帶壓密封技術(shù)在核電廠中的應(yīng)用分析

摘 要：運(yùn)行中的核電廠某系統(tǒng)發(fā)生泄漏時，在無法隔離檢修的情況下，帶壓密封技術(shù)可以在不影響機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行的條件下，對泄漏的管道、設(shè)備進(jìn)行封堵而迅速消除泄漏。該文通過模擬采用第三代AP1000核電技術(shù)的山東海陽核電廠壓縮空氣系統(tǒng)管道泄漏事件的處置過程，從核電廠的人員和工具配置、技術(shù)準(zhǔn)備、程序文件準(zhǔn)備、施工方案策劃、夾具設(shè)計制造、封堵工藝流程等方面分析帶壓密封技術(shù)在核電廠中的實施，以及其對保障核電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所起到的重要作用。

關(guān)鍵詞：帶壓密封 夾具 核電廠 應(yīng)用

中圖分類號：TB42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0127-02

1 帶壓密封技術(shù)在國內(nèi)核電站的應(yīng)用

帶壓密封技術(shù)是指當(dāng)運(yùn)行中的設(shè)備發(fā)生泄漏后，可以在不停車，不影響正常生產(chǎn)運(yùn)行的情況下實施封堵，快速消除泄漏的一項技術(shù)。該項技術(shù)于1922年起源于美國，20世紀(jì)60～70年代逐漸發(fā)展并擴(kuò)大應(yīng)用范圍，我國是從80年代初開始立項研發(fā)，目前該技術(shù)在各行各業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。其基本原理是，用夾具包容泄漏點(diǎn)建立密封腔，以高于泄漏系統(tǒng)壓力的推力注入密封劑，達(dá)到工作密封比壓，阻止泄漏，實現(xiàn)再密封。

相對于常規(guī)電站而言，核電站因其核安全的特殊性，在設(shè)計建造、設(shè)備采購、運(yùn)行維護(hù)等方面有更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。但由于在生產(chǎn)過程中受到介質(zhì)的腐蝕、沖刷、振動、溫度壓力變化的作用，以及其工藝系統(tǒng)復(fù)雜、不間斷運(yùn)行時間長等因素，仍無法杜絕“跑、冒、滴、漏”的出現(xiàn)。一旦重要設(shè)備出現(xiàn)泄漏，可能造成系統(tǒng)降功率、停機(jī)停堆事件，影響機(jī)組安全，造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能影響核安全。這時，就需要及時有效、在不停機(jī)狀態(tài)下安全地消除泄漏，因此，帶壓密封技術(shù)對核電具有極其重要的作用，且在國內(nèi)在運(yùn)核電站中已有大量成功的應(yīng)用案例。

2 山東海陽核電廠帶壓密封準(zhǔn)備工作

作為全球首批第三代AP1000核電項目，處在建安和調(diào)試高峰期的山東海陽核電廠正開展著帶壓密封作業(yè)的規(guī)劃和準(zhǔn)備工作。初期，該廠按照能夠解決中低壓/溫以及危險性較低的泄漏的要求進(jìn)行設(shè)備和人員配置，對于一些危險性較高的情況則委托專業(yè)的帶壓堵漏公司進(jìn)行封堵。

帶壓密封技術(shù)不同于其他常規(guī)維修工作，具有高風(fēng)險的特點(diǎn)，對操作者本人、他人及周圍設(shè)施的安全可能造成重大傷害。因此，只有在正常維修措施無法實現(xiàn)，同時，設(shè)備的運(yùn)行條件及相應(yīng)介質(zhì)滿足帶壓密封技術(shù)實施要求的情況下才能實施。為保證作業(yè)安全順利進(jìn)行，并滿足國家相關(guān)法規(guī)的要求，海陽核電廠發(fā)布了《特種作業(yè)許可管理》程序來規(guī)范帶壓密封作業(yè)。程序規(guī)定，由維修部發(fā)起特種作業(yè)申請，需注明申請原因、設(shè)備名稱和設(shè)備代碼、作業(yè)地點(diǎn)、危險源及對應(yīng)控制措施、作業(yè)安全措施、作業(yè)組織等內(nèi)容，經(jīng)由運(yùn)行部、安全質(zhì)保部對機(jī)組參數(shù)、風(fēng)險分析、安全防護(hù)措施等內(nèi)容進(jìn)行審查和補(bǔ)充，最終由分管副總經(jīng)理批準(zhǔn)生效，工作策劃員和現(xiàn)場作業(yè)人員必須持《特種設(shè)備作業(yè)人員證》才能從事相關(guān)工作。同時，已編制生效《操作規(guī)程》指導(dǎo)工作現(xiàn)場的具體操作步驟。

