在役核電廠穩壓器電加熱器更換技術的工藝改進與應用

閆永巍 鄭孝綱

【摘 要】論文對近期穩壓器電加熱器典型故障案例進行了分析，對常用電加熱器更換工藝進行了概述，并對電加熱器更換工藝的改進及其應用進行了綜述。

【Abstract】This article mainly analyzes the typical fault cases of electric heater of the voltage regulator， summarizes the replacement technology of the ordinary electric heater， and reviews the improvement of the replacement technology of electric heater and its application.

【關鍵詞】核電廠；穩壓器電加熱器；工藝改進；應用

【Keywords】nuclear power plant； electric heater of the voltage regulator； process improvement； application

【中圖分類號】TM623 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0175-02

1 引言

穩壓器是壓水堆核電站的關鍵設備之一， 主要起維持系統壓力的作用。目前， 多數壓水堆核電站穩定運行的系統壓力在1 5.4MPa左右，一旦偏離設計壓力就可能導致嚴重的事故。目前，核電廠穩壓器電加熱器的壽命普遍要低于反應堆的設計壽命，這意味著在反應堆運行的壽期內，會出現穩壓器電加熱器故障的問題，必然會對故障電加熱器進行更換檢修[1]。本文簡要介紹近期電加熱器故障的案例，列舉出目前加熱器更換的檢修工藝及不足，提出了工藝改進措施，順利完成在役核電廠電加熱器的更換工作，希望有一定的借鑒意義。

2 電加熱器故障案例分析

2.1 近期典型電加熱器故障案例

2012年5月，美國Fort Calhoun核電站1#機組穩壓器26#電加熱器套管破裂，造成反應堆冷卻劑系統（RCS）壓力邊界損失。按照規定， 電廠向核管會上報了該事故。分析表明該電加熱器套管破裂根本原因是由于加熱器護套在制造過程中在其外表面產生較高殘余拉應力。

2017年1月，中廣核某核電廠小修檢查發現63#加熱器及2#備用加熱器絕緣均為0.2MΩ，不滿足程序要求 （程序標準：>50MΩ）。小修期間對63#加熱器，使用備用電加熱器4#替代。經指揮部討論決策，2018年3月在大修期間對2#和63#電加熱器按原設備制造方案進行更換（EOMM推薦方案），即原焊接接頭形式不發生改變。

2.2 電加熱器故障的原因分析

穩壓器電加熱器的故障主要集中在加熱器套管、焊縫和電氣故障等，其故障的主要原因和處理措施見表1。因此，電加熱器的更換和重新焊接套管是解決電加熱器故障的重要手段，選擇最合適的更換工藝是解決加熱器多種模式失效的關鍵。

3 電加熱器常用更換工藝概述及不足

3.1 電加熱器常用更換工藝概述

根據RESM標準內容，更換電加熱器工藝過程如下：①開工見證件的焊接及無損檢測；②拆除防火保護裝置和房間門；③搭設R488房間內腳手架和SAS；④拆除故障加熱器的電纜和散熱片；⑤切割故障加熱器及舊加熱器處理；⑥套管坡口加工及無損檢測；⑦交班見證件的焊接及無損檢測；⑧停運EBA/EVC/EVR系統、停運一回路開口點的SAS風機；⑨新加熱器的安裝、焊接；⑩焊縫的無損檢測、新加熱器的絕緣測量；散熱片的回裝、現場恢復；完工見證件的焊接及無損檢測。

3.2 常用更換工藝的不足

經過電加熱器現場更換的實際驗證，常用的更換工藝仍存在集體劑量過高、備件消耗量大、備件質量問題導致返工等問題，大致需改進之處如下：

①現場環境劑量率約1mSv/h，由于穩壓器射線探傷、拆除散熱片、切割故障加熱器和焊接所要求的腳手架平臺高度均不同，會出現服務人員多次調整腳手架高度的情況，首次現場更換時腳手架調整達10次，極大地增加了服務人員集體劑量。

②中廣核某基地的大修中，由于電加熱器備件的焊縫質量存在缺陷，導致焊后的無損檢測不合格，被迫重新進行該根加熱器的更換工作，在工期、成本和集體劑量方面造成了較大的損失。

