严子雄 李松
福建福清核电有限公司 福建福清 350300
摘要：随着核电厂运行时间的增加，蒸汽发生器会出现传热管腐蚀、管壁减薄等缺陷，直接影响传热效率及核电站的安全，需要定期对其进行在役检查，并对检查出来的缺陷进行处理，根据不同的故障模式，目前，国内外大部分压水堆核电厂对蒸汽发生器的维修策略主要包括管板清洗、传热管堵管及蒸发器更换。分析蒸汽发生器故障，探析蒸汽发生器维修工艺。
关键词：核电厂；蒸汽发生器；维修工艺
1核电厂蒸汽发生器运行原理
电热蒸汽发生器的电气原理见图1。打开总电源开关K1后，利用右侧液位控制器SW2的常闭触点，使交流接触器CJ3的线圈吸合，进水电磁阀开启，加水泵B得电工作，进水指示灯L2亮，开始向器身内加水。当水位上升到下水位时，液位控制器SW1的常开触点闭合，使交流接触器CJ1的线圈得电吸合，加热灯L1亮，电热管组RL1得电工作（如果单双组转换开关K2闭合，则交流接触器CJ2的线圈也得电，使电热管组RL2也开始加热）当水位到达上水位时，SW2的常闭触点断开，使交流接触器CJ3的线圈断电，进水电磁阀关闭，加水泵B运转，又开始进水。加水泵循环工作，使器身内的水保持在上中水位之间。
如果由于意外原因（例如液位控制器SW2的触点断路，加水泵将不工作），造成水位下降到下水位时，左侧液位控制器SW1触点断开，使交流接触器CJ1、CJ2的线圈断电，使加热管组停止加热，起到保护电热管的作用。一旦液位控制器SW1失去控制作用（例如SW1的触点短路，电热管无法断电），而导致水位下降到电热管的位置时，温度控制器将会起到保护电热管的作用。温度控制器的探头贴在电热管最高点的上方，监控着周围温度的变化（正常情况下，周围温度约在180℃）。当水位低于电热管时，电热管干烧，所产生的热量将加热周围的空间，使其温度急剧上升而远远高于水的温度。此时温度控制器的探头将检测到附近温度的变化。当周围温度超出温度控制器的设定值时，温度控制器将起到控制作用，使电热管停止加热。在加水泵循环工作的同时，器身内蒸汽的压力始终在压力控制器P的上下限控制范围之内。当器身内压力升高到设置上限时，压力传感器的常闭触点断开，使交流接触器CJ1、CJ2的线圈断电，电热管组停止加热，加热灯灭；压力降到压力控制器设置下限时，常闭触点重新闭合，使电热管组得电进入加热状态。该设备将按以上程序循环往复于整个过程，直至切断电源停止工作。在日常工作过程中，因发生器产生高压蒸汽需要一定的时间，因此最好在每次供汽前，提前（大概30min）接通设备电源。这样用汽设备开始工作时就不必为等待蒸汽压力升高而浪费时间[1]。在使用蒸汽发生器工作完成后等设备内压力下降到约0.2MPa时，打开下部的排水阀，及时把余水排净，以防水垢和杂质长久沉积。
2核电厂蒸汽发生器维修工艺
2.1蒸汽发生器清洗
核电厂二回路用水一般采用全挥发性水处理（AVT，All Volatile Water Treatment），以天然雨水作为原水，水中阴阳离子和杂质较少，通过除盐除氧后，供给系统使用。因压水堆核电站一般采用立式、自然循环、U形管式蒸汽发生器，二回路水在上升和下降过程中，腐蚀产物会沉积在管板及管束与支撑板的缝隙中，俗称“泥渣”，这些泥渣随着温度和压力变化，会对传热管造成挤压，造成管子凹陷，甚至诱发应力腐蚀，必须定期对其进行清洗，以保证传热管的品质[2]。蒸发器清洗一般采用机械清洗、化学清洗两种方式。机械清洗，一般利用外接离线设备，使用高压水将管板上的泥渣打碎并冲之外环廊，通过抽吸装置将其吸出和过滤，达到清洗的目的。国内核电厂每12个月或18个月进行一次泥渣冲洗工作，并配合使用ITV（Interactive Television，交互式电视）进行清洁度检查，大部分设备采用法国SRA的设计。图2所示为蒸汽发生器结构，图2所示为蒸汽发生器管板冲洗。化学清洗，利用化学溶液浸泡蒸发器二次侧，溶解含铁或者含铜的泥渣。目前国际上蒸汽发生器的清洗方法有3种，即SGOG-EPR1化学清洗（美国）、KWU化学清洗（德国）、EDF化学清洗（法国）。从历史数据看，平均清洗泥渣量为3180kg，最多9850kg，利用化学清洗来消除管板上不断沉积的泥渣及管束表面、支撑板的污垢有明显的效果。
