田灣核電站凝汽器真空系統(tǒng)板式熱交換器缺陷及處理

楊 冬

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

1 凝汽器真空系統(tǒng)板式熱交換器缺陷及原因分析

田灣核電站凝汽器真空系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱MAJ系統(tǒng)）的板式熱交換器與凝汽器真空泵配套，用于冷卻真空泵密封水，每個(gè)機(jī)組有3臺(tái)。

該換熱器在系統(tǒng)安裝調(diào)試期間運(yùn)行次數(shù)較少，從2007年1、2號(hào)機(jī)組商業(yè)運(yùn)行系統(tǒng)正式運(yùn)行開(kāi)始，MAJ系統(tǒng)板式換熱器一直故障不斷，主要缺陷有：

（1）缺陷1：換熱效果差

2007年7—10月，該換熱器頻繁出現(xiàn)換熱效果差，平均每?jī)商煲慌_(tái)。發(fā)生上述缺陷的主要原因有：

1）海水溫度較高。7—10月是夏季，海水溫度在28 ℃左右，最高可達(dá)32 ℃，致使換熱器換熱能力下降。

2）夏季海水較臟。海水中有大量的秸稈、海生物等雜質(zhì)，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)不能將上述雜質(zhì)有效過(guò)濾，使大量雜質(zhì)進(jìn)入換熱器內(nèi)部，使海水流量降低。

3）海水側(cè)中間板上沉積有大量的淤泥、海生物殘余等更細(xì)小的雜質(zhì)；而MAJ側(cè)有大量的銹蝕等雜質(zhì)附著在換熱表面；增加了污垢系數(shù)，使換熱效果下降。

（2）缺陷2：換熱器外漏

2008年開(kāi)始，換熱器開(kāi)始出現(xiàn)外漏的缺陷，有呈噴射狀的大量泄漏，有呈線狀的漏水，也有幾秒一滴的滴漏。發(fā)生的頻率大致為兩個(gè)機(jī)組每個(gè)月1臺(tái)次。發(fā)生上述缺陷的主要原因有：

1）對(duì)于2號(hào)機(jī)組的MAJ板式熱交換器，雖然是同一個(gè)廠家生產(chǎn)，但其框架板海水通道處，1號(hào)機(jī)組有防止海水腐蝕的橡膠襯環(huán)，2號(hào)機(jī)組沒(méi)有。這導(dǎo)致框架板腐蝕造成外漏。

2）為了修復(fù)2號(hào)機(jī)組換熱器上述腐蝕的框架板，對(duì)其進(jìn)行了補(bǔ)焊、打磨等處理。但因多次補(bǔ)焊產(chǎn)生熱變形，框架板的平行度產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致框板壓緊時(shí)，對(duì)板片的壓緊厚度不均，兩端板間的距離不同位置的壓緊值偏差可達(dá)3 mm。這使膠條的受壓程度不均，個(gè)別膠條的局部壓強(qiáng)小，壓強(qiáng)小的部位容易被沖開(kāi)移位，造成2號(hào)機(jī)組換熱器外漏。

3）海水通道內(nèi)有較多的魚(yú)蝦殘?bào)w，這些殘?bào)w占據(jù)流通體積，使流速增強(qiáng)，增強(qiáng)了膠條被沖開(kāi)移位的可能。

4) 因框架板強(qiáng)度不足，導(dǎo)致1、2號(hào)機(jī)組框架板均有不同程度的變形。這使得板片間產(chǎn)生波浪狀錯(cuò)位，錯(cuò)位量可達(dá)10mm，板片的錯(cuò)位會(huì)使膠條壓不正，密封槽變形等，進(jìn)而產(chǎn)生外漏。

5）個(gè)別檢修人員技能不足，回裝換熱器時(shí)操作失誤，將海水通道法蘭雙頭螺栓長(zhǎng)、短端裝反，使框架板內(nèi)側(cè)襯環(huán)被誤裝的螺栓長(zhǎng)端頂變形，產(chǎn)生外漏。

6）新更換的備用板片，安裝約1個(gè)月左右就在側(cè)面長(zhǎng)邊產(chǎn)生了長(zhǎng)約150mm的大裂紋，導(dǎo)致海水呈噴射狀外漏。

