核電廠(chǎng)常規(guī)島倒置立式高壓加熱器改造

楊均勇，歐陽(yáng)欽(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

核電廠(chǎng)常規(guī)島倒置立式高壓加熱器改造

楊均勇，歐陽(yáng)欽
(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

田灣核電站一期工程高壓加熱器為俄羅斯列寧格勒金屬制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造、倒置立式結(jié)構(gòu)，換熱面積為2 470 m2。2006年，在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組5B、6B高加傳熱管泄漏較嚴(yán)重，且堵管達(dá)到或接近設(shè)計(jì)余量。為此，決定對(duì)這兩臺(tái)高壓加熱器進(jìn)行改造。改造后的高壓加熱器各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)保證值，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，標(biāo)志著我國(guó)已完全具備自主設(shè)計(jì)、制造核電百萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組常規(guī)島倒置立式高壓加熱器的能力。

田灣核電站；百萬(wàn)千瓦級(jí)；倒置立式高壓加熱器；技術(shù)改造

1 改造背景

田灣核電站一期工程由兩臺(tái)VVER-1000壓水堆機(jī)組組成，分別于2007年5月17日和10月16日投入商業(yè)運(yùn)行。汽輪機(jī)組是俄羅斯列寧格勒金屬制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造的額定功率為1000 MW、全轉(zhuǎn)速、單軸（1個(gè)5級(jí)雙流高壓缸，4個(gè)5級(jí)雙流低壓缸）、8排氣、中間去濕再熱機(jī)組。采用7級(jí)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)，高壓缸第二、三段抽汽，分別供6、5號(hào)高壓加熱器用汽，高壓缸第四段抽汽供除氧器用汽，高壓缸排氣除進(jìn)入低壓缸繼續(xù)做功外，還供4號(hào)低壓加熱器用汽；2號(hào)低壓缸第二段抽汽及4號(hào)低壓缸第三段抽汽分別供3號(hào)低壓加熱器和2號(hào)低壓加熱器用汽；1、2、3、4號(hào)低壓缸第四段抽汽供4臺(tái)1號(hào)低壓加熱器用汽。

機(jī)組配套高壓加熱器也為俄羅斯列寧格勒金屬制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造，倒置式結(jié)構(gòu)，傳熱管材質(zhì)為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9Ti，設(shè)計(jì)壽命為40 a，每臺(tái)機(jī)組有4臺(tái)高加，分系列A和系列B，每個(gè)系列各有兩臺(tái)高加串聯(lián)，如圖1所示，其主要功能是加熱主給水從170 ℃到212 ℃，提高機(jī)組的熱效率。

圖1 高壓加熱器流程圖Fig.1 Flow chart of high pressure heater

2006年，在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組5B、6B高加傳熱管泄漏較嚴(yán)重，2006年11月17日完成高加10%換熱管的渦流抽查結(jié)果顯示，高加5B的354根傳熱管有顯示信號(hào)，壁厚減薄量超過(guò)70%的占已檢查傳熱管的81.4%；6B的300根傳熱管，發(fā)現(xiàn)255根存在記錄上的顯示，壁厚減薄量超過(guò)70%的有64.3%；A系列的情況相對(duì)好一些，壁厚減薄量超過(guò)70%的占已檢查傳熱管的3.5%。截至2008年9月15日，經(jīng)反復(fù)多次的檢修后，高加5B的堵管率已達(dá)到10.1%，高加6B的堵管率也達(dá)到9.1%，達(dá)到或接近設(shè)計(jì)余量（高加設(shè)計(jì)堵管余量為10%），對(duì)整個(gè)電站的經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。

高壓加熱器作為熱力發(fā)電廠(chǎng)提高機(jī)組熱力循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的重要設(shè)備，運(yùn)行中發(fā)生高加故障將會(huì)嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和減少電站負(fù)荷因子。因此，公司決定在2010年第三次換料大修期間實(shí)施5B、6B高加的整體改造。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 高加改造主要部件材料選擇

