在役核電廠穩(wěn)壓器電加熱器更換技術(shù)的工藝改進(jìn)與應(yīng)用

閆永巍，鄭孝綱

(中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東深圳518124)

1 引言

穩(wěn)壓器是壓水堆核電站的關(guān)鍵設(shè)備之一,主要起維持系統(tǒng)壓力的作用。目前,多數(shù)壓水堆核電站穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)壓力在1 5.4MPa左右,一旦偏離設(shè)計(jì)壓力就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。目前，核電廠穩(wěn)壓器電加熱器的壽命普遍要低于反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)壽命，這意味著在反應(yīng)堆運(yùn)行的壽期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓器電加熱器故障的問(wèn)題，必然會(huì)對(duì)故障電加熱器進(jìn)行更換檢修[1]。本文簡(jiǎn)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(jìn)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(guó)Fort Calhoun核電站1#機(jī)組穩(wěn)壓器26#電加熱器套管破裂，造成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）壓力邊界損失。按照規(guī)定，電廠向核管會(huì)上報(bào)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(hù)套在制造過(guò)程中在其外表面產(chǎn)生較高殘余拉應(yīng)力。

2017年1月，中廣核某核電廠小修檢查發(fā)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)：＞50MΩ)。小修期間對(duì)63#加熱器，使用備用電加熱器4#替代。經(jīng)指揮部討論決策，2018年3月在大修期間對(duì)2#和63#電加熱器按原設(shè)備制造方案進(jìn)行更換(EOMM推薦方案)，即原焊接接頭形式不發(fā)生改變。

2.2 電加熱器故障的原因分析

穩(wěn)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(jiàn)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(guān)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(jù)RESM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，更換電加熱器工藝過(guò)程如下：①開(kāi)工見(jiàn)證件的焊接及無(wú)損檢測(cè)；②拆除防火保護(hù)裝置和房間門(mén)；③搭設(shè)R488房間內(nèi)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(wú)損檢測(cè)；⑦交班見(jiàn)證件的焊接及無(wú)損檢測(cè)；⑧停運(yùn)EBA/EVC/EVR系統(tǒng)、停運(yùn)一回路開(kāi)口點(diǎn)的SAS風(fēng)機(jī)；⑨新加熱器的安裝、焊接；⑩焊縫的無(wú)損檢測(cè)、新加熱器的絕緣測(cè)量；散熱片的回裝、現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)；完工見(jiàn)證件的焊接及無(wú)損檢測(cè)。

表1 穩(wěn)壓器電加熱器故障主要原因和處理措施

3.2 常用更換工藝的不足

經(jīng)過(guò)電加熱器現(xiàn)場(chǎng)更換的實(shí)際驗(yàn)證，常用的更換工藝仍存在集體劑量過(guò)高、備件消耗量大、備件質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致返工等問(wèn)題，大致需改進(jìn)之處如下：

①現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境劑量率約1mSv/h，由于穩(wěn)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(tái)高度均不同，會(huì)出現(xiàn)服務(wù)人員多次調(diào)整腳手架高度的情況，首次現(xiàn)場(chǎng)更換時(shí)腳手架調(diào)整達(dá)10次，極大地增加了服務(wù)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(zhì)量存在缺陷，導(dǎo)致焊后的無(wú)損檢測(cè)不合格，被迫重新進(jìn)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(kāi)工見(jiàn)證件和完工見(jiàn)證件焊接時(shí)，需要的套管備件數(shù)量較多，且套管的采購(gòu)周期長(zhǎng)、采購(gòu)成本高，套管備件數(shù)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(kāi)工見(jiàn)證件或完工見(jiàn)證件焊接無(wú)法正常進(jìn)行，那么在不違反規(guī)范的前提下，滿足法規(guī)要求前提下，取消開(kāi)工見(jiàn)證件或完工見(jiàn)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(jìn)及分析

針對(duì)常用更換工藝中的不足之處，檢修人員總結(jié)前期反饋，經(jīng)過(guò)多次專(zhuān)題討論和技術(shù)分析，進(jìn)行了相應(yīng)工藝改進(jìn)，降低了人員集體劑量，提高了備件利用率，降低了成本，現(xiàn)場(chǎng)效果良好。