上述缺陷板片更換時(shí)是與舊板片混裝的，舊板已有變形。這樣組裝的結(jié)果使得板間搭接不實(shí)，缺陷板片背后的搭接點(diǎn)越靠近裂紋處越模糊甚至不可見(jiàn)。另外，換熱器海水側(cè)的工作壓力在0.6～0.64 MPa，MAJ側(cè)的工作壓力為0.16 MPa，且在0.15～0.17 MPa之間持續(xù)波動(dòng)，這使得此部位承受較大的交變應(yīng)力作用，缺陷板片是0.4 mm的鈦板，機(jī)械強(qiáng)度較差，這些因素加在一起最終使鈦板產(chǎn)生疲勞裂紋。

（3）缺陷3：換熱器內(nèi)漏

從2008年開(kāi)始出現(xiàn)此換熱器內(nèi)漏的缺陷，內(nèi)漏在設(shè)備運(yùn)行期間一般無(wú)法發(fā)現(xiàn)，但會(huì)使海水進(jìn)入真空泵（MAJ）側(cè)，使MAJ側(cè)的管道、泵等產(chǎn)生腐蝕，進(jìn)而加劇換熱板片MAJ側(cè)表面污垢的沉積。該缺陷一般在解體清洗換熱器后，回裝前的水壓試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生該缺陷的主要原因有：

1）2007年夏季頻繁出現(xiàn)換熱效果差的缺陷，因解體清洗所需時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)幾乎每天一次的清洗要求，所采取的主要措施是打開(kāi)海水側(cè)法蘭，用鋼絲刷清理海水通道內(nèi)的雜質(zhì)。因鋼絲刷較硬，使得海水通道處，特別是臨近入口法蘭的中間板海水通道孔處，因頻繁的刷洗，出現(xiàn)磨損、穿孔。

2）換熱板海水側(cè)通道入口部位出現(xiàn)磨損，出現(xiàn)很多凹坑等變形，在一些凹坑底部有橢圓形穿孔，而在除鹽水通道處沒(méi)有凹坑。

對(duì)缺陷處截取試樣，在掃描電鏡下觀察，孔洞是從海水沖刷鈦板表面開(kāi)始形成的。高倍下觀察，海水側(cè)表面有密集的沖刷形成的微坑，微坑的尺寸為微米或亞微米級(jí)，沒(méi)有分析出異常元素成分，除鹽水表面沒(méi)有明細(xì)的沖刷損傷痕跡。因此，海水水中存在細(xì)沙、貝殼等細(xì)微雜質(zhì)，加上海水側(cè)流量、流速較大，導(dǎo)致海水側(cè)通道和中間板分配區(qū)產(chǎn)生沖蝕，最終導(dǎo)致穿孔。

3）海水側(cè)通道或MAJ側(cè)通道開(kāi)孔附近板片產(chǎn)生微裂紋導(dǎo)致內(nèi)漏。

此換熱板是0.4 mm厚的鈦板，2008年開(kāi)始頻繁的解體檢修，反復(fù)拆裝換熱板，這種較薄的換熱板因此產(chǎn)生變形，重新安裝后板間搭接不實(shí)；又因?yàn)槌}水側(cè)和海水側(cè)壓力持續(xù)、小范圍內(nèi)波動(dòng)，使得中間板持續(xù)受到交變應(yīng)力的作用，最終導(dǎo)致了微裂紋的產(chǎn)生。

4）中間板接觸點(diǎn)處嚴(yán)重磨損，并出現(xiàn)穿孔。此缺陷是在2010年出現(xiàn)的，板片損壞處均為前后板片的接觸點(diǎn)，磨損處大且平，沒(méi)有明顯劃痕。

磨損嚴(yán)重的地方出現(xiàn)穿孔。穿孔原因有如下幾個(gè)方面：

1）查看MAJ側(cè)的現(xiàn)場(chǎng)壓力表，發(fā)現(xiàn)其壓力在0.16 MPa上下至0.1 MPa的范圍內(nèi)持續(xù)抖動(dòng)，海水側(cè)壓力在0.6～0.64 MPa之間持續(xù)波動(dòng)，各個(gè)換熱器的抖動(dòng)頻度稍有差異。這說(shuō)明MAJ側(cè)的壓力處于小范圍但頻繁、持續(xù)的變化中。這種壓力的波動(dòng)，導(dǎo)致了板片之間相對(duì)的位移，當(dāng)接觸點(diǎn)磨損開(kāi)始后，板片間的移動(dòng)空間會(huì)越來(lái)越大，使磨損加劇。另外，海水側(cè)與MAJ壓差達(dá)0.45 MPa，產(chǎn)生的壓力較大。

