蒸汽發生器傳熱管破裂機理分析和處理

石煒

【摘 要】蒸汽發生器，俗稱鍋爐，是一種以原料或燃料為基礎，旨在加熱水或其他物質的一種機器設備。蒸汽發生器作用范圍廣泛，目前廣泛用于核電站。隨著核電站運行時間的增加，腐蝕和運行工況的變化，會造成一定程度上的危險與事故。論文將對核電站蒸汽發生器傳熱管破裂進行進一步分析并提出處理措施。

【Abstract】Steam generator， commonly known as boiler， is a kind of machine equipment based on raw material or fuel， which aims at heating water or other materials. The steam generator has a wide range of functions， and it is widely used in nuclear power plants. With the increase of operation time of nuclear power plant， the change of corrosion and operation condition will cause danger and accident to a certain extent. This paper will further analyze the rupture of steam generator heat transfer tube in nuclear power plant and propose the treatment measures.

【關鍵詞】蒸汽發生器；傳熱管破裂；機理分析

【Keywords】steam generator； heat transfer tube rupture； mechanism analysis

【中圖分類號】TL353 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0154-02

1 引言

世界經歷過幾次工業革命之后，對于工業的生產和加工，有了前所未有的突破，不斷地創造出新產品，革新新技術，以方便人們更好地使用。18世紀的第一次工業革命的開展，蒸汽機得到了很好的運用，隨之而來是各種在蒸汽機基礎上的不斷創新與改進，蒸汽發生器就是其中的一項進步，其以蒸汽機本身的原理為基準，通過再發明與再創造，以適應更廣闊的使用范圍。

2 蒸汽發生器傳熱管破裂機理分析

2.1 降溫降壓分析

眾所周知，無論哪一種機器或是軟件，在長時間運行狀態下，都會產生大量的熱量和溫度，而長時間處于高溫高壓狀態下，對于機器本身卻并非好事。以蒸汽發生器為例，在核電站高溫高壓的運行工況下，導致其傳熱管破裂，造成大量的熱量在傳輸運作過程中毫無規律地噴向各個角落，破壞了蒸汽發生器傳熱的系統平衡，影響其正常運作。因此，降溫解壓的作用不可小覷。通過合理的方式，具體問題具體分析，從源頭和過程挨個進行排查，停止超過標準的機器運行，在機器運行過程中，在不影響其正常工作效率的前提下，采用冷卻、凝固等方法，對機器進行冷處理，從而減少壓力，降低溫度與熱量。

2.2 運行模式分析

由于蒸汽發生器在高強度運作下會產生了巨大的摩擦力及熱量，很容易導致其傳熱管的破裂，從而發生意想不到的事故。一回路第二道屏障失去完整性、第三道屏障被旁路，放射性物質污染二回路，若控制不及時，放射性物質可能通過大氣排放閥或安全閥直接向大氣排放。同時發生一回路破裂疊加事故時，由于安全殼地坑水位不夠，最終導致堆芯損壞的中期風險。

事故所造成的后果無疑是巨大的損失，巨大的壓力導致一回路的運作出現異常，一回路放射性通過蒸汽發生器釋放到空氣中，對周圍環境和核電站附近居民的身體健康帶來危害。在一回路運作出現異常時，二回路在其后的運行也會發生故障，導致一回路與二回路兩者之間產生了巨大的壓力差，從而導致了傳熱管破裂事故的發生[1]。

2.3 MSSV卡開分析

導致傳熱管破裂而造成事故的原因，不僅是主蒸汽管道受高溫高壓影響而造成的傳熱管破裂，還有一種較大可能是其管道上的安全閥出現了卡開現象。由于一臺蒸汽發生器不止一根傳熱管，且每根傳熱管都處于互相聯系、互相影響的狀態，即使只有一根傳熱管破裂，也會導致事故的發生。若多根傳熱管同時破裂，同樣也會導致事故的發生。而當傳熱管的破裂現象和安全閥的卡開現象同時發生時，會有大量的危險物被釋放出來，如此后果將無法預想[2]。