4.1 腳手架調(diào)整次數(shù)過(guò)多的改進(jìn)

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，穩(wěn)壓器在役檢查工作與散熱片的拆除工作共用1個(gè)腳手架平臺(tái)；該平臺(tái)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(jìn)行。

切割故障加熱器和焊接工作共用1個(gè)腳手架平臺(tái)，該平臺(tái)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(xiàng)工作平臺(tái)高度需求不一致的問(wèn)題，又可減少調(diào)整次數(shù)，滿足現(xiàn)場(chǎng)工作。最后，搭設(shè)腳手架平臺(tái)過(guò)程中要求相關(guān)專(zhuān)業(yè)工作負(fù)責(zé)人務(wù)必現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，減少溝通失效導(dǎo)致的重復(fù)性工作。

通過(guò)上述三點(diǎn)的改進(jìn)，在大修實(shí)施過(guò)程中，服務(wù)人員僅需調(diào)整一次腳手架，相比于最初的調(diào)整約10次，極大地降低了服務(wù)人員集體劑量。

4.2 加熱器備件無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)化

在某次大修中對(duì)25#電加熱器進(jìn)行更換，新加熱器安裝焊接后，射線檢查發(fā)現(xiàn)，評(píng)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(chǎn)廠家完成焊接，且該S3焊縫屬于一回路壓力邊界；經(jīng)討論決策實(shí)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(jiàn)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(xiàn)場(chǎng)開(kāi)工前增加一道工序：對(duì)電加熱器的備件進(jìn)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(gòu)周期長(zhǎng)，且每次開(kāi)工和完工見(jiàn)證件的套管需求量大(開(kāi)工見(jiàn)證件需8根套管、交班見(jiàn)證件需2根套管，完工見(jiàn)證件需8根套管)，因此可以從備件重復(fù)利用的角度優(yōu)化工藝。根據(jù)程序要求，焊接后的四對(duì)開(kāi)工見(jiàn)證件，有兩對(duì)做射線檢測(cè)，有兩對(duì)做理化試驗(yàn)，由于焊縫的熱影響區(qū)僅為5mm左右，且射線檢測(cè)對(duì)見(jiàn)證件無(wú)任何破壞。

因此有兩對(duì)開(kāi)工見(jiàn)證件的套管可以重復(fù)利用，僅通過(guò)切割工具、坡口工具將焊縫附近的熱影響區(qū)切除并加工坡口即可。同理，有兩對(duì)完工見(jiàn)證件套管可以重復(fù)利用，有一對(duì)交班見(jiàn)證件套管可重復(fù)利用。綜上所述，通過(guò)該工藝的優(yōu)化，套管備件的重復(fù)利用率為56%。

4.4 合理降低見(jiàn)證件的焊接頻率

根據(jù)RSEM規(guī)范_1997版(2005修訂版)中S7821條款，“對(duì)于屬于使用同一工藝評(píng)定的對(duì)接環(huán)焊縫數(shù)量少于三個(gè)部件的維修操作，如果無(wú)損檢驗(yàn)?zāi)鼙ＷC焊縫的質(zhì)量，除非營(yíng)運(yùn)單位特別要求的情況下，則不需焊接見(jiàn)證件，但是不管哪個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，每10條焊縫每年至少焊接1個(gè)見(jiàn)證件[1]。”

因此在獲得業(yè)主方允許的前提下，當(dāng)焊縫數(shù)量少于三個(gè)，可以免做開(kāi)工或完工見(jiàn)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(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的更換工藝，通過(guò)大修中現(xiàn)場(chǎng)更換兩根加熱器的驗(yàn)證，效果良好，不僅項(xiàng)目的費(fèi)用遠(yuǎn)低于國(guó)外公司的報(bào)價(jià)，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(xiàn)任何安全、質(zhì)量和FME事件，獲得大修指揮部的通報(bào)表?yè)P(yáng)。使用優(yōu)化后的工藝進(jìn)行電加熱器更換，不僅為公司節(jié)約了大量的經(jīng)費(fèi),更重要的是提高了電站的安全性能。