分析核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔泄漏原因

鄒建

中核檢修有限公司深圳分公司 廣東深圳 518120

核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔泄露與多種因素有關，有很多原因會影響人孔法蘭的密封性能，據調查，有81%的排污擴容箱人孔泄露情況都是法蘭螺栓不夠緊固導致的，本文對某核電泄露情況進行分析，發現密封材料的不恰當也會導致排污擴容箱人孔發生泄漏，為防止泄露問題的發生，需要在核電站的日常檢修工作中加強對排污擴容箱法蘭各個部件性能的檢查。

1 核電站蒸汽發生器排污擴容箱的結構功能和參數設計

對某核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔泄露事件進行分析，可知人孔密封法蘭的泄露出現在排污擴容箱底座第三層的90℃和180℃處，該核電站蒸汽發生器排污擴容箱的高度為4.3m，體積為3.5m2。核電站蒸汽發生器會通過定期和連續的排污管線形成水和蒸汽的混合物，排污擴容箱的作用就是使混合物中的水和蒸汽分隔開。排污擴容箱中液位的常規要求是0.3-0.4m，如果排污擴容箱的液位比0.62m高，就要對其進行保護。排污擴容箱人孔法蘭使用的型材是20號鋼，人孔法蘭螺栓使用的型材是35號碳素結構鋼，人孔密封墊片使用的是3mm厚的自制墊片，該墊片板材的材料是芳綸碳纖維。

2 核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔泄露的原因分析

2.1 法蘭結構和螺栓強度因素

根據化工行業的規范要求，法蘭蓋式密封結構可以在公稱直徑為15-600mm的范圍內使用，核電站蒸汽發生器排污擴容箱的人孔法蘭直徑是536mm，符合密封結構的使用規定，如果人孔法蘭直徑不符合規定就容易發生泄露問題。對人孔法蘭螺栓強度進行分析，應當先對法蘭螺栓的強度進行校核，檢查法蘭螺栓是否因為超過強度極限而發生變形并發生泄露。對法蘭螺栓強度的校核需要計算內壓產生的軸向力，計算螺栓在預緊情況下和工作過程中人孔密封墊片的最小壓緊力，計算螺栓的最小荷載力，在計算后能夠得出人孔密封的實際力矩值和螺栓的屈服強度值，通常將螺栓屈服強度的0.6倍數值當做判斷螺栓強度的安全性標準。該核電廠排污擴容箱的螺栓使用的是M20標準螺栓，所以在計算中不用考慮螺紋的強度。排污擴容箱人孔密封結構使用的是力矩法，能夠滿足螺栓強度和密封的要求，不會發生泄露。如果螺栓強度達不到螺栓屈服強度的要求，就容易影響人孔的密封性能，進而引發泄露問題[1]。

2.2 螺栓預緊方式因素

核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔螺栓的預緊方式是按照十字交叉的方式進行預緊并按照力矩值進行順時針緊固，直到螺栓緊固到極限為止。用十字交叉的方法能夠保證螺栓的緊固性和人孔的密封性。有學者對人孔螺栓的預緊方式進行分析，使用十字交叉的緊固方式分為5輪對螺栓進行預緊，發現經過5輪預緊的螺栓有著均勻的預緊力，且預緊力都能基本滿足螺栓的使用需求，所以使用十字交叉法對螺栓進行預緊能夠使排污擴容箱人孔具有很好的密封性，不會發生泄漏。如果使用其他方法對螺栓進行緊固則容易無法達到預緊力的規定要求，導致排污擴容箱人孔因為螺栓的松動而發生泄露。

2.3 密封材料因素

核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔很可能因為密封材料的不合理而發生泄露。排污擴容箱的密封結構材料使用的是芳綸碳纖維板材制作的密封墊片。芳綸板材在不同的溫度條件下具有不同的性能，在溫度為300℃的環境下，密封墊片的應力松弛數值為34N/mm2，墊片的壓縮率在6-12%范圍內，回彈率要高于55%。在溫度為200℃的環境下，墊片的彈性極限值是50N/mm2。在溫度為20℃的環境中，墊片彈性的極限可達到150N/mm2。對排污擴容箱的密封墊片性能進行研究需要通過實驗分析，對三種不同厚度的芳綸板材進行壓力和溫度的試驗可以發現，芳綸板材的抗壓性會隨著溫度的升高而變得越來越低，而且板材的抗壓性會隨著板材厚度的變薄而變得越來越高，在實驗中，當溫度升高到一定臨界值時，板材的抗壓性能就會降到最低，使密封墊片無法達到承壓要求而造成泄露。核電站排污擴容箱人孔密封墊片使用的是厚度為3mm的芳綸板材，通過實驗可以知道，當溫度達到180℃時，密封墊片就會因為無法承壓而形成泄露，不能保證排污擴容箱的密封性。而核電站排污擴容箱在運行時的溫度剛好在179-183℃的范圍內，會對密封墊片的抗壓性能產生直接影響[2]。

3 核電站蒸汽發生器排污擴容箱人孔泄露的應對措施

通過對某核電站排污擴容箱人孔泄露原因的研究分析，發現該核電站發生泄露的主要原因是人孔密封墊片的問題，因此，可以將厚度為3mm的芳綸板材密封墊片換成厚度同樣為3mm的石墨金屬加強墊片。對石墨金屬加強墊片進行壓力和溫度實驗，發現在500℃的溫度條件下，厚度為3mm的石墨金屬加強墊片的承壓能力非常強，可以承受高于12MPa的壓力。在180℃的溫度條件下，3mm厚的石墨金屬加強墊片能夠承受超過14MPa的壓力，滿足排污擴容器的密封要求，該核電站在更換密封墊片后沒有再發生泄露問題[3]。

4 結語

通過對某核電站排污擴容箱的法蘭結構、螺栓強度、螺栓預緊方式和密封墊片材料進行分析，發現該核電站發生泄漏的主要原因是自制密封墊片材料的承壓力無法在正常工作溫度中滿足密封要求。在對核電站排污擴容箱人孔泄露進行分析時應綜合考慮各方面的因素，只有找到造成泄露的根本原因，才能采取有效的應對措施進行防治。