對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泵的運行電流的影響。結(jié)果表明泵的背壓越高泵的運行電流越大，并且存在一個峰值背壓，使得泵的電流階躍上升，造成泵過載。同時隨著泵的流量的增加，運行電流緩慢上升；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)計中，真空泵出口的氣體需要通過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，考慮到排氣流量對裂變產(chǎn)物的延遲時間的影響，需要控制排氣流量。

　　真空泵進(jìn)出口管線布置流程圖見圖1，這就造成了真空泵運行時，背壓高于大氣壓。真空泵建立脫氣塔真空時，抽吸的是空氣，但在氮氣置換工況及正常脫氣工況下，抽取的是氮氣和氫氣的混合物，而真空泵制造廠家在設(shè)備出廠時，僅進(jìn)行了背壓是大氣壓下的，抽吸空氣試驗。造成實際的運行過程中，因無數(shù)據(jù)參考，發(fā)生了多起過電流跳泵事件。本文對AP1000 核電廠真空泵存在的所有運行工況，進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，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，泵的選型，及穩(wěn)定運行提供了參考依據(jù)。

圖1 AP1000 脫氣塔流程圖

1 、試驗參數(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、測量儀表

　　試驗中的儀表如下，位置見圖1：真空泵的電流：PLS 在線采集數(shù)據(jù)。脫氣塔壓力：校驗過的在線儀表。真空泵入口壓力：校驗過的在線儀表。真空泵出口背壓：校驗過的在線儀表。真空泵流量：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程公式(1) ，由脫氣塔壓力及對應(yīng)時間，計算得出泵流量。氫氣濃度表：校驗過的在線儀表。氧氣濃度表：校驗過的在線儀表。

2、脫氣塔真空泵運行特性試驗

　　脫氣塔真空泵運行工況包括，初始建立真空，建立真空后的氮氣吹掃，建立真空后的脫氫氣工況。基于這三種工況，驗證電流與流量，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

　　為排除因泵流量高造成的背壓升高影響，現(xiàn)場斷開脫氣塔分離器后的出口管線，同時解開氣水分離器上部法蘭，使得泵的排氣過程不會造成泵背壓升高，模擬真空泵直接排向大氣的工況。封閉脫氣塔，在脫氣塔初始壓力為大氣壓時，啟動真空泵建立真空，并采集數(shù)據(jù)，見圖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，泵處于高電流運行，但整個建立真空的階段，泵的電流均未超過額定電流。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

　　脫氣塔真空泵出口按照圖1 所示布置，脫氣塔建立真空后，連續(xù)通入氮氣，維持真空泵入口壓力3kPa，背壓20 kPa 連續(xù)運行，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98 kPa 后，真空泵電流超過額定電流；在210 kPa，真空泵電流階躍上升，過載跳泵，這個背壓值是AP1000 真空泵的峰值背壓。對比圖2 數(shù)據(jù)，真空技術(shù)網(wǎng)（http://shengya888.com/）認(rèn)為真空泵的入口壓力與泵的電流大小無關(guān)。

　　2.3、電流與氣體種類相關(guān)性試驗

　　脫氣塔真空泵出口按照圖1 所示布置，脫氣塔建立真空后，連續(xù)通入氮氣，在泵的排氣氧濃度為0后，關(guān)閉氮氣，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)測真空泵電流，泵背壓，泵入口壓力曲線。與通氮氣時的數(shù)據(jù)對比，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

　　試驗中，氮氣和氫氣的數(shù)據(jù)高度吻合，如圖4，表明在真空泵背壓一定時，真空泵的電流與所抽取的氣體種類無關(guān)，背壓相同時，運行電流相同。

3、結(jié)論

　　(1) AP1000 脫氣塔真空泵首次建立真空時發(fā)生的過載跳閘及建立真空后，正常運行時發(fā)生的過載跳閘事件，均是由于泵的背壓過高造成的，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，真空泵的電流階躍上升，在真空泵的所有運行工況中，應(yīng)避免背壓達(dá)到峰值，維持小背壓運行，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大氣壓下運行，后續(xù)AP1000 核電站及同類布置的真空泵，需要在出廠時測試其電流與背壓的相關(guān)性。泵的設(shè)計選型也需要考慮泵的高背壓運行特性。

　　(4) 經(jīng)過試驗驗證后，目前AP1000 電站，通過設(shè)計變更，將真空泵入口閥門由開關(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，該文的試驗數(shù)據(jù)可為設(shè)計優(yōu)化提供輸入。