一種蒸汽發生器一次側管嘴臨時封堵措施

張曉春

(上海核工程研究設計院有限公司，上海市 200233)

蒸汽發生器是核電站中用于連接一回路和二回路的關鍵設備，安全分級為核安全I級。

在核電站停堆檢修期間，需要打開蒸汽發生器下人孔以開展相應的在役檢修工作，諸如蒸汽發生器水室封頭的內壁腐蝕檢測，一回路主管道與蒸汽發生器水室封頭的異種焊縫的射線探傷以及U型傳熱管的渦流探傷、傳熱管堵管等工作[1]。在蒸汽發生器下人孔蓋打開后，一回路會直接暴露在空氣環境中，而一回路所包含液體為高放射性液體，如檢修人員與之直接接觸，則不僅會對檢修人員身體健康會造成很大損傷也會對核電站物理保健劑量控制帶來挑戰。故在蒸汽發生器下人孔蓋移除后，需要為蒸汽發生器水室封頭及一回路主管道間提供可靠的安全隔離以確保檢修工作的順利進行。可以這么說，管嘴堵板的安裝工作則是順利完成核電站檢修換料工作的前提保障。

1 技術分析

圖1 反應堆冷卻劑回路

一臺蒸汽發生器下部與管道接口包括一個熱端管嘴(進口)與熱端主管道相連，兩個冷端管嘴(出口)與反應堆主冷卻劑泵相連，見圖1所示。因其熱端管嘴與冷端管嘴尺寸不同，故蒸汽發生器一次側水室封頭管嘴堵板按其所需密封的管嘴尺寸不同可分為進口管嘴堵板與出口管嘴堵板兩類。蒸汽發生器出口管嘴在系統中與主冷卻劑泵相連，進口管嘴與通過主管道與反應堆壓力容器相連接。在停堆換料期間，檢修人員將通過人孔進入蒸汽發生器下水室封頭內進行相應的檢修維護工作。

蒸汽發生器一次側水室封頭管嘴堵板在安裝完畢后需要作為一回路及蒸汽發生器水室封頭間的最后一道安全屏障，應保證其使用時可能發生的瞬態事故下的可靠性。由于蒸汽發生器水室封頭內溫度，濕度，輻照劑量、放射物污染等均要高于其他在役檢修工作。蒸汽發生器水室封頭內部溫度約為50℃左右，劑量率約為60mSv/h[2]。檢修人員需要穿戴專用通風氣衣并攜帶管嘴堵板通過蒸汽發生器下人孔進入蒸汽發生器水室封頭內部進行管嘴管嘴的臨時封堵工作[3]。

圖2 蒸汽發生器水室封頭

在檢修過程中，每臺蒸汽發生器需同時使用三套管嘴堵板，其中進口管嘴堵板一套，用于封堵熱段管道；出口管嘴堵板兩套，用于封堵冷端管道，見圖1及圖2所示。一套完整蒸汽發生器一次側水室封頭管嘴堵板包括三套管嘴堵板及配套可同時控制三套管嘴堵板同時進行工作的控制系統。

蒸汽發生器管嘴堵板的功能為：

a)在蒸汽發生器一次側進行在役檢查時，管嘴堵板用于封堵并承受主管道內由液位差產生的工作壓力，防止放射性氣體或液體對檢修人員造成不必要的傷害。

b)管嘴堵板確保蒸汽發生器在檢修時不受一回路水位升降的影響，使蒸汽發生器檢修與換料能同時進行，縮短核電廠大修時間。

c)在蒸汽發生器一次側進行在役檢查時，用于防止任何異物掉入一次側主管道內。管嘴堵板可作為檢修人員站立和放置在役檢查儀器的操作平臺。

按其主要部件蒸汽發生器一次側水室封頭管嘴堵板劃分為金屬支撐板、密封氣囊組成。其中：

a)金屬支撐板既要作為密封件的載體又是承受管道壓力的主要構件。在工作壓力下，金屬支撐板應無可見變形保證管嘴堵板與管道之間的縫隙不擴大，影響密封性能。由于條件限制，封堵管道時，蒸汽發生器水室封頭內只能有一名工作人員搬運并進行堵板的拆、裝工作。因此，金屬支撐板既需要高強度，其重量又需要盡量小，盡可能減輕工作人員的負擔。

b)密封氣囊采既要考慮安裝的便捷性又要考慮在役檢修的可靠性要求。密封的可靠性要求管嘴堵板密封結構與管嘴內壁產生足夠的變形量以達到密封效果，而安裝的便捷性則要求堵板外徑小于管嘴內徑。故從功能角度而言，該密封結構較優選擇為選用充氣式氣囊密封來實現，氣囊在自然狀態下外形尺寸小于管嘴內徑方便安裝。在充氣條件下，氣囊產生膨脹貼合管壁，產生足夠的變形量達到密封效果。

c)控制系統用以給密封氣囊進行充氣、排氣工作以及對于密封情況的實時監測。

金屬支撐板側面與氣囊側面通過緊固件與金屬支撐板相固定，氣囊中部設有氣路管線與外界控制系統相連。在管嘴堵板安裝完畢后，氣囊充氣后產生膨脹緊貼管嘴內壁，產生足夠的壓縮量以提供所需的密封效果。管嘴堵板見圖3所示。

