核電站冷源板式換熱器冷熱側熱負荷偏差高問題分析與處理

(廣西防城港核電有限公司 廣西 防城港 538001)

引言

CPR1000型核電機組中，設備冷卻水系統(Component Cooling，簡稱RRI)板式換熱器的作用是將RRI系統從核島中收集的熱量傳遞給重要廠用水系統(Essential Service Water，簡稱SEC，其為海水)，并由SEC系統將加熱過的海水排入大海，是CPR1000核電廠最終熱阱。RRI/SEC熱交換器傳熱能力的驗證是定期試驗必須檢驗的安全準則之一。西南某核電廠RRI板式換熱器在執行RRI/SEC熱交換器效率試驗時部分試驗結果出現冷熱側熱負荷偏差大于國標《GB/T 27698.3-2011》要求的±5%。

本文通過對此問題的現場分析研究，解決問題后，梳理出遇到此問題后的處理思路，為同類型換熱器的類似問題提供處理建議，以便縮小同類型問題的分析處理時間。

一、背景

(一)事件背景

對于板式熱交換器，國標明確要求，其冷熱側熱負荷相對誤差不大于±5%時方可進行試驗。

而某核電在執行RRI/SEC熱交換器效率試驗時，部分試驗出現了冷熱側熱負荷偏差大于5%的情況。

具體試驗數據如下：

表1 熱負荷偏差統計數據

(二)RRI/SEC熱交換器試驗原理

試驗原理如圖1所示。

圖1 換熱器工作原理示意圖

其中

Te：RRI側進口溫度(RRI001YT或RRI002YT)

Ts：RRI側出口溫度(RRI003/005YT平均值或RRI004/006YT平均值)

te：SEC側進口溫度(SEC001MT或SEC002MT)

tS：SEC側出口溫度(SEC003/005YT平均值或SEC004/006YT平均值)

W1：熱側熱負荷W1=[QRRI×CP.RRI(Te-Ts)]÷3.6(QRRI測點為RRI001/002MD)

W2：冷側熱負荷W2=[QSEC×CP.SEC(ts-te)]÷3.6(QSEC測點為SEC001/002MD)

CPRRI：RRI水比熱：4180J/kg·℃

CPSEC：SEC水(海水)比熱：4020J/kg·℃

實現方式如下：

圖2 RRI/SEC熱交換器效率試驗實現方式

相應試驗的驗收安全準則為：

在試驗條件下，計算得到的傳熱能力KS值必須大于或等于理論傳熱能力(試驗條件下)，即：KS≥6.4MW/℃；換熱器SEC側壓降ΔPc<3.55bar。

(三)問題分析與解決方案

根據RRI/SEC熱交換器效率試驗原理及實現方式，專業由簡到難逐步排查原因相關排查情況如下。

表2 排查項目與排查情況

現分別對排查異常情況進行說明。

1.測溫套筒內窺鏡檢查

原測溫套筒材質為304不銹鋼，其作用是傳遞熱量并為測量儀表提供一個良好的測量環境。專業現場檢查SEC側溫度探頭時發現溫度探頭上有銹跡，且有一定的結晶，探頭取出后套管有空氣吸入現象(現場管道虹吸現象)，故專業初步懷疑溫度套管泄漏，這使得原先非接觸式測量可能變為直接接觸介質的測量方式，導致其測量結果產生一定偏差。采用小直徑探頭內窺鏡檢查測溫套筒內部，發現部分套筒內部存在不同程度銹蝕。

在確認SEC(海水側)溫度套筒泄漏后，電廠決策對原套筒進行拆除更換。更換為抵抗海水腐蝕性能更好的哈C合金，消除海水溫度泄漏對溫度測量的影響。

2.在線流量、溫度儀表準確性檢查

海水流量測量儀表SEC001/002MD采用固定式超聲波體積流量計，經過與便攜式超聲波流量計比對，其偏差較小，在設計精度要求范圍內。RRI除鹽水流量測量儀表RRI001/002MD為孔板加差壓變送器，經對現場引壓管線及差壓變送器進行檢查校驗，確認RRI流量測量無明顯異常。

