RRISEC板式熱交換器失效模式及管理

摘 要：RRI/SEC板式熱交換器是秦山第二核電廠（簡稱秦二廠）核島輔助系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要由維修、防腐、化學(xué)、性能和運行多個專業(yè)負(fù)責(zé)管理該設(shè)備的預(yù)防性維修、防腐檢查、性能監(jiān)測，該設(shè)備在運行中存在沖蝕、腐蝕、振動、墊片失效等多種失效模式。該文詳細(xì)介紹了RRI/SEC板式熱交換器的各種失效模式，提供了板式熱交換器器故障排除指導(dǎo)，對秦二廠RRI/SEC板式熱交換器的監(jiān)管方式進(jìn)行了介紹，并對管理方面的不足提出了合理建議。

關(guān)鍵詞：板式熱交換器 失效模式 監(jiān)管

中圖分類號：TL353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0199-01

秦二廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）的功能是：冷卻各種核島熱交換器；經(jīng)過RRI板式熱交換器將熱負(fù)荷傳遞至安全廠用水系統(tǒng)（SEC）冷卻的海水；同時在核島熱交換器和海水之形成一道安全屏障，防止放射性流體不可控制地釋放到海水中。

1 板式熱交換器的主要失效模式

1.1 沖蝕

RRI板式熱交換器板片材料為工業(yè)純鈦，材料本身耐磨性較好，但鑒于秦山地區(qū)杭州灣海水泥沙含量大的特性，鈦板沖蝕失效是RRI板式熱交換器非常典型的一種失效模式。雖然板間流速及入口流量均沒有超過設(shè)計值，但鈦板的波紋設(shè)計及單邊型流向，使得鈦板容易出現(xiàn)局部流速較高現(xiàn)象，加之海水泥沙含量高的特點，導(dǎo)致上述流速過高區(qū)域出現(xiàn)沖蝕減薄嚴(yán)重甚至穿孔。

1.2 腐蝕

核電廠對二回路水化學(xué)控制十分嚴(yán)格，對諸如Cl-、SO42-等有害離子均有嚴(yán)格限制，并盡量提高pH值至9.6甚至更高，且工業(yè)純鈦材料本身耐蝕性能較高，即使冷側(cè)介質(zhì)為海水，換熱板的腐蝕問題也較少。RRI系統(tǒng)換熱器關(guān)注較多的是進(jìn)出口管道的腐蝕問題，尤其是海水側(cè)。

1.3 振動

振動并不是板式熱交換主要的失效模式，但過量的振動還是會引起一些問題，如熱交換器振動過大，導(dǎo)致墊片失效而引起外漏等。

1.4 墊片失效

板式熱交換器中，板外圍墊片及貫穿孔周邊的墊片形成板間密封。壓力脈沖、割傷、碎片、裂縫、錯誤裝配及非設(shè)計條件運行，都可能會導(dǎo)致墊片泄漏。這些泄漏可以隨著時間而發(fā)展，嚴(yán)重的泄漏可使傳熱性能下降。

1.5 積污

板式熱交換器閉式冷卻水側(cè)主要積污方式為析出，析出結(jié)晶在水-水熱交換器中是最常見的一種結(jié)垢類型。水中的鹽類在溫水中的溶解度比冷水中低，因此冷卻過程中水被加熱，這些溶解鹽會在一定范圍內(nèi)的表面析出結(jié)晶。對于海水側(cè)主要是泥沙和海生物附著問題，可以由定期反沖洗對其進(jìn)行清理。

2 RRI熱交換器的管理方式

目前RRI/SEC板式熱交換器的典型預(yù)防性維護(hù)活動有：內(nèi)部目視檢查、清洗、在線運行監(jiān)測。

2.1 內(nèi)部目視檢查

對于板片和管嘴進(jìn)、出口周圍的沖蝕或振動誘導(dǎo)裂縫的識別，內(nèi)部目視檢查是非常有效的。目視檢查還可以識別板片的剝落、腐蝕、生物膜和流體受阻、堵塞現(xiàn)象。墊片失效或螺栓失效引起的外部泄漏，也應(yīng)進(jìn)行目視檢查。

2.2 清洗結(jié)垢

高壓水沖洗：使用高壓噴水器，用來消除大量污垢，小心并確保墊片不被損壞，使用高壓噴水器應(yīng)避免直接噴灑在墊片上。軟布擦洗：用軟布和水擦洗能完全地除去微小結(jié)垢，然后重新安裝。

