田灣核電站核島主設備保溫盒裝置的應用

李會義（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

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田灣核電站核島主設備保溫盒裝置的應用

李會義
（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

摘要：絕熱技術不僅是節能降耗最經濟、收益最明顯的重要措施，而且隨著絕熱工程的深入研究和推廣應用，已發展成為節約能源，保障機組安全運行，提高工作效率，改善勞動條件，保護人員安全的一項系統性防護工程。絕熱工程使用效果的好壞，是整個絕熱工程功能的最終體現，它是精心設計、認真選材、嚴格施工的成果。對于現階段核電站的實際情況，嚴格控制施工質量是保障絕熱效果的關鍵。

關鍵詞：雙壁可拆卸式保溫盒；保溫外護殼；保溫側壁；保溫內壁

CLC number： TM623 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-0041-05

1 保溫盒的設計及電站使用概況

1.1 設計概況

田灣核電站核島主設備保溫盒是由俄羅斯圣彼得堡原子能研究設計院設計，委托德國進行加工制造而成的。設計時綜合考慮了反應堆核能熱效率、核安全、工業安全、在役檢查與維修等諸多方面的因素，選用了國際上較為先進的保溫結構形式——快速可拆卸式保溫盒結構。此保溫結構設計和國內其他核電站反應堆廠房主設備的保溫結構類似。

雙壁可拆卸式保溫盒設計用于在機組運行期間既能減少反應堆裝置的設備、管道向周圍環境傳遞的熱量，又能提高在役檢查和維修效率，減少作業人員的集體劑量率。此類型保溫設計使用年限不少于40年，設計表面溫度限值不高于60 ℃。

1.2 設計基本原則

就設計保溫結構的基本原則而言，中、俄兩國的規范標準大同小異。俄羅斯圣彼得堡原子能研究設計院以《核動力裝置的設置和設備及管道的安全運行規程》和《熱電站與核電站管道和設備保溫設計標準》中的有關要求為基準。中國保溫結構主要依據《設備及管道絕熱設計導則》及《設備及管道絕熱技術通則》等國家標準設計。從溫度角度對設計保溫結構進行了主要規定：新建、擴建和改建的核電站設備與管道的介質溫度從45～500 ℃，熱電站從45～650 ℃都必須進行保溫設計。這與中國的保溫結構設計原則相比較只是保溫設計要求的起點溫度不同，其他的技術要求（如防燙傷溫度、外表熱流密度標準、環境參考基準溫度等）都相一致。

2 保溫盒的結構和制造

田灣核電站核島主設備保溫由俄羅斯委托德國JSC公司預制，包括支撐環和保溫盒兩部分。

2.1 保溫盒的結構

保溫盒設計為搭接式結構，施工必須從一端層層搭接完成。每塊保溫盒均由外護板（1 mm厚的不銹鋼板）、側板（0.5 mm厚的不銹鋼板）、內板（0.1 mm厚的不銹鋼箔）、玻璃纖維棉、鎖扣、標牌、把手組成。不銹鋼材質為1Cr18Ni9Ti。板與板之間靠角鋼條連接成型后焊接而成。保溫盒所有棱邊必須打磨光滑。玻璃棉用不銹鋼刺釘固定，并對保溫棉搭接部位用玻璃絲線進行縫合，以免在機組運行過程中保溫棉塌陷而影響保溫效果，保溫盒設計厚度為140 mm。

田灣核電站的可拆卸式保溫盒與國內其他電站略有不同，主要體現在內壁上，田灣核電站的可拆卸式保溫盒內壁采用的是0.1 mm厚的不銹鋼箔，并經過專門壓制成形，其他電站采用的是0.3 mm的不銹鋼板，相比較而言不銹鋼箔具有良好的反射功能，重量輕、延展性好，缺點是不能對保溫盒側壁形成支撐，使保溫盒側面抗擠壓變形能力比其他電站的保溫盒較弱。

2.2 支撐環的結構

支撐環是由內U形槽嵌入外U形槽而成，內外U形槽用螺栓固定。螺栓孔開成長槽形，支撐環的內徑大于設備外徑約40 mm，目的是考慮因設備運行膨脹而引起保溫實體的徑向和軸向位移。

2.3 保溫盒的編碼

根據設備的外形尺寸和安裝空間、操作空間確定設備筒體支撐環和保溫組件的組數，再確定每一組的保溫組件的塊數和相應保溫組件的規格尺寸、編號。以蒸汽發生器（臥式）保溫為例示意說明（見圖1）。“11/1”表示第11組保溫的第1個保溫盒，“12/4”表示第12組保溫支撐環的第4個支撐環。其中第10、12組是支撐環。

