方家山9REA001BA 含氧量超標原因分析及處理

顧為柏

(中核核電運行管理有限公司維修二處,浙江 嘉興314000)

1 概述

補給水箱(9REA001BA)是貯存除鹽除氧水,供方家山兩套機組使用,與化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)配套以控制、補償反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCP)的硼酸濃度、泄漏,并補償由于瞬態(tài)冷卻引起的反應(yīng)堆冷卻劑體積收縮。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求,補給水箱(9REA001BA)內(nèi)的水氧含量運行限值為100ppb(ppb 即ug/L),一般期望值為50ppb,方家山補給水箱自運行以來,氧含量一直存在偏高趨勢,產(chǎn)生的直接后果是補給水箱換水(一臺設(shè)備近300T 除鹽除氧水),然而換水的作用并不能保證氧含量合格,造成巨大浪費,影響電站的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

方家山補給水箱(9REA001BA)從安裝運行至今已有近4 年時間。

2 9REA001BA含氧量超標的原因分析

首先,我們針對9REA001BA 可能造成含氧量超標影響的相關(guān)部件、設(shè)備接口進行了保鮮膜包裹并經(jīng)化學(xué)分析部門核實排除來水含氧量高的可能,重點對罐體及浮頂本身進行排查、分析。

原始的密封膠條:材質(zhì)為丁苯橡膠。

表1

單獨從材質(zhì)的性能來看,丁苯橡膠滿足使用的要求。但是由于設(shè)計的螺栓緊固力不足,導(dǎo)致現(xiàn)場想使其達到密封,比較困難。

2.1 壓板連接螺栓松脫及存在縫隙。薄膜套與浮頂及箱體的連接通過壓板對穿的螺栓連接(螺栓一邊為一字頭,一邊為六角螺母型,見圖1),以往出現(xiàn)補給水箱(9REA001BA)含氧量超標的情況,在對壓板及螺栓進行檢查時都曾發(fā)現(xiàn)有壓板壓不緊及螺栓松脫的現(xiàn)象,且螺栓一字端在緊固時由于空間位置及螺栓特性容易造成緊固力矩不夠的情況發(fā)生,從而使補給水箱(9REA001BA)在充水、補水時壓板連接螺栓松脫及產(chǎn)生縫隙,使含氧量超標。

圖1

在壓板與薄膜套之間增加了一層自密封膠帶,自密封膠帶特點為粘性強度、抗拉強度高,不易固化,彈性好、性能佳,用以補償由于螺栓松脫造成薄膜套與浮頂及箱體間產(chǎn)生的縫隙,為控制含氧量增加一道屏障。

2.2 罐體及浮頂蓋的焊縫存在缺陷。補給水箱(9REA001BA)箱體及浮頂蓋板由一定弧度的不銹鋼板拼焊而成(執(zhí)行標準JB/T4735-1997＜鋼制焊接常壓容器＞),設(shè)備建造完成后對每條焊縫進行探傷檢驗(檢驗標準JB/T4730-2005,Ⅲ級合格)。

設(shè)備運行期間一直處于不斷的充排水,導(dǎo)致對箱體的壓力不斷變化,隨著時間的推移勢必會對焊縫產(chǎn)生影響,形成焊接薄弱區(qū)域的疲勞現(xiàn)象,最終造成輕微的缺陷而導(dǎo)致泄漏及含氧量的升高。

2.3 薄膜套(膠囊)破損。補給水箱(9REA001BA)箱體與浮頂通過薄膜套相連接,薄膜套一端固定在浮頂上,另一端朝上固定在箱體內(nèi)壁上,將補給水箱分為內(nèi)外兩腔(見圖2)。