2.3 在線運行監(jiān)測

在線運行監(jiān)測時應(yīng)明確壓降或壓力峰值、熱量傳遞的變化。通過監(jiān)測板式換熱器壓降可提供結(jié)垢的判據(jù)，還能提供板片周圍主要流體受阻或堵塞的判據(jù)。在壓差連續(xù)監(jiān)測中，能發(fā)現(xiàn)由螺栓或墊片失效造成的外部泄漏。在線運行監(jiān)測可以分成水化學(xué)監(jiān)測、熱性能監(jiān)督兩個部分來進(jìn)行。

（1）水化學(xué)監(jiān)測。

為防止RRI系統(tǒng)板式熱交換器設(shè)備內(nèi)部部件發(fā)生腐蝕破壞，保證金屬完整性，電廠運行化學(xué)技術(shù)規(guī)范對設(shè)備冷卻水（RRI）系統(tǒng)的pH值、磷酸鹽、亞硝酸鹽等化學(xué)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

（2）熱性能監(jiān)督。

性能監(jiān)測應(yīng)包括以下任務(wù)，周期為1周：監(jiān)測換熱器冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度；監(jiān)測換熱器冷、熱介質(zhì)流量；監(jiān)測換熱器SEC側(cè)壓降；監(jiān)測換熱器熱交換系數(shù)。

3 維護(hù)措施

為減少糾正活動范圍，盡量減少破壞組件的機(jī)會，并減少異物的入侵，提供了板式熱交換器故障排除指導(dǎo)。以擾動可能性由小到大為序，列出如下故障排除行動。

（1）壓差增大?？赡艿脑颍哼^程側(cè)或服務(wù)側(cè)板片堵塞；過程側(cè)或服務(wù)側(cè)板片結(jié)垢；流量增加。維護(hù)措施：評估溫度變化趨勢；評估壓差趨勢；檢查流量是否異常；檢查閥門管線；驗證是否常規(guī)壓力指示；檢查泵的出口流量和壓力。

（2）壓差減小?？赡艿脑颍簝?nèi)部旁邊流出現(xiàn)；墊片失效；板片有裂紋和孔洞；系統(tǒng)流量減小。維護(hù)措施：評估溫度變化趨勢；評價壓差變化趨勢；通道出口執(zhí)行溫度記錄；檢查流量的異常；檢查閥門管線；驗證是否常規(guī)壓力指示；檢查泵的出口流量和壓力；打開熱交換器并檢查。

（3）水化學(xué)變化?？赡艿脑颍阂粔K或多塊板上有裂縫或孔洞；墊片失效；流體的水化學(xué)有變化；沉積物的溶解釋放。維護(hù)措施：檢查過程流體的化學(xué)變化；檢查服務(wù)流體的化學(xué)變化；取出外加流體樣品；評估其他潛在的泄漏路徑；檢查系統(tǒng)的運行狀況變化；調(diào)整流體的化學(xué)成分。

（4）冷卻水出口溫度升高?？赡艿脑颍喝肟跍囟认鄳?yīng)變化；冷卻水流量減??；過程流體流量增加；過程側(cè)或服務(wù)側(cè)的板片結(jié)垢；維修時引入異物而引起的堵塞。維護(hù)措施：沖洗換熱器管；檢查冷卻水的溫度和流量；評估溫度的變化趨勢；評估壓差的變化趨勢；檢查流量的異常；檢查閥門管線；檢查泵的出口流量和壓力。

（5）封閉系統(tǒng)內(nèi)的補給率增加?？赡艿脑颍喊迤孤粔|片泄漏。維護(hù)措施：檢查水化學(xué)；檢查系統(tǒng)運行狀況的變化；如果換熱器仍可用，換一個換熱器并監(jiān)測補償率；如果換熱器仍可用，對其執(zhí)行泄漏檢查試驗；打開換熱器，并檢查有無泄漏。

（6）換熱器外部泄漏?？赡艿脑颍簤|片失效；維修后的錯誤組裝；板片有裂紋和孔洞。維護(hù)措施：目視檢查，以評估泄漏的位置和嚴(yán)重程度。

作為核電廠重要換熱設(shè)備，RRI板式熱交換器有沖蝕、腐蝕、振動、積污等多種失效模式，同時由多個專業(yè)負(fù)責(zé)該設(shè)備的預(yù)防性維修、防腐檢查、性能監(jiān)測等。首先各專業(yè)管理彼此間缺乏有效的配合和資源共享平臺，缺乏對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的綜合分析和比較。其次缺乏對換熱性能長期監(jiān)督。為加強對RRI板式熱交換器的監(jiān)管，需要各專業(yè)之間的有效配合和資源共享，并將性能監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總以便于長期監(jiān)督。這樣既有利于后續(xù)工作的開展也便于RRI板式熱交換器可靠性分析。

參考文獻(xiàn)

[1]趙曉文.板式換熱器的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].冶金能源，2011（1）：52-55.

[2]錢頌文.換熱器設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：19-24.