三門核電高壓加熱器人孔密封方式分析和改進

摘要：文章對三門核電站中的高壓加熱器人孔密封方式進行了介紹，并通過對比國內核電站的高壓加熱器人孔密封方式，對人孔拆卸與回裝過程、技術要求、成本等進行了分析，提出了對高壓加熱器人孔密封方式的改進建議。

關鍵詞：高壓加熱器；焊接；隔膜板；自密封

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）15-0071-03

三門核電的核島采用美國西屋AP1000堆型。常規島的高壓加熱器（以下簡稱高加）的人孔密封采用隔膜板焊接，再用螺栓緊固的方式，因此每次開啟人孔，都需要將隔膜板進行切割、打磨，回裝時，需要重新更換新的隔膜板，再進行焊接，最后緊固人孔蓋螺栓。拆卸和回裝人孔的工序都比較復雜，技術要求較高，通過對比國內其他核電站的高加人孔密封方式，對我公司高加人孔密封方式進行分析，提出改進建議。

1 三門核電高加人孔密封方式介紹

三門核電站常規島共有兩列高加，每列包括一臺6號高加和一臺7號高加。采用水平布置，U形管式換熱器。高加水室封頭為半球形，每臺高加有一個人孔，人孔設置在封頭正中的位置。人孔密封方式采用隔膜板焊接，再用螺栓緊固的方式。高加人孔隔膜板的材質為熱軋低碳鋼。

常規島采用的是日本三菱的設計，日本核電站的高加人孔密封設計幾乎都采用隔膜板焊接的方式。

大修期間對高加傳熱管、水室內壁等進行檢查時，每次都需要打開人孔。在核電站壽期中和末，常常會出現傳熱管泄漏的情況，這樣在機組運行過程中經常需要將機組降功率后將高加隔離后進行相應的堵管作業。

2 對比國內核電站高加人孔密封方式

三門核電高加人孔拆卸與回裝過程復雜，技術要求較高，消耗的檢修時間長，相比國內其他核電站的高加檢修，三門核電高加的檢修技能與檢修工期要求都更加高。三門核電高加與國內幾個核電站的高加人孔密封方式上存在較大差異，詳見表1。

2.1 人孔拆卸與回裝過程分析

隔膜板焊接+螺栓緊固的方式與自密封的方式人孔拆卸和回裝過程存在明顯差異，詳見下表2。

三門核電高加人孔拆卸大致步驟如下：（1）使用液壓扳手拆卸人孔螺栓，剩余兩顆對角螺栓暫時不拆；（2）拆卸最后兩顆螺栓，緩慢吊開人孔蓋板，將人孔蓋板放置在鋪有橡膠墊的地面上；（3）拆卸人孔隔膜板，可以用氣割的方法切割隔膜板，也可使用便攜式法蘭機加工車床車削隔膜板。

三門核電高加人孔回裝大致步驟如下：（1）安裝前檢查新的隔膜板有無變形、裂紋、銹蝕等缺陷，測量隔膜板厚度是否滿足要求；（2）測量人孔密封面到人孔座頂部的高度，保證隔膜板頂部要高于人孔座，PT檢查密封面和坡口，確認無缺陷；隔膜板對正和定位焊，將隔膜板定位在人孔座中心，按對角位置依次點焊幾等分，打磨點焊毛刺；（3）焊接（TIG焊接），采用鎢極氬弧焊，多層焊接，每層焊縫都要進行PT檢查；處理打磨焊縫，PT檢查無缺陷后，焊接完成。

高加自密封人孔拆卸和回裝大致過程是使用拆裝裝置和手拉葫蘆固定人孔蓋，通過拆裝裝置拆卸和回裝人孔蓋，無需拆卸和安裝隔膜板，只需要移除和安裝人孔密封墊片即可，操作步驟簡單，節省了檢修時間。

綜上所述，三門核電高加人孔隔膜板焊接與自密封方式存在較大的差異，三門核電高加人孔隔膜板拆卸與回裝操作步驟多，工序復雜，技術要求高，相比而言，自密封方式操作快捷，工序簡單，技術要求低。

2.2 技術要求分析

（1）隔膜板拆卸技術。三門核電高加人孔隔膜板拆卸方式大致分兩種：使用氣割進行切割，然后進行機械打磨；使用便攜式法蘭機加工車床進行車削。第一種方式，氣割時容易產生異物進入水室，而且機械打磨容易對人孔座密封面造成損傷。第二種方式，采用便攜式法蘭機加工車床，車削精度高，對法蘭密封面的損傷較小，但該方法需采購便攜式法蘭機加工車床，操作人員需熟練掌握該車床操作技術，以滿足車削精度的要求。

自密封人孔的拆卸時需要使用的專用工具有：拆裝托架和拆裝裝置，同時使用手拉葫蘆配合。拆卸過程簡單、便捷，拆卸消耗的檢修時間相比隔膜板拆卸大為縮短，并且自密封拆卸步驟中沒有會對密封面產生損傷的步驟，拆卸造成密封面損傷的風險降低，大大提高了維修效率和質量。