2.4 填充材料的性能參數

目前國內核電站核島保溫填充材料一般選用高溫玻璃棉，如大亞灣、秦山二期和嶺澳核電站等。其主要的性能參數見表1。

2.5 高溫玻璃棉制品的優點及應用

高溫玻璃棉具有容重小，熱導率低，絕熱性能好，不燃、耐熱、抗凍、耐腐蝕、不怕蟲蛀、良好的化學穩定性等特性。主要歸納如下：

1）在高溫或低溫條件下均具有良好的絕熱性能；

2）不燃燒，不產生有害氣體；

3）具有均勻的彈性回復力；

表1 保溫棉性能參數Table 1 Heat preservation cotton performance parameters

圖1 保溫盒編碼Fig.1 Heat preservation box code

4）吸聲及降噪效果優良；

5）在潮濕條件下吸濕率小；

6）線膨脹系數小；

7）老化速率低；

8）具有良好的加工性能。

玻璃棉制品品種較多，其基本產品有玻璃棉氈、玻璃棉板、玻璃棉帶、玻璃棉毯和玻璃棉保溫管。連續玻璃纖維制品有玻璃纖維布、玻璃纖維氈等。

玻璃棉制品被廣泛應用于國防、石油化工、建筑、冶金、冷藏、交通運輸等工業部門，是各種管道、貯罐、鍋爐、熱交換器、風機和車船等工業設備、交通運輸和各種建筑物的優良保溫、絕熱、隔冷、吸聲材料。

對于田灣核電站，玻璃棉是俄供玄武巖棉的替代材料，主要應用于核島和常規島管徑在159 mm以上的LA開頭（LAB/LAD/LAH等）、LB開頭（LBA/LBG/LBQ/LBS/LBJ等）、汽輪機本體（低壓缸彎頭、高壓缸等）、MA開頭（MAN/MAL等）以及所有閥門。

3 保溫盒的安裝

核島主設備保溫需要按照既定的順序和步驟，主要步驟如下：

1）安裝支撐環：將支撐環的每一組件用鎖扣固定連接成一體且安裝在相應位置。

2）組裝保溫盒：開始安裝保溫盒時，保溫盒不搭接，安裝下一個保溫盒，應搭接在前一個保溫盒上（像魚鱗）。最后一個保溫盒應搭接在以前安裝的所有相鄰的保溫盒上。

3）調整定位：用帶有自鎖裝置的松緊帶調整所有保溫組件之間的環向間隙，再調整鎖扣（鎖扣靠自身的螺桿調節長度），然后固定。保溫盒與支撐環之間的鎖扣在調整好縱向間隙后現場安裝。

4 保溫盒的優缺點

4.1 優點

（1）保溫效果好、外形美觀

采用不同厚度不銹鋼外護層制作的密封結構保溫盒，最大限度地降低了金屬外護層引起的自身熱損失，用魚鱗狀組合安裝成型，增強了設備整體保溫盒的保溫效果，提高了設備的熱效率。也使其整體外形圓滑美觀大方。

（2）維修拆卸方便，可多次重復使用

這種結構的保溫盒可以提前在車間預制，安裝效率高，節省人力。因保溫盒的組合結構是經特殊工藝與材料制作的具有相對獨立的多塊拼裝形成的絕熱結構。可快速密封搭接組合，易于拆卸裝，并且可多次重復使用，設計壽命長達40年。機組大修期間可有效提高在役檢查和維修工作效率，有效縮短大修關鍵路徑。

（3）安裝便捷、周期短、綜合經濟效益好

保溫盒簡易的快速搭接組裝，縮短了維修時間，節約了設備大修工期。另外，傳統保溫結構使用的保溫材料，每次拆除時，有部分原保溫材料不能再利用，造成材料浪費；而快速搭接保溫盒拆裝時，只是每塊連接部位的組合與分離，保溫材料可以重復利用，提高了材料的利用率，特別可以減少放射性固體廢物的產生量，節省了維修成本。

（4）改善了維修環境和設備衛生

在機組大修期間，反應堆廠房內的傳統保溫層材料受安裝壓縮或人為因素破壞后，產生的帶有一定放射性的粉塵，在拆裝過程中會對設備與空間環境造成不同程度的污染，對作業人員身體造成一定程度的傷害。而采用快速可拆卸保溫盒，使整體保溫材料處于一定的密閉空間內，避免了放射性粉塵對設備和空間環境的污染，對作業人員起到保護作用。

4.2 缺點

1） 核島內現有雙壁可拆卸式保溫盒在整體設計和制作期間，沒有考慮到設備焊縫周期性在役檢查和人員拆裝方便的要求，在局部需要拆卸進行設備在役檢查或維修時，保溫必須整體拆除，致使給在役檢查和維修工作帶來一定的不便。

2） 保溫盒體積偏大，現場安裝位置周圍設施布局緊密，現場拆裝比較困難，容易磕碰導致保溫盒損傷。另外拆卸下的保溫盒無存放空間和存放平臺，經常需要搬運、吊運至其他固定存放點集中存放。

3） 保溫盒制造技術要求較高，國內廠家很難滿足工藝要求，給后期維護與修復帶來一定的困難。

5 檢查維護及優化設想

核電站主設備保溫的狀態將直接影響機組的安全運行，隨著機組長期運行和頻繁的拆裝，會導致主設備保溫不同程度的變形和損壞，因此需采取有效的措施對變形及損壞的保溫設備進行統計分析，結合機組大修實際情況，統一規劃修復方案。

