RRISEC板式熱交換器失效模式及管理

摘 要：RRI/SEC板式熱交換器是秦山第二核電廠（簡稱秦二廠）核島輔助系統中的重要設備，主要由維修、防腐、化學、性能和運行多個專業負責管理該設備的預防性維修、防腐檢查、性能監測，該設備在運行中存在沖蝕、腐蝕、振動、墊片失效等多種失效模式。該文詳細介紹了RRI/SEC板式熱交換器的各種失效模式，提供了板式熱交換器器故障排除指導，對秦二廠RRI/SEC板式熱交換器的監管方式進行了介紹，并對管理方面的不足提出了合理建議。

關鍵詞：板式熱交換器 失效模式 監管

中圖分類號：TL353 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0199-01

秦二廠設備冷卻水系統（RRI）的功能是：冷卻各種核島熱交換器；經過RRI板式熱交換器將熱負荷傳遞至安全廠用水系統（SEC）冷卻的海水；同時在核島熱交換器和海水之形成一道安全屏障，防止放射性流體不可控制地釋放到海水中。

1 板式熱交換器的主要失效模式

1.1 沖蝕

RRI板式熱交換器板片材料為工業純鈦，材料本身耐磨性較好，但鑒于秦山地區杭州灣海水泥沙含量大的特性，鈦板沖蝕失效是RRI板式熱交換器非常典型的一種失效模式。雖然板間流速及入口流量均沒有超過設計值，但鈦板的波紋設計及單邊型流向，使得鈦板容易出現局部流速較高現象，加之海水泥沙含量高的特點，導致上述流速過高區域出現沖蝕減薄嚴重甚至穿孔。

1.2 腐蝕

核電廠對二回路水化學控制十分嚴格，對諸如Cl-、SO42-等有害離子均有嚴格限制，并盡量提高pH值至9.6甚至更高，且工業純鈦材料本身耐蝕性能較高，即使冷側介質為海水，換熱板的腐蝕問題也較少。RRI系統換熱器關注較多的是進出口管道的腐蝕問題，尤其是海水側。

1.3 振動

振動并不是板式熱交換主要的失效模式，但過量的振動還是會引起一些問題，如熱交換器振動過大，導致墊片失效而引起外漏等。

1.4 墊片失效

板式熱交換器中，板外圍墊片及貫穿孔周邊的墊片形成板間密封。壓力脈沖、割傷、碎片、裂縫、錯誤裝配及非設計條件運行，都可能會導致墊片泄漏。這些泄漏可以隨著時間而發展，嚴重的泄漏可使傳熱性能下降。

1.5 積污

板式熱交換器閉式冷卻水側主要積污方式為析出，析出結晶在水-水熱交換器中是最常見的一種結垢類型。水中的鹽類在溫水中的溶解度比冷水中低，因此冷卻過程中水被加熱，這些溶解鹽會在一定范圍內的表面析出結晶。對于海水側主要是泥沙和海生物附著問題，可以由定期反沖洗對其進行清理。

2 RRI熱交換器的管理方式

目前RRI/SEC板式熱交換器的典型預防性維護活動有：內部目視檢查、清洗、在線運行監測。

2.1 內部目視檢查

對于板片和管嘴進、出口周圍的沖蝕或振動誘導裂縫的識別，內部目視檢查是非常有效的。目視檢查還可以識別板片的剝落、腐蝕、生物膜和流體受阻、堵塞現象。墊片失效或螺栓失效引起的外部泄漏，也應進行目視檢查。

2.2 清洗結垢

高壓水沖洗：使用高壓噴水器，用來消除大量污垢，小心并確保墊片不被損壞，使用高壓噴水器應避免直接噴灑在墊片上。軟布擦洗：用軟布和水擦洗能完全地除去微小結垢，然后重新安裝。

2.3 在線運行監測

在線運行監測時應明確壓降或壓力峰值、熱量傳遞的變化。通過監測板式換熱器壓降可提供結垢的判據，還能提供板片周圍主要流體受阻或堵塞的判據。在壓差連續監測中，能發現由螺栓或墊片失效造成的外部泄漏。在線運行監測可以分成水化學監測、熱性能監督兩個部分來進行。

（1）水化學監測。

為防止RRI系統板式熱交換器設備內部部件發生腐蝕破壞，保證金屬完整性，電廠運行化學技術規范對設備冷卻水（RRI）系統的pH值、磷酸鹽、亞硝酸鹽等化學參數進行監測。

（2）熱性能監督。

性能監測應包括以下任務，周期為1周：監測換熱器冷、熱介質進出口溫度；監測換熱器冷、熱介質流量；監測換熱器SEC側壓降；監測換熱器熱交換系數。

3 維護措施

為減少糾正活動范圍，盡量減少破壞組件的機會，并減少異物的入侵，提供了板式熱交換器故障排除指導。以擾動可能性由小到大為序，列出如下故障排除行動。

（1）壓差增大?？赡艿脑颍哼^程側或服務側板片堵塞；過程側或服務側板片結垢；流量增加。維護措施：評估溫度變化趨勢；評估壓差趨勢；檢查流量是否異常；檢查閥門管線；驗證是否常規壓力指示；檢查泵的出口流量和壓力。

（2）壓差減小。可能的原因：內部旁邊流出現；墊片失效；板片有裂紋和孔洞；系統流量減小。維護措施：評估溫度變化趨勢；評價壓差變化趨勢；通道出口執行溫度記錄；檢查流量的異常；檢查閥門管線；驗證是否常規壓力指示；檢查泵的出口流量和壓力；打開熱交換器并檢查。

（3）水化學變化?？赡艿脑颍阂粔K或多塊板上有裂縫或孔洞；墊片失效；流體的水化學有變化；沉積物的溶解釋放。維護措施：檢查過程流體的化學變化；檢查服務流體的化學變化；取出外加流體樣品；評估其他潛在的泄漏路徑；檢查系統的運行狀況變化；調整流體的化學成分。

（4）冷卻水出口溫度升高?？赡艿脑颍喝肟跍囟认鄳兓?；冷卻水流量減??；過程流體流量增加；過程側或服務側的板片結垢；維修時引入異物而引起的堵塞。維護措施：沖洗換熱器管；檢查冷卻水的溫度和流量；評估溫度的變化趨勢；評估壓差的變化趨勢；檢查流量的異常；檢查閥門管線；檢查泵的出口流量和壓力。

（5）封閉系統內的補給率增加。可能的原因：板片泄漏；墊片泄漏。維護措施：檢查水化學；檢查系統運行狀況的變化；如果換熱器仍可用，換一個換熱器并監測補償率；如果換熱器仍可用，對其執行泄漏檢查試驗；打開換熱器，并檢查有無泄漏。

（6）換熱器外部泄漏?？赡艿脑颍簤|片失效；維修后的錯誤組裝；板片有裂紋和孔洞。維護措施：目視檢查，以評估泄漏的位置和嚴重程度。

作為核電廠重要換熱設備，RRI板式熱交換器有沖蝕、腐蝕、振動、積污等多種失效模式，同時由多個專業負責該設備的預防性維修、防腐檢查、性能監測等。首先各專業管理彼此間缺乏有效的配合和資源共享平臺，缺乏對現有數據的綜合分析和比較。其次缺乏對換熱性能長期監督。為加強對RRI板式熱交換器的監管，需要各專業之間的有效配合和資源共享，并將性能監測數據匯總以便于長期監督。這樣既有利于后續工作的開展也便于RRI板式熱交換器可靠性分析。

參考文獻

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