無論是機器自身在運作過程中發生了故障，還是由于人為因素造成的事故，都不容忽視。因此，做好前期的防范和控制保護措施尤為重要。

下面，筆者將在以上機理分析的基礎上，從其他方面進一步對導致蒸汽發生器傳熱管破裂的原因進行分析。

3 蒸汽發生器傳熱管破裂原因分析

3.1 對蒸汽機傳熱管的重視程度不高

檢修人員和化學人員對于如傳熱管等基礎設施的檢測及重視程度不夠，將大量精力集中于大件工具上，從而忽視了基礎小零件的質量與安全運作的檢測。在某些特殊條件下，蒸汽發生器的某一根傳熱管出現異常，可能在短時間內不會導致整個機器的崩潰，但是在發生問題而沒有引起重視的條件下，故障會一直存在，機器的異常運作并沒有得到很好的解決，在隨后的運轉中發生危險的可能性也會急速提高。因此，加強對每一個小零件的重視，對于減少事故也是有利的。

3.2 對發生事故的干預、檢查、補救和解決問題的能力不足

蒸汽發生器在傳熱管破裂而導致嚴重事故時，相關部門人員的防御能力嚴重不足，不能及時地制定合理的預防措施，從而增加了事故所造成的損失。在事故發生前，沒能進行系統、透徹的檢查。工作人員對事故發生的干預能力不足，使得溫度與熱量超過標準要求，導致蒸汽發生器在運行中氣壓差波動幅度大，機器內部的壓力完全不符合標準，使得一些放射性的微量元素被釋放到大氣中，并發生反應，從而帶來嚴重的后果，導致事故發生。

3.3 蒸汽發生器的老化降質現象嚴重

蒸汽發生器的運作過程分為自然循環和輔助循環，而在不斷地循環工作運行過程中，由于各部分零件的使用工齡較長，沒有新零件的新功能，因此整個機器的老化現象嚴重。由于機器老化的事實存在，使得各零件在工作中的效率、質量降低，從而導致整個機器的抗腐蝕性能力降低，以及每個零件相對應的效益、性能減弱。

基于以上種種現象，要想很好地解決這些問題，并且保證在以后的運作過程中，減少事故的發生頻率，就必須對癥下藥，找準關鍵點，逐個逐步地進行故障排查與修復。

4 蒸汽發生器傳熱管破裂處理方法

4.1 提高防范意識，加強對各個功能的檢測

各部門負責人員要提高警惕性，增強防范意識，對各個零件都要進行定時定量地檢測與故障排查，更換存在問題的區域，修復臨近標準范圍兩端數值的零件，確保每個部分的工作都能夠正常進行。及時發現其中的威脅，并做好相應的解決與補救措施。

4.2 運行人員采取正確、及時的干預

盡可能快地平衡一二回路的壓力，從而消除一回路向二回路的泄漏，限制放射性旁路安全殼排放。一二回路平衡后，平緩操作，降溫降壓，直到RRA連接的條件滿足。

4.3 制定相關整改措施，避免老化現象存在

相關部門人員要根據現有的實際情況與條件，針對不同的問題、不同的零件，制定有針對性的解決措施，以更好地解決老化降質現象。可以通過選擇使用合適的、高質量的傳熱管，進而延長機器的使用壽命。還可以提高、創新和完善關于防振條和支承板的設計，從外部來保證蒸汽發生器的正常運行。對于機器運行過程中產生的廢棄物及污染物，也需要及時地清理，廢渣、廢水等也是使機器老化的一個不可忽視的重大因素[3]。

5 結語

每個機器都有自己的使用壽命，人們都希望能夠在有限的使用時間范圍內，盡可能地提高其使用價值。但并不是所有東西在經歷過風風雨雨后還能保持一成不變，以最原始的面貌出現，在過程中會經歷過很多坎坷，而我們能做的就是不斷地警醒自己，保證前期的無誤，及時處理各種突發情況，以避免不必要的事故發生。蒸汽發生器是人類進步的見證者，人們在發展的同時，也要不斷地對其進行革新創造。

【參考文獻】

【1】楊健，朱文韜.蒸汽發生器傳熱管誘發破裂風險評估[J].核動力工程，2017（1）：51-55.

【2】葉杰， 蔡偉，陳文虎.AP1000多根蒸汽發生器傳熱管破裂分析[J].原子能科學技術， 2015（6）：1057-1061.

【3】李鵬飛，余平，王海松，等.基于老化降質的自然循環蒸汽發生器改進設計研究[J].核動力工程，2016（5）：115-118.