2.2蒸汽发生器堵管和衬管
堵管和衬管如果在役检查结果显示某传热管的破损已威胁到蒸汽发生器结构的完整性，最简单的办法是将这根传热管堵上，不再使用。还有一种办法是增加一个金属衬管。对堵管采用了各种技术:焊接堵管、爆炸胀接堵管和机械堵管。一般，把机械堵头胀人管内作为机械堵管的标准方法。还研制了一种可拆卸堵头，它易于取出且不损伤管子，可用于预防性堵管。衬管采用了多种设计，有短衬管和长衬管;钎焊和胀接、焊接衬管等。其作用都是为了搭接管子的破损部分，使工质重新流过管子，但内径有所减小。然后应用激光焊接技术，即美国西屋公司开发了高能激光器来焊接金属衬管，与常规焊接相比，具有更好的可控性，能量消耗少，减少了传热管的变形量和焊点收缩。传热管直接修补技术:该技术将抛弃安装金属衬管，使
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用激光在传热管内壁进行可控制的熔化，以覆盖破损区，还可以对已安装衬管的传热管其余部分进行修补。传热管堆焊式修补技术，该项技术与直接修补技术有不同，直接修补要熔化传热管自身材料，而堆焊式修补是将一种合金丝熔化在破损区形成堆焊层[3]。2.3蒸汽发生器更换
压水堆核电厂蒸发器传热管占据了一回路系统压力边界面积的大半，保证其完整性，对于核电站的安全是极为重要的。堵管的方式可以解决管束的安全性问题，但堵管数量＞10%以后，整个蒸汽发生器的热交换效率会下降，加上每年大量的维修费用，势必会影响核电厂的发电效益，对于这种情况，更换蒸汽发生器是一种很好的维修策略，既可以延长核电厂寿命，也可以保证核安全。对于核安全设备的更换，需要提前向主管部门报批，核电厂需要提供更换方案、新设备的设计参数等，主管部门组织专家进行审查，审查通过后，才能着手进行更换工作。根据国外蒸发器的更换经验来看，一般需要5个步骤：①旧蒸汽发生器附属管道的切割、清洁；②吊装、翻转、运输出核岛厂房；③新蒸汽发生器运入核岛厂房并就位；④焊接相关管道；⑤水压试验。工期大约3个月，可在电力公司之间相互交流，会使蒸汽发生器更换的时间更短。在令哈尔斯，2号机3个蒸汽发生器更换，72d便完成了；皮埃尔1号机组同样工作只用70d。国内核电站因为建设较晚，尚未出现需要更换的情况。长远考虑，可利用国外蒸汽发生器更换的机会，调研、学习更换技术、积累经验。
总结
从国外大部分蒸汽发生器的运行经验看，过去设计的压水堆核电厂蒸汽发生器不能与核电厂同寿，尽管在水质指标监控、预防性维修等方面采取了许多防止传热管降质的措施，但不能从根本上解决传热管腐蚀破裂问题。国内核电厂也面临着同样问题，需要积极探索研究新型蒸汽发生器，在材料选择、结构设计和制造工艺方面加大科研力度，以提高运行寿命和可靠性，确保核电厂的经济性和安全性。
参考文献
[1]吴小飞.核电厂蒸汽发生器维修工艺[J].设备管理与维修,2018(10):73-75.
[2]郭丹.蒸汽发生器的水位建模及分数阶控制算法研究[D].哈尔滨工程大学,2018.
[3]付东亮,余桐,程治峰,武伟让.新型核电厂蒸汽发生器专用烘干设备的设计与应用[J].科技创新与应用,2018(08):118-120.
论文作者:严子雄,李松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：发生器论文; 蒸汽论文; 核电厂论文; 接触器论文; 水位论文; 触点论文; 电热管论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;