核電廠排污擴(kuò)容器筒體沖刷減薄缺陷處理與分析

李開盈，邱波，劉斌，劉德軍，陳松，鐘俊良

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 技術(shù)二處，浙江 嘉興 314000）

1 蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成與功能

蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(STR)為單元制系統(tǒng)，2臺(tái)核電機(jī)組各設(shè)l套蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。每l套蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的配置包括1臺(tái)蒸汽轉(zhuǎn)換器、1臺(tái)疏水罐、1臺(tái)疏水冷卻器、1臺(tái)排污擴(kuò)容器、1臺(tái)輔助蒸汽除氧器、2臺(tái)給水泵及系統(tǒng)所需的全套閥門、內(nèi)部連接管道和儀表控制裝置。

蒸汽轉(zhuǎn)換器是利用新蒸汽經(jīng)表面式傳熱加熱給水（除鹽水）生產(chǎn)輔助蒸汽的產(chǎn)汽設(shè)備；輔助蒸汽經(jīng)輔助蒸汽分配系統(tǒng)（SVA）分配給各用汽點(diǎn)，蒸汽轉(zhuǎn)換器所需的給水為經(jīng)輔助蒸汽除氧器除過氧的除鹽水（取自除鹽水分配系統(tǒng)SER）和冷凝水（來自SVA和ASG系統(tǒng)）。給水經(jīng)給水泵升壓后輸送到蒸汽轉(zhuǎn)換器，蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與輔助蒸汽分配系統(tǒng)相連，蒸汽轉(zhuǎn)換器和輔助鍋爐（不屬于本系統(tǒng)范圍）通過輔助蒸汽分配系統(tǒng)向核電站提供輔助蒸汽。輔助給水除氧器系統(tǒng)（ASG）（僅＃1機(jī)組設(shè)置）的冷凝水送到＃1機(jī)組STR系統(tǒng)的輔助蒸汽除氧器。蒸汽轉(zhuǎn)換器的疏水經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)換器疏水罐、疏水冷卻器或疏水冷卻器的旁路管線送到主機(jī)除氧器（ADG系統(tǒng))或凝汽器（CEX系統(tǒng)），流程圖如圖1所示。

圖1 STR系統(tǒng)流程圖

蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與輔助蒸汽分配系統(tǒng)相連，蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能是生產(chǎn)核電機(jī)組所需的輔助蒸汽，汽壓為1.2 MPa，汽溫為188 ℃，額定流量為37 000 kg/h,輔助蒸汽經(jīng)核電站的輔助蒸汽分配系統(tǒng)分配給各用汽點(diǎn)[1]。

2 排污擴(kuò)容器的組成與運(yùn)行原理

排污擴(kuò)容器2STR001CW主要由筒體與封頭組成，材質(zhì)均為20R,容積為2 m3，筒體與封頭壁厚均為14 mm[2]。

在機(jī)組運(yùn)行中，為控制蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生的輔助蒸汽品質(zhì)，每臺(tái)蒸汽轉(zhuǎn)換器配置了1臺(tái)排污擴(kuò)容器，用以接收蒸汽轉(zhuǎn)換器的連續(xù)排污。當(dāng)排污閥全開時(shí)，蒸汽轉(zhuǎn)換器排出的水量可達(dá)到（最大）1%的排污量；在最大排污情況下，來自飲用水系統(tǒng)（SEP）的冷卻水可使排污擴(kuò)容器中的水溫不大于60 ℃，冷卻水由1只溫度控制閥自動(dòng)控制。當(dāng)需要大量排污時(shí)，蒸汽轉(zhuǎn)換器正常水位下有1根排污管可供使用, 由手動(dòng)開啟該管線上的隔離閥來實(shí)現(xiàn)大量排污,在靠近排污擴(kuò)容器處設(shè)有1塊孔板，以防止排污水通過閥門時(shí)發(fā)生閃蒸。

排污擴(kuò)容器可以接收最大1%的蒸汽轉(zhuǎn)換器連續(xù)排污水量。排污管上有1只氣動(dòng)的開/關(guān)閥STR052VL，它與給水泵連鎖，在2臺(tái)給水泵均停運(yùn)時(shí)關(guān)閉，排污擴(kuò)容器的水溫由冷卻水保持為不大于60 ℃，冷卻水由1只恒溫控制STR055VT自動(dòng)控制。

3 缺陷介紹

在某核電廠D213大修期間，對(duì)排污擴(kuò)容器2STR001CW進(jìn)行定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)筒體壁厚減薄嚴(yán)重，其中筒體測點(diǎn)12實(shí)測壁厚最小為10.7 mm，低于公稱壁厚的87.5%,對(duì)比D206大修中，該測點(diǎn)實(shí)測壁厚為13.7 mm，即從D206大修至D213大修累計(jì)減薄3 mm,對(duì)測點(diǎn)12擴(kuò)大檢查，發(fā)現(xiàn)470 mm×180 mm減薄區(qū)域，最小厚度為9.5 mm（測點(diǎn)25）,區(qū)域位置如圖2所示，經(jīng)組織進(jìn)行2STR001CW內(nèi)部核查，發(fā)現(xiàn)減薄位置與排污管高度一致。