圖2 內(nèi)外腔室

薄膜套材質(zhì)為苯乙烯,具有質(zhì)量穩(wěn)定、耐磨性能、耐老化性能、硬度、剛性、撕裂強度和定伸強度大的特點。在設(shè)備進行補水及充水時,浮頂與薄膜套一同上下移動。隨著高使用頻率的上下移動及使用年限的增加,加劇薄膜套的損壞可能性,包含以下幾種原因:(1)箱體內(nèi)有空氣,在薄膜套與水箱側(cè)壁之間可能形成氣穴,導(dǎo)致排水時薄膜套在浮頂?shù)膫?cè)面發(fā)生折疊,摩擦和局部被卡住而損壞薄膜套；(2)背壓水過少,導(dǎo)致薄膜套變形,使部分薄膜套與浮頂間的環(huán)形空隙縮小而損壞薄膜套；(3)背壓水過多,導(dǎo)致薄膜套變形及損壞；(4)有異物落入薄膜套與箱體的環(huán)形間隙中,在運行時導(dǎo)致割傷薄膜套而損壞；(5)薄膜套自然老化形成的裂紋、破損。

薄膜套在運行過程中受到浮頂向上的拉伸力、背壓水的壓力以及可能的摩擦力,對薄膜套產(chǎn)生不可恢復(fù)的裂紋、破損,從而導(dǎo)致外部的空氣及背壓水與箱體內(nèi)部的水進行相溶,導(dǎo)致含氧量超標。

2.4 真空釋放口進氣。補給水箱(9REA001BA)在運行階段進行充水或大流量補水時,浮頂與膠囊上升或下降,同時產(chǎn)生壓降差,需要通過浮頂上部的真空釋放口(見圖3,真空釋放口直通大氣)進行平衡,避免膠囊及浮頂損壞,在平衡壓降差時外部的空氣有可能通過真空釋放口進入箱體內(nèi)部,從而造成含氧量超標。

圖3 真空釋放口g

2.5 背壓水水位。由于空氣溫度及濕度的影響,導(dǎo)致背壓水蒸發(fā),背壓水缺少將導(dǎo)致:(1)作用在浮頂薄膜套上的背壓水壓力減小,以至于殘留在水箱體上薄膜和浮頂之間的氣體無法通過浮頂排氣口排出；(2)水箱水位達到位于底部位置處浮頂水位時,背壓水的重量不足以將較多的氣體排出。

以上兩種現(xiàn)象都存在氣體殘留在箱體內(nèi)的狀況,導(dǎo)致的結(jié)果是殘留的氣體與后補充的含氧量合格的除鹽水相溶,最終導(dǎo)致含氧量超標。

3 應(yīng)對措施

針對以上原因分析采取相應(yīng)的檢查、解決措施。

3.1 針對壓板連接螺栓松脫及存在縫隙的情況進行處理

3.1.1 消除相鄰壓板間間隙。原相鄰壓板之間無任何交集,作用形式較為單一,一旦壓板螺栓松脫導(dǎo)致壓板與薄膜套間產(chǎn)生泄露,其它壓板無法在對薄膜套緊固力上相互約束,造成壓板松脫幾率大大增加,也容易造成一旦含氧量超標,需要對所有壓板螺栓進行檢查緊固,形成人員、工期上的浪費,且處理后的持續(xù)效果時間也較為短暫。

對照現(xiàn)場壓板的弧度、螺栓孔的位置,重新制作壓板,且將相鄰壓板兩端配合處做成搭扣式,使相鄰壓板間都起到相互制約的作用,使原先單塊壓板連接成一個“整體”,即使一塊壓板松脫,但由于相鄰壓板的作用力,短時間內(nèi)不會造成薄膜套處產(chǎn)生縫隙。

3.1.2 緊固螺栓改為內(nèi)六角螺栓。針對一字頭螺栓特性,緊固過程中一字頭的受力中心容易擰開而無法用力,使緊固力矩較小,將一字螺栓改為內(nèi)六角螺栓,內(nèi)六角螺栓需要專用的工具去緊固和松開,相對而言工具和內(nèi)六角的間隙較小,使得其內(nèi)六角的角度不會被破壞,六邊形在有效內(nèi)徑的情況下,受力最為均勻,可以承受更大的扭矩,從而使得壓板、薄膜套、自密封膠帶可以更均勻的緊固。