③由于開工見證件和完工見證件焊接時，需要的套管備件數量較多，且套管的采購周期長、采購成本高，套管備件數量不足是目前面臨的主要困難。

④在套管備件緊張的情況下，部分開工見證件或完工見證件焊接無法正常進行，那么在不違反規范的前提下，滿足法規要求前提下，取消開工見證件或完工見證件的焊接，在減少套管使用量方面成效顯著。

4 電加熱器更換工藝的改進及分析

針對常用更換工藝中的不足之處，檢修人員總結前期反饋，經過多次專題討論和技術分析，進行了相應工藝改進，降低了人員集體劑量，提高了備件利用率，降低了成本，現場效果良好。

4.1 腳手架調整次數過多的改進

經過優化，穩壓器在役檢查工作與散熱片的拆除工作共用1個腳手架平臺；該平臺的高度為：距離電加熱器尾部約為1.5m，方便拆除散熱片和在役檢查的進行。

切割故障加熱器和焊接工作共用1個腳手架平臺，該平臺的高度為：距離加熱器焊縫約為1.7m，且在故障加熱器的正下方加一塊高約30cm的跳板。這樣即能解決兩項工作平臺高度需求不一致的問題，又可減少調整次數，滿足現場工作。最后，搭設腳手架平臺過程中要求相關專業工作負責人務必現場驗證，減少溝通失效導致的重復性工作。

通過上述三點的改進，在大修實施過程中，服務人員僅需調整一次腳手架，相比于最初的調整約10次，極大地降低了服務人員集體劑量。

4.2 加熱器備件無損檢測的優化

在某次大修中對25#電加熱器進行更換，新加熱器安裝焊接后，射線檢查發現，評片中電加熱元件S3焊縫存在異常顯示，S3焊縫是在電加熱元件生產廠家完成焊接，且該S3焊縫屬于一回路壓力邊界；經討論決策實施重新更換25#電加熱器。該次返工，增加人員集體劑量增加約3mSv.人，重做交班見證件增加了套管備件的使用量，以及增加了人力的投入。

在現場開工前增加一道工序：對電加熱器的備件進行滲透檢查和射線探傷。從源頭上避免由于加熱器備件本身的焊縫缺陷，造成返工等不必要的損失。

4.3 提高套管備件的利用率

由于套管的成本較高、采購周期長，且每次開工和完工見證件的套管需求量大（開工見證件需8根套管、交班見證件需2根套管，完工見證件需8根套管），因此可以從備件重復利用的角度優化工藝。根據程序要求，焊接后的四對開工見證件，有兩對做射線檢測，有兩對做理化試驗，由于焊縫的熱影響區僅為5mm左右，且射線檢測對見證件無任何破壞。

因此有兩對開工見證件的套管可以重復利用，僅通過切割工具、坡口工具將焊縫附近的熱影響區切除并加工坡口即可。同理，有兩對完工見證件套管可以重復利用，有一對交班見證件套管可重復利用。綜上所述，通過該工藝的優化，套管備件的重復利用率為56%。

4.4 合理降低見證件的焊接頻率

根據RSEM規范_1997版（2005修訂版）中S7821條款，“對于屬于使用同一工藝評定的對接環焊縫數量少于三個部件的維修操作，如果無損檢驗能保證焊縫的質量，除非營運單位特別要求的情況下，則不需焊接見證件，但是不管哪個現場，每10條焊縫每年至少焊接1個見證件[1]。”

因此在獲得業主方允許的前提下，當焊縫數量少于三個，可以免做開工或完工見證件，可從根源上減少套管備件的使用量。

5 電加熱器更換新工藝的現場應用

經過優化的更換工藝，通過大修中現場更換兩根加熱器的驗證，效果良好，不僅項目的費用遠低于國外公司的報價，而且更換后的電加熱器射線探傷、絕緣檢查一次性合格，未出現任何安全、質量和FME事件，獲得大修指揮部的通報表揚。使用優化后的工藝進行電加熱器更換，不僅為公司節約了大量的經費， 更重要的是提高了電站的安全性能。

【參考文獻】

【1】唐俐.穩壓器下封頭與加熱套管的焊接工藝試驗及應用[J].壓力容器， 2004， 21（11）： 42-45.