圖3 蒸汽發生器一次側管嘴堵板

圖4 管嘴堵板安裝簡圖

結合以上需要問題，將氣囊充氣結構設計為由三道環封氣囊—耳狀氣囊、干囊及濕囊。三道充氣氣囊及“鍋狀”橡膠膠碗組合而形成最終的密封氣囊。密封結構簡圖見圖4。

在進行管嘴封堵作業過程中，采用控制系統對氣囊的干囊、濕囊進行充氣。干囊、濕囊在充氣后膨脹緊貼管道內壁，產生足夠的變形量提供所需的密封效果。同時因干囊與濕囊貼合管道內壁，兩者與管道內壁之間的區域形成一個小型密閉空間—檢測室。在管嘴堵板安裝完畢后，可以通過氣路管線與檢測室相連可對該密閉空間的壓力及流量的檢測。若干囊或濕囊與管道內壁間的沒有達到完全密封，則檢測室內的供氣條件無法形成穩定，其壓力及流量會產生變化，可以通過傳感器將該變化量轉換為電信號傳輸給控制系統進行泄漏報警以達到泄漏檢測及密封實時監測、報警的功能。

耳狀氣囊為干囊及濕囊密封皆失效情況下的設置最后一道保證檢修人員有足夠時間進行撤離的安全保障。耳狀氣囊與干囊及濕囊有所不同之處在于，耳狀氣囊自然狀態下外形尺寸略大于蒸汽發生器管嘴內徑，在安裝時需要采用真空泵抽負壓使得其收縮方便安裝。在安裝完畢后，停止真空泵的工作，耳狀氣囊自然回彈貼合管道內壁，形成被動密封的效果。

膠碗上除了預留有將皮碗與金屬支撐板固定的連接件接口外，還設有相應的氣路接口可與外界氣源相連。

干囊及濕囊為主動密封，需要通過給其內部充氣來保證密封。且考慮到檢修工作安全可靠的要求，干囊和濕囊在單獨工作情況下可保持密封—若單道充氣氣囊(濕囊或干囊)產生泄漏，則還有一道冗余氣囊可保證密封。而耳狀氣囊為被動密封，若在檢修過程中產生兩道主動密封皆失效，雖然該被動密封無法承受一回路的水壓，但是可起到一定延緩高放射性液體的泄漏速度，為檢修人員安全撤離爭取更多時間。

在蒸汽發生器需要進行檢修時，操作人員需要將管嘴堵板折疊使其尺寸小于人孔內徑以便通過人孔進入蒸汽發生器水室封頭內部。在進入水室封頭后，展開管嘴堵板，采用真空泵將耳狀氣囊抽真空使其緊貼膠碗。將管嘴堵板就位后，旋轉一定角度，檢修人員即可從水室封頭內部撤離。通過外部控制臺停止真空泵工作，給干囊及濕囊進行充氣，同時通過控制系統對密封情況進行監測。

2 結論

由于蒸汽發生器所處的特殊環境，蒸汽發生器管嘴臨時封堵對于安全性、可靠性有著更高的要求。該管嘴堵板采用了一種能動與非能動相結合的密封方式，在滿足承壓、密封等基本功能的基礎上增加了安全余量，在核電站進行在役檢修時能為蒸汽發生器水室封頭與換料水池間提供臨時封堵，以確保蒸汽發生器內部的檢修工作與核電站換料工作的同時進行，為檢修人員提供安全保障。同時，該種臨時封堵方式也可為其他項目提供參考。

[1]丁訓慎.核電站蒸汽發生器的管理與維修[J].設備管理與維修,2001(3):9-10.

[2]劉成夫.蒸汽發生器裝拆堵板的輻射防護最優化[J].輻射防護,2004,24(3-4):263-271.

[3]鄧克春,郭 飛,楊 巖,等.寧德核電廠蒸汽發生器裝拆堵板的輻射防護最優化管理[J].輻射防護通訊,2014(5):21-23.

(本文文獻格式：張曉春.一種蒸汽發生器一次側管嘴臨時封堵措施[J].山東化工,2018,47(7):110-111.)