在海陽核電廠，帶壓密封技術(shù)只被允許應(yīng)用在常規(guī)島、BOP相關(guān)設(shè)備的泄漏處理，對于一回路的相關(guān)設(shè)備則禁止使用，主要考慮密封膠沒有取得抗輻照驗證，以及存在密封膠注入一回路，降低設(shè)備使用壽命的風(fēng)險。

在人員準(zhǔn)備方面，維修部已有5人通過中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會培訓(xùn)并獲得《特種設(shè)備作業(yè)人員證》。工具方面，按照兩臺機(jī)組每個大修周期內(nèi)需要內(nèi)部實施4次帶壓密封進(jìn)行規(guī)劃，主要包括兩套帶壓密封專用工具、作業(yè)人員使用的隔熱服、連體服等個人防護(hù)用品以及適用于不同溫度、介質(zhì)的密封膠。每套專用工具包括手動、氣動液壓泵，液壓軟管，注射槍及槍管，壓力表，快速接頭等。

3 模擬壓縮空氣系統(tǒng)泄漏處理

（1）儀用壓空系統(tǒng)泄漏。根據(jù)海陽核電廠《喪失儀用壓空》的運(yùn)行程序，當(dāng)儀用壓空系統(tǒng)破裂或泄漏時，運(yùn)行人員通過電站通訊系統(tǒng)通知電站員工儀用壓空壓力低、停止使用所有不重要的廠用壓空并根據(jù)程序采取相應(yīng)措施。查明漏點(diǎn)為儀用壓空母管后，要求維修人員執(zhí)行“壓空系統(tǒng)泄漏” 修復(fù)工作。若泄漏無法消除，儀用壓空壓力持續(xù)降低，可能導(dǎo)致某安全相關(guān)氣動閥由于失去壓氣而打開，造成停堆。

（2）帶壓密封可行性分析與方案制定。接到緊急缺陷后，維修值班人員響應(yīng)，確認(rèn)泄漏點(diǎn)為4\"的直管段焊縫，該段管道無法進(jìn)行隔離檢修。進(jìn)過系統(tǒng)介質(zhì)、壓力確認(rèn)，現(xiàn)場環(huán)境檢查，泄漏點(diǎn)檢查（檢查泄漏點(diǎn)周圍有無腐蝕、管壁減薄）等，初步判斷可實施帶壓密封作業(yè)。方案經(jīng)審查、批準(zhǔn)，確定采用盒式夾具，把泄露部位包封起來，然后向密閉腔內(nèi)注入密封劑消除泄露。

（3）夾具設(shè)計。夾具是在帶壓堵漏中安裝在泄漏缺陷部位形成密封空腔，提供強(qiáng)度和剛度保證的承壓金屬構(gòu)件。夾具作用有包容和覆蓋泄漏部位，形成密封空腔；空腔內(nèi)容納密封注劑；夾具承受系統(tǒng)壓力和密封注劑擠壓力；組成新的密封結(jié)構(gòu)。由于夾具的重要作用，其設(shè)計的好壞，關(guān)乎整個帶壓密封作業(yè)的成敗。夾具設(shè)計包括：材料選擇、結(jié)構(gòu)應(yīng)用、尺寸確定和強(qiáng)度計算等。

首先需要確定泄漏部位的工況參數(shù)：泄漏系統(tǒng)壓力PL為0.8 MPa；泄漏介質(zhì)為空氣；系統(tǒng)溫度為20；直管泄漏，管外徑為Φ108 mm；泄漏狀態(tài)為焊縫單點(diǎn)泄漏。