（2）焊接技術要求。三門核電高加人孔隔膜板焊接采用鎢極氬弧焊，多層焊接。每層焊縫都要進行PT檢查，最終的焊縫不能高于隔膜板上表面，若高于隔膜板則需要進行打磨處理，PT檢查無缺陷后，焊接完成。

焊接技術的優劣將直接影響人孔的密封性，焊接會對人孔座母材產生影響，材料因受熱的影響（但沒有熔化）而發生金相組織和力學性能變化，即所謂的熱影響區，熱影響區的寬度受焊接方法、焊接時的電流、金屬板材的厚度以及焊接工藝等因素的影響。金屬材料在焊接過程中，由于材料性能、焊接工藝、溫度等原因，會產生各種缺陷，如：外觀缺陷、裂紋、氣孔、夾渣、未熔合和未焊透、其他缺陷等。同時焊接熱應力也會影響人孔座及密封部位的使用壽命。

自密封人孔則無需焊接工藝，避免了對人孔座的損傷，借助高加內部介質的壓力，保證人孔的密封性能。

（3）隔膜板制造、安裝精度影響分析。高加人孔隔膜板制造、安裝精度的高低將直接影響人孔密封性能的好壞，下面從以下幾點做分析：

隔膜板制造精度的影響。隔膜板作為密封元件，由于加工精度的影響，隔膜板或多或少存在一些輕微的制造缺陷，例如水平度不足，尺寸不均勻等。當然，裂紋、彎曲、變形、銹蝕等明顯的缺陷。這些缺陷將成為密封失效的隱患，隨著運行時間的推移，最終將導致密封失效。例如隔膜板水平度不足，將造成人孔蓋與隔膜板壓緊面存在間隙，間隙處的壓緊力不足，該處焊縫部位介質的壓力大于壓緊力，久而久之，將導致泄漏的發生。

隔膜板安裝精度的影響。若我們排除隔膜板的制造缺陷，隔膜板的安裝精度同樣會受到其他因素的影響。

隔膜板拆卸過程中機械打磨將對人孔座產生損傷，人孔座的水平度在多次打磨后將難以保證，從而影響隔膜板安裝的水平度。

焊接隔膜板時，焊縫的高度要求低于隔膜板，若存在某些高于隔膜板的焊縫又將導致隔膜板與人孔蓋的壓緊面存在間隙。

焊接熱應力引起隔膜板的變形，焊接過程中產生的熱應力，將會使隔膜板發生變形。特別是在焊接步驟不正確的情況下，發生變形的概率加大，從而影響隔膜板的安裝，引起泄漏。

（4）人孔螺栓緊固不均勻。人孔螺栓緊固不均勻會使隔膜板所受壓緊力不均，焊縫容易產生裂紋，隨著運行時間的推移，裂紋擴展，最終發生介質泄漏。

田灣核電的額供高加采用的是和隔膜板類似的膜片焊接密封方式，就曾發生過人孔法蘭泄漏事件，其中一個原因就是因為工作人員先使用了敲擊扳手緊固，再用力矩扳手緊固，從而導致膜片受力不均，焊縫出現裂紋。

2.3 成本對比分析

人孔自密封的方式與隔膜板焊接+螺栓緊固的方式檢修成本上存在較大差異。人孔自密封的方式在拆卸、回裝方面消耗的檢修時間與檢修工具成本上都較低。表3為兩種類型的人孔密封方式成本對比。

通過表3可以看出，人孔自密封的方式檢修工具簡單，數量少，所需的檢修時間短，總體成本比隔膜板焊接+螺栓緊固的方式低。

綜上所述，高加人孔自密封的方式與隔膜板焊接+螺栓緊固的方式相比，有以下三個優點：

（1）人孔的拆卸和安裝步驟簡單，節省了檢修時間。

（2）直接更換密封墊片，無需打磨，減少了對密封面的損傷，降低了泄漏風險。

（3）與隔膜板焊接相比，操作技術要求不高，無需焊接、打磨等，出現問題的概率大大降低，人孔座及密封部位不會受焊接熱影響。

3 改進建議

綜上所述，高加人孔密封采用隔膜板焊接，再用螺栓緊固的方式，人孔拆卸和安裝步驟復雜，消耗的檢修時間較長；打磨操作，會對密封面產生損傷；隔膜板焊接、打磨操作技術要求較高，容易出現問題。改進建議如下：

（1）三門核電的3、4號等后續機組高加人孔密封方式改為自密封方式；

（2）采購人孔自密封拆裝的專用工具（托架裝置和拆裝裝置）；

1、2號機組高加維修管理建議如下：

（1）對高加人孔拆卸和安裝過程中的關鍵步驟加強監管，設置質量控制點，嚴格控制檢修質量。

（2）采購便攜式法蘭機加工車床，并持續開展專用工具的理論和操作培訓，使操作人員熟練操作，提高維修質量。

（3）加強對高加人孔拆裝操作人員的理論與操作培訓。

（4）機組運行后，分析高加運行和維修統計數據，必要時對人孔密封方式進行技術改造。

參考文獻

[1] 鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設備設計[M].北

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[2] 顧軍，等.AP1000核電廠系統與設備[M].北京：

原子能出版社，2010.

作者簡介：張曉明（1987—），男，浙江杭州人，中核集團三門核電有限公司助理工程師，研究方向：容器檢修。