2）出現(xiàn)穿孔的板片厚度為0.4 mm，機(jī)械強(qiáng)度較差。兩側(cè)介質(zhì)壓力持續(xù)、小范圍內(nèi)的波動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力，使鈦板產(chǎn)生疲勞損傷，最終穿孔。

3）此換熱器壓緊尺寸是解體前的測(cè)量值。經(jīng)過(guò)多次解體檢修，此壓緊尺寸與理論壓緊尺寸可能會(huì)有偏差，如果比理論值小，會(huì)使板片壓得過(guò)緊，使板片變形；比理論值大，會(huì)使板片壓得過(guò)松，導(dǎo)致板片間接觸點(diǎn)壓不實(shí)。

2 采取的處理措施

2.1 針對(duì)2號(hào)機(jī)組MAJ系統(tǒng)換熱器框架板腐蝕采取的措施

在無(wú)備件的情況下，對(duì)框架板進(jìn)行打磨、補(bǔ)焊，并涂刷防腐涂層，同時(shí)采購(gòu)帶橡膠襯環(huán)的框架板和橡膠襯環(huán)等備件。上述框架板在備件到貨之前經(jīng)過(guò)多次補(bǔ)焊出現(xiàn)變形，這又導(dǎo)致板片間產(chǎn)生波浪狀錯(cuò)位，使膠條壓不正，密封槽變形等，進(jìn)而產(chǎn)生外漏。為了減小板片間波浪狀的錯(cuò)位，采取了在框架板間增加金屬壓條的方法，盡量減少板片的錯(cuò)位。

至2010年，在打磨補(bǔ)焊后的框架板上增加了橡膠襯套后，幾乎未發(fā)生框架板腐蝕引起的外漏等缺陷。

2.2 針對(duì)海水中雜質(zhì)過(guò)多采取的措施

為了降低海水中的雜質(zhì)所采取的主要措施有：

1）為了減少打開(kāi)海水側(cè)清理的次數(shù)，在MAJ換熱器進(jìn)出口管線之間增加了反沖洗管線，當(dāng)換熱效果差，懷疑海水進(jìn)口有雜質(zhì)堵塞時(shí)，先進(jìn)行反沖洗，若無(wú)效再將打開(kāi)海水側(cè)清洗，這使得海水側(cè)清理次數(shù)有所下降，但海水中雜質(zhì)仍較多。

2）2009年上半年機(jī)組大修期間，在MAJ換熱器前增加了孔徑3.5 mm的自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，將海水中的大部分的雜質(zhì)過(guò)濾掉，這使得換熱器清洗次數(shù)大大降低。

增加自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器后，也使得換熱器解體檢修的次數(shù)大大下降，這使得密封膠條密封槽變形的可能性下降，同時(shí)密封條的壽命也有所延長(zhǎng)，由膠條裂紋或沖出密封槽而產(chǎn)生的外漏也基本消除。

2.3 針對(duì)換熱板磨損、穿孔采取的措施

從上述的缺陷分析來(lái)看換熱板兩側(cè)的壓力相差較大且處于小范圍內(nèi)持續(xù)波動(dòng)的工況；0.4 mm厚的鈦板較薄，機(jī)械性能較差；海水側(cè)雜質(zhì)多等是造成換熱板磨損、穿孔的主要原因。采取的措施有：

1）采購(gòu)加厚的換熱板，從2008年開(kāi)始陸續(xù)將0.4 mm的換熱板逐步更換為0.5 mm厚的換熱板。更換換熱板時(shí)，不允許新、舊板片混裝；在有足夠備件的情況下，盡量將所有換熱板全部更換為0.5 mm厚的板片。

2）采購(gòu)整臺(tái)新?lián)Q熱器作為備件，新?lián)Q熱器板片為0.5 mm，且增加框架板的強(qiáng)度。

3）為了防止換熱板間搭接不實(shí)的情況，要求每次解體檢修后，回裝換熱板時(shí)嚴(yán)格按照理論壓緊尺寸，壓緊換熱板。

2.4 針對(duì)海水側(cè)通道入口處及分配區(qū)磨損采取的措施

海水側(cè)通道入口處及分配區(qū)磨損，與海水中的細(xì)沙、貝殼等小顆粒物有關(guān)，同時(shí)與海水流速也有關(guān)。采取的措施有：

1）將0.4 mm的換熱板全部更換為0.5 mm厚的換熱板，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)增加換熱板片數(shù)量，增長(zhǎng)流道，減少單個(gè)板片所受的沖刷。

