核电站液态二氧化碳的泵送

 

 

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，以尽量减少蒸汽的形成。

 

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CatPumps的三缸正排量泵组。所用的八台Cat6861K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，”CatPumps英国公司总经理BrianHubbard介绍：“这些泵需要频繁的维护，最终不得不更换。”

 

了解到CatPumps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CatPumps公司，后者又邀请StarRefrigeration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。CatPumps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StarRefrigerationR404A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℃。

 

安装在专门设计的撬装架上的CatPumps6861K型三缸柱塞泵采用了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。

 

在CatPumps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12kWTEFC（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。

 

“StarRefrigration在预订单阶段即与CatPumps密切合作，完成了详细的系统设计可行性研究。”StarRefrigration的DouglasHamilton介绍：“这种密切合作在后期设计阶段得到继续，CatPumps的贡献对满足英国能源公司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CatPumps设计和制造的前两台安装在Torness的泵组运行良好。另外两台已经安装在Heysham核电站。Torness目前正在安装其第三台设备。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。