圖2 壁厚測量圖示

4 減薄區(qū)域壁厚及筒體強(qiáng)度計(jì)算分析

4.1 減薄區(qū)域測厚情況

減薄區(qū)域位于疏水管口對(duì)面左側(cè)筒壁，213大修期間，對(duì)測點(diǎn)12位置擴(kuò)大檢查范圍后發(fā)現(xiàn)470 mm×180 mm減薄區(qū)域，測點(diǎn)25最小厚度為9.5 mm。214大修前對(duì)2STR001CW進(jìn)行壁厚測量，在減薄區(qū)內(nèi)，新發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)26，壁厚為8.9 mm，測點(diǎn)25厚度無變化，由此推斷上次213大修時(shí)，測點(diǎn)26壁厚大于9.5 mm，213大修至214大修前，減薄量至少為0.6 mm（新標(biāo)注測點(diǎn)25/26，如圖3所示）,存在異常沖刷減薄，如圖4所示。

圖3 現(xiàn)場實(shí)測減薄點(diǎn)

圖4 現(xiàn)場壁厚測量圖示

4.2 筒體強(qiáng)度計(jì)算分析

以設(shè)計(jì)壓力為基準(zhǔn)進(jìn)行壁厚計(jì)算[3]，已臨近最小要求壁厚8.65 mm，以測點(diǎn)25、26位置為例，213大修至214大修前（約1 a），減薄量至少為0.6 mm,故筒體為非均勻沖刷減薄，為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，需及時(shí)更換處理。

5 缺陷原因分析

5.1 長期汽水兩相沖刷

排污擴(kuò)容器內(nèi)介質(zhì)為排污水和飽和蒸汽，最高工作溫度為210 ℃，溫度較高，STR疏水進(jìn)入排污擴(kuò)容器后汽化形成高流速的汽水兩相流，對(duì)筒壁產(chǎn)生沖刷，目前該排污擴(kuò)容器已經(jīng)運(yùn)行18 a，長期運(yùn)行后導(dǎo)致筒壁持續(xù)沖刷減薄。

減薄區(qū)域位于疏水管口對(duì)面左側(cè)筒壁，流體噴到內(nèi)部防沖筒外壁后折流，沖到該區(qū)域筒壁上，因此該區(qū)域?yàn)榕盼蹟U(kuò)容器筒體上最易沖刷減薄的區(qū)域。

5.2 防沖筒設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理

經(jīng)核實(shí)分析實(shí)際減薄位置，減薄區(qū)域剛好在防沖筒與筒體之間的夾層位置，經(jīng)確認(rèn)設(shè)備圖樣，核實(shí)容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，筒體減薄區(qū)域缺乏有效防沖裝置，原本的防沖筒不能避免流體對(duì)筒體的沖刷，沒有發(fā)揮防沖作用，因此防沖筒的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，在設(shè)計(jì)上不能避免流體對(duì)筒體的沖刷是造成筒體沖刷減薄的直接原因。

6 改進(jìn)措施

在該電廠214大修期間，為消除擴(kuò)容器2STR001CW的安全隱患，已對(duì)該設(shè)備進(jìn)行整體更換，針對(duì)同類型設(shè)備面臨的缺陷，根據(jù)以上分析，應(yīng)采取針對(duì)性對(duì)策加以改進(jìn)，主要關(guān)注以下方面并采取相應(yīng)措施。

圖5 排污擴(kuò)容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖示

6.1 優(yōu)化排污擴(kuò)容器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

由于流體噴到排污擴(kuò)容器內(nèi)部防沖筒外壁后折流，沖到該區(qū)域筒壁上，造成沖刷減薄，因此需要從壓力容器設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，需要優(yōu)化排污擴(kuò)容器的防沖筒的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在防沖筒底部增加圓弧形防沖板，防止流體噴到內(nèi)部防沖筒外壁后折流，沖到該區(qū)域筒壁上，有效發(fā)揮防沖作用，避免流體折流后對(duì)筒體的沖刷。

6.2 優(yōu)化排污擴(kuò)容器預(yù)防性維修大綱

經(jīng)查詢排污擴(kuò)容器及同類型的壓力容器歷史檢修記錄，結(jié)合缺陷概況與設(shè)備所處工況分析得出，可從預(yù)防性維修大綱方面進(jìn)行優(yōu)化，從而改善排污擴(kuò)容器內(nèi)外部檢查等維修策略，建議設(shè)置容器外部年檢、定期檢驗(yàn)、內(nèi)外部腐蝕檢查三項(xiàng)預(yù)防性維修項(xiàng)目，其中外部年檢預(yù)防性維修項(xiàng)目周期建議設(shè)置為R1,對(duì)設(shè)備接口儀表管線、設(shè)備外部等進(jìn)行檢查；定期檢驗(yàn)、內(nèi)外部腐蝕檢查預(yù)防性周期建議設(shè)置為R3，定期進(jìn)行壁厚檢查與設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢查，避免壁厚減薄引起的介質(zhì)泄漏，保證壓力容器的正常運(yùn)行。

7 結(jié)語

本文列舉了某核電廠排污擴(kuò)容器的筒體沖刷減薄情況，對(duì)缺陷的根本原因進(jìn)行了明確分析，根據(jù)壓力容器GB 150對(duì)相關(guān)壁厚進(jìn)行了核算分析，保守決策，建議對(duì)該容器整體更換，目前該設(shè)備缺陷已經(jīng)處理，解決了機(jī)組存在安全隱患，同時(shí)對(duì)同類型設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和預(yù)防性維修策略改進(jìn)提出相關(guān)建議，為電廠壓力容器設(shè)備管理提供了借鑒。