2）在MAJ換熱器海水入口前增加了自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，減少了換熱器海水側(cè)的流量。

3）若換熱效果差，確實(shí)需清理海水側(cè)，則使用塑料刷或銅絲刷清理，嚴(yán)禁使用鋼絲刷，以減少換熱板海水通道處的磨損。

2.5 針對(duì)人因失誤采取的措施

針對(duì)人因失誤，采取了如下措施：

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢修經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)并升版維修程序，使程序更加適合現(xiàn)場(chǎng)工作，并強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格執(zhí)行程序。

2）加強(qiáng)檢修人員技能培訓(xùn)，并形成學(xué)習(xí)記錄。

3）編制事件的經(jīng)驗(yàn)反饋，進(jìn)行歷次事件的經(jīng)驗(yàn)反饋學(xué)習(xí)。

4）充分運(yùn)用“工前會(huì)”這一防人因失誤工具，在每次工作開(kāi)始前，對(duì)所有檢修人員進(jìn)行技術(shù)和安全交底，具體分析本班次可能遇到的技術(shù)、安全方面的關(guān)鍵工序和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.6 采取措施綜述

田灣核電站凝汽器真空系統(tǒng)板式熱交換器的上述缺陷，與其運(yùn)行時(shí)間有相關(guān)性，且各種缺陷的發(fā)生、發(fā)展與各缺陷的處理措施也是互相關(guān)聯(lián)的。

這也從另一個(gè)方面說(shuō)明，一些缺陷僅從單個(gè)設(shè)備本身去分析，僅是“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”，對(duì)缺陷的原因分析可能不全面，不能從根本上消除缺陷。應(yīng)把設(shè)備放在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，整體地去看待，比如分析缺陷原因時(shí)考慮到設(shè)備所在系統(tǒng)的壓力、溫度等參數(shù)，特別是要注意設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)的輸入數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的工作參數(shù)與設(shè)備實(shí)際的工作參數(shù)是否一致等，從而使缺陷的處理更準(zhǔn)確、徹底。

在沒(méi)有分析出根本原因前，基本上都是針對(duì)某個(gè)缺陷，制定某個(gè)糾正措施。所采取的處理措施，可能是導(dǎo)致進(jìn)一步缺陷的原因。如在2007年夏季，因頻繁出現(xiàn)換熱效果差的缺陷，沒(méi)有時(shí)間窗口解體檢修，加上檢修人員不足，采取的措施是用鋼絲刷清理海水側(cè)通道。這使得換熱板海水側(cè)開(kāi)孔及分配區(qū)產(chǎn)生磨損、裂紋。

在2009年增加了海水側(cè)的自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器后，海水進(jìn)水水質(zhì)大大提高，換熱效果差的缺陷基本上被消除。但由于MAJ側(cè)和海水側(cè)的壓力在小范圍內(nèi)持續(xù)波動(dòng)，且兩側(cè)的壓力相差0.4 MPa左右，使換熱板處于一個(gè)持續(xù)的交變應(yīng)力的作用下。加上0.4 mm的換熱板較薄，機(jī)械性能較差，使換熱板產(chǎn)生了疲勞微裂紋，積累下來(lái)，在2008年產(chǎn)生了裂紋、磨損甚至穿孔的缺陷，導(dǎo)致?lián)Q熱器外漏、內(nèi)漏的缺陷。

另外，對(duì)產(chǎn)生裂紋的區(qū)域進(jìn)行微觀檢查發(fā)現(xiàn)，換熱板海水側(cè)開(kāi)孔及分配區(qū)有極小的微凹坑，進(jìn)而檢查發(fā)現(xiàn)海水側(cè)實(shí)際流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于換熱器海水側(cè)設(shè)計(jì)流量。這些凹坑在交變應(yīng)力作用下易產(chǎn)生疲勞損傷、裂紋。

3 結(jié)束語(yǔ)

板式熱交換器因其換熱效率高、占地小的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地應(yīng)用在核電廠的各個(gè)系統(tǒng)中。由于板式熱交換器結(jié)構(gòu)，維修時(shí)需注意的事項(xiàng)等基本一樣，希望本文對(duì)于其他各型號(hào)的板式熱交換器的檢修能起到一定的借鑒作用，為核電廠板式熱交換器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。

[1]楊佰科，等.混凝土實(shí)用新技術(shù)手冊(cè)[M].吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1998.（YANG Bai-ke, et.al.Manual of practical new technology for the concrete [M].Jilin:Jilin Science and Technology Press, 1998.）