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核反应堆流体动压型主泵机械密封复用关键技术

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成果主要完成人

宋 林、杨全超、江腊涛、文 学、吴 明、陈锦裕、杜鹏程、郑嘉榕、费冬冬、向先保、袁潮潋、安 峰

项目概况

1.项目背景 百万千瓦级核电站反应堆主冷却剂泵(简称核主泵)是压水堆核电站冷却剂系统(一回路系统)中的关键设备,其机械密封系统(简称机封)是承压边界的关键部件,要求泄漏量小,长周期可靠运行,因此具有技术难度高、造价高、可靠性要求极高、预防性维护频繁、电厂机封备件库存量大的特点。主泵机械密封是当前国内推动主泵国产化最后一项待攻克的关键技术,长期以来是国外主泵厂家技术研发核心。为避免受制于国外厂家技术封锁(“卡脖子”问题),实现核设施关键设备的自主化制造,切实提高我国核设施安全可靠运行,加强对主泵机械密封运行规律的摸索,推动国产化进程势在必行。 本成果在国内外首次得到成功应用(已完成15级密封复用实施,节约主物料成本3200余万元),具有完全自主知识产权。2020年,本科技成果经过中核集团鉴定为具有“国际领先”水平,具有极为广阔的应用前景和社会经济效益。 2.项目先进性 1)研究动压型主泵机械密封设计、运维机理; 2)研究剖析密封环异常工况下的密封功能状态; 3)研究密封环材料特性及变化趋势; 4)建立机械密封复用评价技术标准、可靠性评估指标; 5)建立运营核电厂主泵机械密封健康评价体系。 3.项目创新性 1)采用理论分析、试验验证及工程应用相结合的研究路线;在国内外,首次针对动压型核主泵机械密封功能特性与可靠性评估关键技术研究; 2)采用系统科学的研究方法,国际首创建立主泵机封可靠性评估技术标准; 3)打破运营电厂动压型主泵机械密封“每修必换”的现状,大幅提升密封环运行寿期。 4.项目可推广性 本科技创新成果适用于我国完全自主知识产权的三代核电华龙一号机组(福清5-6号、海南3-4号、防城港3-4号、宁德5-6号以及巴基斯坦核电项目)。据统计,当前国内已有配套该型动压密封主泵在运、在建共计36台,数据还在随着华龙一号的推广而增加,因此具有极高的推广价值。 5.项目经济社会价值 本项目已在国内在役运行机组上成功实施五例流体动压型机械密封复用实践,复用后的机械密封经过总体评价状态两台,直接节省备件采购费用3200万。但除此之外,本项目远期经济、技术、社会价值更为可观。 5.1经济价值 每台机组整个寿期(60年)内将节省备件费用:2.7亿;对于多机组群堆电厂,例如参考电站福清核电6台机组,整个寿期内将直接节省备件费用高达16.2亿元。 5.2减排价值 每台机组寿期(60年)内将产生:60年*6套/机组(9年)*0.5m3=21m3的固体废物。 5.3技术价值 当前,世界上仅有为数不多的几个厂家掌握了主泵机械密封研发技术。因此,机械密封也是主泵国产的最后一个技术攻关项目;推动动压密封的复用,将助于将有助于国内密封研发厂家攻克动压型机械密封技术难关,打破国外技术垄断,推动国家关键设备的自主配套能力。 5.4社会价值 “华龙一号”核电机组是根据福岛核事故经验反馈以及我国和全球最新安全要求,而研发的先进百万千瓦级压水堆三代核电技术,是完全具有我国自主知识产权的项目,它的技术性能和安全指标都达到了国际三代核电技术的先进水平,是中国核电“走出去”的主打品牌。流体动压型机械密封已成为华龙一号机组主泵的标准配置。科学系统的研究华龙一号机组配套主泵机械密封复用,建立一整套可供行业参考的动压型机械密封复用实践标准,对于提高华龙一号机组运行经济性,提升品牌形象,深入推动国内动压型机械密封的国产化具有很大的社会效益。