5.1 檢查維護

田灣核電站核島主設備保溫檢查維護工作主要規劃如下：

1） 大修啟、停堆前后對主設備保溫進行熱態測量，建立數據庫，分析保溫性能狀態的變化趨勢；

2） 大修期間對主設備保溫實施QC監督控制，保證保溫的施工質量；

3） 對損壞的保溫盒鎖扣及內壁進行專項修復，安裝后對所有鎖扣狀態進行調整，保證保溫盒的完整性和保溫效果達到設計要求；

4） 對不便拆卸和檢修的主設備保溫進行改造，如對蒸汽發生器集流管端頭保溫盒進行改造；

5） 在保溫盒縫隙較大、或者有空間的區域增加保溫棉帶，消除局部熱點，減少這些部位的熱量散失。

5.2 優化設想

隨著機組運行年限和保溫拆裝次數的增加，保溫效果將呈逐年下降的趨勢。在嚴格控制保溫拆裝質量的同時，有必要從長遠角度考慮做好電站保溫的優化改造工作。可以從如下幾個方面開展工作：

1） 成立主設備保溫檢查與修復專項組，研究新型保溫在核電站中的應用與推廣；

2） 對于拆裝頻繁、工藝復雜、影響大修工期的設備保溫考慮進行優化改造，如主蒸汽閥站保溫、汽輪機保溫、役檢焊縫處保溫等；

3） 針對擴建機組，要從設計上進行充分分析，重點考慮保溫塊的結構、重量、搭接方式、現場存放、拆裝效率等方面的內容；

4） 與同行電站和其他國家電站的主設備保溫進行對標，引入良好的實踐經驗。

6 工程實踐

6.1 對蒸汽發生器集流管實施改造

蒸汽發生器集流管管口處保溫拆裝空間狹小，原設計保溫塊體積較大，保溫塊無法順利拆裝。每次在蒸汽發生器集流管管口處的作業及檢查，既不利于工作的實施，又容易損壞周邊泄漏監測管道，同時保溫塊在拆裝過程中容易出現變形。隨著保溫層拆裝次數的增加，保溫損壞現象逐年加重，保溫效果呈下降趨勢。為確保蒸汽發生器集流管處保溫層保溫效果保持穩定狀態，對蒸汽發生器集流管管口處保溫層實施了改造工作。

6.2 對雙壁可拆卸保溫盒破損部位修復

田灣核電站1、2號機組已運行7年，核島主設備雙壁可拆卸式保溫盒為配合役檢工作多次拆裝，出現了不同程度的損壞和變形。為確保機組安全、高效運行，保證主設備保溫在機組壽期內的完整性，須在大修期間對破損保溫盒進行修復。

在T206大修期間我們對現場拆卸的154塊保溫盒進行了統計，已損壞的保溫盒有62塊，損壞率高達40%。分析其原因主要有以下幾個方面：1）控制區存放條件有限，堆放空間狹小，保溫盒之間擠壓碰撞造成損壞；2）保溫盒設計尺寸較大，很多已經超過了國標規定的25 kg/塊，保溫盒在拆卸、搬運時與其他物體刮碰造成損壞；3）保溫盒在啟停機時受熱變形，造成開焊。

破損保溫盒如不及時修復會使保溫效果下降，影響保溫盒的使用壽命，同時也不滿足一回路主設備、管道保溫完全密閉、無保溫棉外漏的要求。當出現緊急事故，一回路邊界被突破時，破損保溫盒內的保溫棉在高壓蒸汽沖擊下會流入地坑，存在堵塞地坑濾網的風險。

為避免破損加劇影響保溫盒的使用效果和使用壽命，消除破損帶來的不利影響，因此從T107 和T207大修期開始對損壞的保溫盒逐年進行修復工作。

7 結論

通過工程實踐，可以得出，良好的保溫效果取決于可靠的設計，先進的材料，科學的管理，精細的施工。保溫工程一切活動需要在嚴格的QC質量監督下進行。

目前田灣核電站主設備保溫從規劃、監測、修復、改造等多方面著手，其保溫管理水平不斷提升，為機組安全穩定運行提供了有力的保障。

The Application and Analysis of the Main Equipment’s Thermal Insulation Box of Tianwan Nuclear Power Plant

LI Hui-yi
（Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

Abstract：The thermal insulation technology is not only the most economic measure， but also developed into a systemic protection project to save energy， guarantee the safe operation of unit，improve the work efficiency， improve labor condition and protect the safety of personnel，with the deepening of the adiabatic engineering research and application. The good or bad use of the thermal insulation engineering is the ultimate sign of the adiabatic engineering function. It is the results of careful design， selected material and strict construction. For the present situation of power station， strictly control the construction quality is the key to ensure adiabatic effect.

Key words：double-wall removable type of thermal insulation box； thermal insulation outer protective shell； thermal insulation side wall； thermal insulation inner wall

中圖分類號：TM623

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1617（2016）01-0041-05

收稿日期：2015-11-20

作者簡介：李會義（1980—），男，江蘇人，工程師，工學學士，從事反應堆裝換料管理的工作。