影響，需要控制排氣流量。

　　真空泵進(jìn)出口管線布置流程圖見(jiàn)圖1，這就造成了真空泵運(yùn)行時(shí)，背壓高于大氣壓。真空泵建立脫氣塔真空時(shí)，抽吸的是空氣，但在氮?dú)庵脫Q工況及正常脫氣工況下，抽取的是氮?dú)夂蜌錃獾幕旌衔铮�而真空泵制造廠家在設(shè)備出廠時(shí)，僅進(jìn)行了背壓是大氣壓下的，抽吸空氣試驗(yàn)。造成實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，因無(wú)數(shù)據(jù)參考，發(fā)生了多起過(guò)電流跳泵事件。本文對(duì)AP1000 核電廠真空泵存在的所有運(yùn)行工況，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了泵的電流與泵流量，背壓及抽取氣體種類的相關(guān)性，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，泵的選型，及穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考依據(jù)。

圖1 AP1000 脫氣塔流程圖

1 、試驗(yàn)參數(shù)和公式

　　1.1、設(shè)備技術(shù)規(guī)格

表1 真空泵電機(jī)技術(shù)規(guī)范

　　1.3、測(cè)量?jī)x表

　　試驗(yàn)中的儀表如下，位置見(jiàn)圖1：真空泵的電流：PLS 在線采集數(shù)據(jù)。脫氣塔壓力：校驗(yàn)過(guò)的在線儀表。真空泵入口壓力：校驗(yàn)過(guò)的在線儀表。真空泵出口背壓：校驗(yàn)過(guò)的在線儀表。真空泵流量：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程公式(1) ，由脫氣塔壓力及對(duì)應(yīng)時(shí)間，計(jì)算得出泵流量。氫氣濃度表：校驗(yàn)過(guò)的在線儀表。氧氣濃度表：校驗(yàn)過(guò)的在線儀表。

2、脫氣塔真空泵運(yùn)行特性試驗(yàn)

　　脫氣塔真空泵運(yùn)行工況包括，初始建立真空，建立真空后的氮?dú)獯祾�，建立真空后的脫氫氣工況�；�于這三種工況，驗(yàn)證電流與流量，電流與背壓，電流與氣體種類相關(guān)性。

　　2.1、電流與流量的相關(guān)性試驗(yàn)

　　為排除因泵流量高造成的背壓升高影響，現(xiàn)場(chǎng)斷開(kāi)脫氣塔分離器后的出口管線，同時(shí)解開(kāi)氣水分離器上部法蘭，使得泵的排氣過(guò)程不會(huì)造成泵背壓升高，模擬真空泵直接排向大氣的工況。封閉脫氣塔，在脫氣塔初始?jí)毫�為大氣壓時(shí)，啟動(dòng)真空泵建立真空，并采集數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2，其中真空泵入口壓力/suction pressure 由圖1 中的部件5 采集。

圖2 真空泵電流與流量相關(guān)性

　　圖2 數(shù)據(jù)可以看出，真空泵的流量在大于250m³/h 區(qū)間時(shí)，泵處于高電流運(yùn)行，但整個(gè)建立真空的階段，泵的電流均未超過(guò)額定電流。隨著流量小于250 m³/h，電流平穩(wěn)減小。

　　2.2、電流與背壓相關(guān)性試驗(yàn)

　　脫氣塔真空泵出口按照?qǐng)D1 所示布置，脫氣塔建立真空后，連續(xù)通入氮?dú)�，維持真空泵入口壓力3kPa，背壓20 kPa 連續(xù)運(yùn)行，在泵的排氣氧濃度為0后，關(guān)閉真空泵排氣管線上的出口閥，監(jiān)測(cè)真空泵電流，泵背壓，泵入口壓力曲線，如圖3 所示。

　　圖3 數(shù)據(jù)表明，真空泵背壓超過(guò)98 kPa 后，真空泵電流超過(guò)額定電流；在210 kPa，真空泵電流階躍上升，過(guò)載跳泵，這個(gè)背壓值是AP1000 真空泵的峰值背壓。對(duì)比圖2 數(shù)據(jù)，真空技術(shù)網(wǎng)（http://www.13house.cn/）認(rèn)為真空泵的入口壓力與泵的電流大小無(wú)關(guān)。

　　2.3、電流與氣體種類相關(guān)性試驗(yàn)

　　脫氣塔真空泵出口按照?qǐng)D1 所示布置，脫氣塔建立真空后，連續(xù)通入氮?dú)�，在泵的排氣氧濃度�?后，關(guān)閉氮?dú)�，連續(xù)通入氫氣，在泵的排氣管線，氫表的濃度為100% 后，關(guān)閉真空泵排氣管線上的出口閥，監(jiān)測(cè)真空泵電流，泵背壓，泵入口壓力曲線。與通氮?dú)鈺r(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖4 所示。

圖3 真空泵電流與泵的背壓相關(guān)性

圖4 不同種類氣體的背壓與電流相關(guān)性

　　試驗(yàn)中，氮?dú)夂蜌錃獾臄?shù)據(jù)高度吻合，如圖4，表明在真空泵背壓一定時(shí)，真空泵的電流與所抽取的氣體種類無(wú)關(guān)，背壓相同時(shí)，運(yùn)行電流相同。

3、結(jié)論

　　(1) AP1000 脫氣塔真空泵首次建立真空時(shí)發(fā)生的過(guò)載跳閘及建立真空后，正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生的過(guò)載跳閘事件，均是由于泵的背壓過(guò)高造成的，與泵的流量及泵的抽氣種類相關(guān)性較小。

　　(2) 達(dá)到峰值背壓時(shí)，真空泵的電流階躍上升，在真空泵的所有運(yùn)行工況中，應(yīng)避免背壓達(dá)到峰值，維持小背壓運(yùn)行，有利于真空泵設(shè)備的安全。

　　(3) 核電站排氣中含有大量的放射性裂變產(chǎn)物，需要控制排氣流量，以滿足裂變產(chǎn)物吸附要求，這就導(dǎo)致真空泵必然在背壓超過(guò)大氣壓下運(yùn)行，后續(xù)AP1000 核電站及同類布置的真空泵，需要在出廠時(shí)測(cè)試其電流與背壓的相關(guān)性。泵的設(shè)計(jì)選型也需要考慮泵的高背壓運(yùn)行特性。

　　(4) 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后，目前AP1000 電站，通過(guò)設(shè)計(jì)變更，將真空泵入口閥門由開(kāi)關(guān)型，修改為調(diào)節(jié)型，控制泵的背壓，以滿足泵的不同運(yùn)行工況。真空泵下游的放射性廢氣排氣管線，應(yīng)在放射性氣體排放流量和泵的排放背壓之間，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，該文的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供輸入。