核电站液态二氧化碳的泵送

来源:荣格

发布时间:2020年5月19日上午 10:05:46

三缸柱塞泵采用了316不锈钢锻造坯料全机加工而成的泵头,最大程度上兼顾了液体形态、工艺、强度和耐腐蚀性。柱塞密封装置仅由液态CO2润滑,并运行在同心的高密度抛光氧化铝陶瓷柱塞上。材料非常光滑、坚固,确保长时间的密封寿命,不需要额外的密封冲洗液。

液态二氧化碳(CO2)被广泛应用于各个行业。但这种物质的泵送给设备/系统制造商和工厂管理者带来了一系列挑战,因为它必须在低温和高压均得到控制的条件下才能泵送移,以尽量减少蒸汽的形成。

核电站液态二氧化碳的泵送

安装在专门设计的撬装架上的Cat Pumps 6861K型

泵送液态二氧化碳(CO2)有挑战

对于泵制造商来说,液态CO2固有的可压缩性和比较差的润滑性能也对泵的设计提出了特殊要求。

在核电行业,CO2是为反应过程中的先进气冷核反应堆提供温度冷却的主要形式。向反应堆加注的CO2储存在两种压力下:接收到来自公路槽罐车的CO2时,储存压力为20bar,向反应装置加注时的压力为50bar。泵在输送液态CO2的过程中,压力从20bar变换到50bar。

 

为了解决Heysham和Torness核电站最初安装的旋转泵所遭遇的泵送液态CO2的问题,隶属于英国电网的英国能源公司在每个电站安装四台专门设计的Cat Pumps的三缸正排量泵组。所用的8台Cat 6861K系列泵,经过特别改装,以满足液态CO2的泵送要求。

 

特殊的设计

 “两家电站在输送液态CO2时遇到的主要问题是现有旋转泵的使用寿命非常短,” Cat Pumps英国公司总经理Brian Hubbard介绍:“这些泵需要频繁的维护,最终不得不更换。”

了解到Cat Pumps公司在设计和提供CO2泵送用高性能正排量三缸泵领域拥有相当的经验,为了解决这一问题,英国能源公司在2005年联系了Cat Pumps公司,后者又邀请Star Refrigeration公司与之合作。

每个核反应堆都由保存在50bar高压罐内的CO2进行冷却,并将低压罐中的液态CO2泵送至高压罐内进行补充。Cat Pumps公司的6861K需要处理6吨/小时的流量,而在进行反应堆加注工作时,只需要四台泵系统中的一台运行即可,另外三台处于备用状态。

在加注过程中,CO2储存系统被分成两部分。在本例中,每个部分分别配有一对泵,一台工作,一台自动备用。为了保持在液态,CO2被低温深度冷却。Heysham和Torness反应堆也安装了Star Refrigeration R404A 公司的R404A风冷制冷设备。在进入CO2液体泵之前,低温深度冷却换热器将低压散装储罐中的CO2的温度从-16℃降至-18℃。

在Cat Pumps的 686K型泵中,密封装置根据预测的未来密封寿命而配置,并为日常维护预留了空间。3只高压密封件连接到用于监测CO2的泄漏检测系统,3只低压备用密封件以尽可能降低水分在密封垫片内积聚的方式安装,以免结冰。

高压CO2泵头完全无须润滑,在CO2泵端和油润滑的曲轴箱端之间配有间隔段、延长的柱塞杆和丁腈橡胶/PTFE密封件,防止交叉污染。泵通过12kW TEFC(全封闭扇冷式)电机进行齿轮传动,电机按照严格的电气和机械规范制造,齿轮箱总成在单独的油润滑状态下运行。

“Star Refrigration在预订单阶段即与Cat Pumps密切合作,完成了详细的系统设计可行性研究。” Star Refrigration的Douglas Hamilton介绍: “这种密切合作在后期设计阶段得到继续, Cat Pumps的贡献对满足BE为核工业提供稳固而可靠的解决方案所寻求的准确要求非常重要。”

 

理想的运行状态

报告显示,由Cat Pumps设计和制造的前2台安装在Torness的泵组运行良好。另外2台已经安装在Heysham核电站。Torness目前正在安装其第3台设备。事实证明,这对他们正在更换的旋转泵是一项巨大的改进。由于泵的性能和可靠性得到改善,英国能源公司显著减少了泵的维护时间、费用以及CO2加注计划的影响方面。

 

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