在材料選擇方面，為避免夾具對壓空系統(tǒng)不銹鋼管道造成碳污染，本體與耳板選用304L不銹鋼，[σt]=115MPa，螺栓選用30CrMoA材質(zhì)，[σt]=179MPa。（[σt]為在一定溫度下的許用應(yīng)力，取自ASME第Ⅱ卷D篇性能）

夾具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

空腔寬度應(yīng)覆蓋泄漏缺陷終止點(diǎn)，并距側(cè)端板內(nèi)距離大于15mm，本次管道泄漏可看作點(diǎn)泄漏，確定夾具空腔寬度C=35mm。

空腔高度與泄漏介質(zhì)溫度有關(guān)，結(jié)合密封劑固化性能等因素綜合確定，宜在520mm之間，設(shè)夾具空腔高度10 mm；

夾具計算直徑D=管道外徑+2倍空腔高度=128 mm；

夾具厚度S，由強(qiáng)度計算確定，因受安裝注射閥螺紋尺寸限制，不小于14 mm；

側(cè)板厚度Y，通常取Y=1.3～1.5S。

耳板寬度b，為便于焊接及強(qiáng)化受力，直管夾具耳板寬度可選擇與夾具的寬度相同。

因為要考慮密封注劑在密封腔內(nèi)的動態(tài)變化和密封比壓的需要，并提高夾具的剛性穩(wěn)定需求，一般取設(shè)計壓力為系統(tǒng)壓力與一修正值之和。設(shè)計壓力PC=PL+5=0.8+5=5.8 MPa。

夾具與泄漏管道外壁的密封空腔內(nèi)，承受介質(zhì)的壓力和密封劑的擠壓力，其壓力垂直于內(nèi)壁面，以正應(yīng)力為主。根據(jù)實際應(yīng)用和應(yīng)力測試，引用GB150《固定式壓力容器》的壁厚計算公式。

夾具本體厚度：S==3.31 mm，（為焊接系數(shù)，此處取1），按夾具最小厚度不小于14 mm的規(guī)定，應(yīng)用厚度S=14 mm。

夾具側(cè)板厚度Y=1.3～1.5S，取值為Y=20 mm。為便于密封劑的流動，設(shè)計采用單排6個規(guī)格為M12的標(biāo)準(zhǔn)型密封劑注劑孔。

螺栓小徑：d===8.4 mm，（式中：Ck預(yù)緊和剛度系數(shù)，取1.5；n為螺栓數(shù)量）。為控制螺栓初始緊固操作中不產(chǎn)生屈服變形，及避免扳手過力可能造成的螺栓超載，選4個規(guī)格為M12的8.8級雙頭螺栓。

耳板厚度：t===11.27mm，（式中：L1為耳板螺孔中心與本體距離，取L1=14 mm；b為耳板寬度，b=C+2Y=75 mm）。選用耳板厚度t=12 mm。

（4）現(xiàn)場實施模擬。設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場，完成現(xiàn)場檢查、工前會等內(nèi)容后按照《操作規(guī)程》實施帶壓密封作業(yè)。首先計算夾具與管道空腔內(nèi)的體積約為130 mL，判斷需使用4～5只密封劑；對油泵、液壓油管、壓力表、注劑槍等工具進(jìn)行檢查；夾具套在泄漏點(diǎn)處，貼合緊密，加上螺栓，用扳手緊固；將注劑閥旋入夾具的螺栓孔中，從遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)位置從兩側(cè)依次以適當(dāng)壓力向空腔內(nèi)注入密封劑。

可通過聽聲音和感知?dú)饬髋袛嘁淹瓿蓪π孤c(diǎn)的封堵，觀察一段時間后（1～2 h）不再出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，說明堵漏成功。該夾具可維持到下次換料大修時進(jìn)行拆除，完成對管道的徹底修復(fù)。

4 結(jié)語

由以上案例可見，帶壓密封技術(shù)的使用可以及時有效地消除了海陽核電廠壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏，保障了電站安全可靠地運(yùn)行。所以，在核電廠的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中，做好帶壓密封技術(shù)的引進(jìn)和規(guī)劃是十分必要的。同時，隨著抗輻照密封劑的研發(fā)和帶壓密封技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，帶壓密封技術(shù)在核電領(lǐng)域也將有越來越廣泛的應(yīng)用。

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