AP1000蒸汽發生器排污熱交換器故障診斷經驗反饋

張正習，朱風耀

（國核工程有限公司，上海 200233）

近年來，我國核電發展迅速，三代核電AP1000核電機組也已進入熱態功能試驗（以下簡稱熱試）階段。熱態功能試驗是從裝料前的冷停堆工況到正常運行溫度和壓力平臺，進行特定系統和設備的運行檢查，根據熱試順序程序在各個溫度平臺上進行相應試驗的過程。AP1000某電廠在試驗期間發現蒸汽發生器排污熱交換器故障，通過嚴謹、有序的診斷、處理，故障得以解決，為相關系統、設備今后的安全可靠運行夯實了基礎。本文將依據AP1000核電機組調試經驗，介紹AP1000某電廠蒸汽發生器排污熱交換器故障的診斷、處理過程，以期為后續核電機組調試提供經驗反饋。

1 AP1000蒸汽發生器排污系統及其熱交換器簡介

蒸汽發生器排污系統（以下簡稱BDS）是AP1000核電機組的主要系統之一，主要執行二回路水質化學控制、蒸汽發生器冷卻、蒸汽發生器濕保養運行、蒸汽發生器排水及蒸汽發生器管板沖洗等功能。BDS主要包含以下設備：再循環疏水泵、蒸汽發生器排污熱交換器（以下簡稱BDS熱交換器）和電除鹽模塊（以下簡稱EDI）等裝置。由于BDS上游接口設備為蒸汽發生器（以下簡稱SG），SG在正常運行工況下溫度、壓力等較高（約7．5MPa、292℃），而EDI設備要求進水溫度不超過0．7MPa、50℃，因此BDS熱交換器在兩設備之間需要完成降溫、降壓任務。BDS在執行二回路水質控制時，工藝流程如圖1、2所示。即自SG取水，經BDS熱交換器冷卻后進入EDI，經由EDI電除鹽后，凈水流入凝汽器并經給水系統返回SG，廢水則直接排放至排污系統。

2 BDS熱交換器故障事件回顧

2.1 X電廠熱交換器泄漏事件

圖1 BDS系統簡圖

圖2 BDS熱交換器結構側視圖

X電廠熱試期間，在正常運行溫度、壓力平臺（SG內介質約7．5MPa、290℃）投運BDS系統。在V004A/B閥門關閉、V003A/B閥門開啟的前提下，直接開啟電動閥V001A/B、V002A/B。電動閥開啟后，現場發出劇烈撞擊聲，部分管道、支吊架變形，熱交換器法蘭發生泄漏，初步判定系統內發生水錘。

2.2 Y電廠熱交換器泄漏事件

Y電廠熱試期間，在正常運行溫度、壓力平臺（SG內介質約7．5MPa、290℃）投運BDS系統。根據X電廠經驗反饋，Y電廠在開啟V001A/B、V002A/B閥門前，現關閉了V003A/B閥門。開啟V001A/B、V002A/B閥門后，緩慢開啟手動閥V003A/B閥門，防止系統內發生水錘。系統投運后，就地檢查發現BDS HX A/B泄漏，呈線狀流，泄漏位置如圖3，最下部熱交換器泄漏最嚴重，由下至上泄漏量逐漸減小甚至消失。維修人員依照設備圖紙緊固相關法蘭螺栓后泄漏仍無減小趨勢。

圖3 發生泄漏法蘭位置

3 原因分析及故障診斷

3.1 X電廠熱交換器泄漏事件

（1）直接原因：V001A/B、V002A/B閥門上游介質為290℃、7．5MPa的飽和水，下游為常溫常壓的水實體。在V001A/B、V002A/B閥門開啟瞬間（開啟時間約10秒）發生水錘效應，進而導致管道、支吊架、熱交換器法蘭等設備彎曲變形。

（2）診斷結果：經計算，該水錘效應產生的最大沖擊載荷約為1．2×104N/m2。①根本原因：根據設計文件，BDS系統需在電廠升溫前投入運行，未考慮熱態工況下BDS被隔離后重新投運的情況。X電廠熱試期間，在正常運行溫度、壓力平臺試驗期間，BDS系統由于特殊原因被隔離后重新投運，進而系統發生水錘。②處理措施：可采取以下任意措施對BDS系統進行優化，防止上述情況再次發生。第一，對V002A/B與V003A/B之間管道增設阻尼器，減緩沖擊載荷；第二，對V001A/B或V002A/B閥門增設預暖管線。

3.2 Y電廠熱交換器泄漏事件

調試、運行、維修及廠家工程師等進行了原因分析，認為主要可能原因如下。

（1）系統內發生水錘：①原因分析：由于BDS系統上游為7．5MPa水源，而下游為微真空狀態的凝汽器。兩者差壓極大，因此懷疑BDS系統可能發生水錘，進而導致熱交換器法蘭接口變形，造成泄漏。②診斷結果：通過在熱交換器出入口附近加裝壓力變送器檢測熱交換器出入口是否有發生水錘，同時在熱交換器本體加裝千分表，用以監測相關法蘭是否發生位移等。診斷結果顯示，系統未發生水錘。經計算，與X電廠相比，由于廠房管道布置的不同，Y電廠設計導致水錘效應下其設備、管道受到的沖擊載荷較小，約2．5×103N/m2，影響不大。圖4為沖擊載荷計算圖。

圖4 沖擊載荷計算圖

（2）BDS熱交換器法蘭螺栓緊固不足：①原因分析：根據其他電廠調試運行經驗，懷疑相關法蘭螺栓存在緊固力矩過小的可能，需廠家計算分析后核實。②診斷結果：設備廠家分析計算后重新給定了相關力矩值，維修人員依照最新力矩值緊固后問題未再發生泄漏現象。

4 結語

設備法蘭面泄漏在電廠調試過程中是一較為常見的故障現象，AP1000電廠BDS熱交換器所處的較為復雜的運行工況使其故障在分析處理過程中增加了一定的難度。通過增加力矩值，最終該問題得以解決，但是在分析診斷過程中所發現的可能導致故障的原因，也在一定程度上反映了設備實際運行可能存在的風險。

參考文獻：

[1]孫漢虹． 第三代核電技術AP1000[M]．北京：中國電力出版社，2010．

[2]林誠格．非能動安全先進核電廠AP1000[M]．北京：原子能出版社，2008．

[3]杜廣生．工程流體力學[M]．北京：中國電力出版社，2007．

[4]王鑫,韓偉實．壓水堆核電廠主給水管道水錘計算及分析[J]．北京：原子能科學技術,2010,(S1):192-197．

[5]王勇．供水系統水錘數值計算及動態模擬[D]．合肥工業大學,2009．