海水入口溫度SEC001/002MT精度為A級，四線制接線，誤差需滿足±|0.15+0.002t|。專業對該儀表執行絕緣連續性檢查、通道檢查，其結果如表3所示，其絕緣與連續性符合程序要求。

表3 SECMT絕緣連續性檢查

計量檢定規程JJG229-2010《工業鉑銅熱電阻檢定規程》規定，PT100工業鉑電阻只需對其在0℃、100℃進行檢定，若其與標準鉑電阻的偏差滿足A級鉑電阻驗收標準，則可判定該傳感器精度合格。遂對其儀表檢定證書進行了核查，核查結果其0℃、100℃符合A級要求。

表7 SEC001/002MT檢定證書

但根據此西南海域海水水文條件，海水入口溫度常工作溫度范圍為20-40℃，為驗證SEC001/002MT探頭在常用工作范圍內是否符合A級要求，對其進行了加點計量檢定。檢定需求中除0、100℃兩個檢定點外，新增20、40、60℃，其檢定數據如下：

圖9 SEC001/002MT分段檢定證書

SEC001MT傳感器在40、60℃檢定點數據超差，0、20、100℃檢定點數據均較為接近誤差限值，SEC002MT傳感器在20、40℃點數據超差，其它檢定點數據也接近誤差上限值。

發現SEC001/002MT探頭檢定超差后，現場更換為兩根合格的、偏差更小的PT100探頭，回裝后重新試驗， 兩列RRI/SEC熱負荷偏差分別由12%下降至4%左右和9%下降至4%左右。

三、根本原因及處理方案

現場排查工作主要從測量儀表和系統設備偏差兩個方面進行。前期長時間排查盡管發現了諸如變送器參數被修改、YT傳感器檢定超差、KME計算參數設置錯誤等異常問題，但在異常問題處理完后，并未從根本上解決RRI/SEC冷熱側熱負荷偏差大的問題。

(一)根本原因及促成因素

SEC MT傳感器進行檢定時，增加了部分檢定溫度點，檢定數據表明在工作溫度范圍內(20-40℃)傳感器測量值相較標準值偏高或超出A級鉑電阻允許的最大誤差，這將使得SEC入口溫度值相較實際溫度值偏低，即SEC側溫差減小，SEC側熱量值將偏小，換熱器RRI、SEC熱負荷偏差增大。海水進口溫度測量傳感器SEC001/002MT在運行工況溫度范圍內偏差過大，測量系統未對測量數據進行必要的修正是導致RRI/SEC換熱器冷熱側熱負荷偏差過大的根本原因。

另外，在問題發現之初， RRI/SEC B列熱負荷偏差高達32.7%，排查過程中發現RRI002YT、SEC006YT檢定數據超標，儀表精度不合格。通過更換不合格儀表，熱負荷偏差有了較大幅度下降，但仍超國標要求的△Wm≤±5%的限值。現場儀表精度不滿足試驗要求是導致現場熱負荷偏差超限的重要促成因素。

(二)處理方案

針對換熱器SEC側海水入口溫度傳感器測量偏差過大或檢定超差的問題，專業通過更換符合A級精度等級且偏差較小的傳感器備件解決了RRI/SEC換熱器效率試驗熱負荷偏差大問題。若無合適PT100探頭更換，可參照計量檢定證書使用KME系統PT100傳感器校正功能減少SEC MT的測量偏差，從而保證測量準確(參見表4)。

表4 探頭校正表

五、總結

經過對西南某核電廠RRI/SEC板式熱交換器冷熱側熱負荷偏差問題的處理與分析發現，當其熱負荷偏差超過國標要求的±5%時，應優先檢查現場各溫度測點儀表測量是否準確。對于PT100探頭，檢定規范雖僅規定對0℃、100℃進行檢定，但仍可能在運行工況溫度范圍內超過檢定規范要求的情況，故檢定建議在各探頭常用溫度區間內加點，確保常用溫度范圍測準確。同時按照計量檢定結果，對溫度探頭數據進行線性校正，也能使得測量更加準確，從而解決板式換熱器冷熱側熱負荷偏差問題。