3.2 浮頂、真空釋放口、罐體、薄膜套、背壓水檢查

3.2.1 浮頂密封性檢。將補給水箱(9REA001BA)充水,浮頂隔膜接頭高于箱體接頭(7m), 浮頂隔膜接頭露出水面。將加工的三通、閥門、壓力表連接組裝,并確認密封性合格。從浮頂真空釋放口進氣,對隔膜充氣(充氣壓力5mbar),在此壓力下穩(wěn)定10min,觀察壓力表的情況,并在此時對浮頂壓板連接處、浮頂焊縫、浮頂排氣閥及連接管路焊縫進行檢漏。確認無泄漏,則繼續(xù)充至浮頂打壓壓力11mbar,在此壓力下穩(wěn)定30min,繼續(xù)對浮頂壓板連接處、浮頂焊縫、浮頂排氣閥及連接管路焊縫進行檢漏。

檢查過程中,發(fā)現(xiàn)有一塊壓板連接處存在泄漏現(xiàn)象,且漏點較大,對泄漏部位進行緊固,無實際效果。最后將壓板拆卸,根據(jù)浮頂弧度進行適量修磨,回裝后無泄漏現(xiàn)象。說明壓板存在變形,與浮頂不能完全貼合,即使加大螺栓緊固力矩,但不能改變泄漏狀況。

3.2.2 真空釋放口進氣量檢測。在9REA001BA水位排至4.5m過程中,使用專用堵頭將真空釋放口g堵塞并保證密封,將堵頭中引出的軟管插入盛水的量杯中,在補給水箱(9REA001BA)快速補水(60m3/h)時觀察、記錄軟管中水柱變化。實驗結(jié)果證明即使9REA001BA在快速補水時,真空釋放口g所產(chǎn)生的虹吸幾乎可以忽略不計,也就證明在設(shè)備快速補水時真空釋放口g對含氧量無影響。

3.2.3 罐體密封性檢查。將連接好的三通組件連接至9REA001BA箱體排氣口上q,對隔膜充氣,充氣壓力為10mbar,在此壓力下穩(wěn)定10min,觀察壓力表的情況,并在此時對箱體壓板連接處、箱體焊縫、箱體排氣閥及連接管路焊縫進行檢漏。確認無泄漏,則繼續(xù)充至罐體壓力為24mbar,在此壓力下穩(wěn)定30min,繼續(xù)對箱體壓板連接處、箱體焊縫、箱體排氣閥及連接管路焊縫進行檢漏。

3.2.4 薄膜套、背壓水水位檢查。將9REA001BA排水至浮頂置于底部擋塊上(補水箱底部往上200mm)。

(1)將三通組件連接至9REA001BA 箱體排氣口上q,對隔膜充氣,充氣壓力為10mbar,在此壓力下穩(wěn)定10min,觀察壓力表的情況,并在此時對薄膜套進行噴涂檢漏液檢漏(特別關(guān)注存在裂紋部位)。實驗結(jié)果顯示,雖薄膜套部分區(qū)域存在肉眼可見裂紋,但在對薄膜套充氣打壓檢漏時并未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,推斷裂紋只存在于與空氣接觸的表面,并未貫穿。(2)對照浮頂上標記,檢查背壓水位,確定背壓水在合格范圍內(nèi)(421mm±5mm)。

4 結(jié)論

補給水箱(9REA001BA)的重要性不言而喻,運行期間的含氧量超標問題給電站帶來了非常大的影響。今后繼續(xù)對補給水箱的含氧量進行跟蹤,同時建立相應(yīng)的檢修記錄數(shù)據(jù)庫,包括檢查范圍、備件更換等,以便日后更好的分析并提供針對性的解決措施。此次的檢查、糾正措施的實施有效的消除含氧量超標的問題,保證電站的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。