國(guó)內(nèi)火電站高加換熱管主要使用碳鋼，核電汽輪機(jī)組高壓缸抽汽參數(shù)相對(duì)常規(guī)火電機(jī)組蒸汽壓力低，為無(wú)過(guò)熱的濕蒸汽，濕蒸汽對(duì)抽汽管道和傳熱管束的沖刷腐蝕作用較嚴(yán)重。因不銹鋼管相對(duì)于碳鋼管有兩方面優(yōu)點(diǎn)：一方面具有較好耐汽水兩相流沖蝕性，設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)；另一方面可以減少二回路系統(tǒng)中給水的鐵離子含量，滿(mǎn)足核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)對(duì)化學(xué)水質(zhì)指標(biāo)控制高的要求。因此，核電站高加換熱管多使用不銹鋼，有使用鐵素體不銹鋼的，也有使用奧氏體不銹鋼的。

原高加換熱管材質(zhì)為俄羅斯牌號(hào)的奧氏體無(wú)縫不銹鋼O8X18H10T，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)牌號(hào)0Cr18Ni10Ti。2006年12月4日，中俄雙方對(duì)高加傳熱管的損壞進(jìn)行了分析，一致認(rèn)為，高加傳熱管出現(xiàn)泄漏最可能的原因是高加汽側(cè)存水且有異物而未保養(yǎng)的期間內(nèi)，水與空氣分界面上發(fā)生腐蝕過(guò)程并發(fā)展。由此可見(jiàn)，傳熱管泄漏的根本原因并不是選材不恰當(dāng)，2號(hào)機(jī)組高加運(yùn)行良好也證明了傳熱管選材是正確的。另外，針對(duì)田灣核電站海濱電廠(chǎng)空氣中氯離子含量較高的情況，SA213TP321材料中的鈦有利于抵抗氯離子對(duì)不銹鋼材料的晶間腐蝕。因此，傳熱管材質(zhì)傾向于選用于原材質(zhì)相近的、含鈦的奧氏體無(wú)縫不銹鋼管SA213TP321。

在改造工作的可行性研究階段，高加改造項(xiàng)目組與國(guó)內(nèi)三大動(dòng)力廠(chǎng)進(jìn)行了充分交流，決定高加主要部件管板材料為20MnMo，且管板表面堆焊與傳熱管材質(zhì)相同的不銹鋼層，管側(cè)筒體及封頭選用德國(guó)排號(hào)的DIWA353，殼側(cè)筒體機(jī)封頭選用16MnR。

2.2 高加改造安全閥問(wèn)題

按照俄羅斯的設(shè)計(jì)，現(xiàn)有高壓加熱器汽側(cè)沒(méi)有設(shè)置安全閥，而是在每列高壓加熱器出口的主給水管道的閥門(mén)旁路管道上設(shè)有超壓安全閥，如圖2所示，1LAB17AA104為B列高壓加熱器出口閥門(mén)，1LAB17AA002為超壓安全閥，在正常運(yùn)行中常開(kāi)并鉛封超壓安全閥。但是按容規(guī)及GB150[1]的要求，高壓加熱器殼側(cè)（汽側(cè)）及管側(cè)（水側(cè)）必須設(shè)置安全閥，調(diào)研國(guó)內(nèi)三大動(dòng)力廠(chǎng)也一致認(rèn)為按照現(xiàn)有規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求必須在殼側(cè)及管側(cè)設(shè)置安全閥。因此，新高壓加熱器殼側(cè)（汽側(cè)）及管側(cè)（水側(cè)）設(shè)置了安全閥。

圖2 B列高壓加熱器超壓安全閥Fig.2 The over-pressure safety valve of the column B HPHs

2.3 不凝結(jié)氣體排放管道改造

原俄羅斯高壓加熱器不凝結(jié)氣體通過(guò)高壓加熱器側(cè)面排放，內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)不太清楚，新高壓加熱器凝結(jié)段蒸汽均勻分布，然后向心式流進(jìn)整個(gè)凝結(jié)段管束，被凝結(jié)的液體和附加來(lái)的疏水流向疏水冷卻段，不凝結(jié)氣體由設(shè)在管束中心部位的排氣裝置在運(yùn)行過(guò)程中不間斷地排出，排氣裝置是沿整個(gè)凝結(jié)段設(shè)置，分段設(shè)置排氣孔，排氣孔大小及密度由專(zhuān)用軟件根據(jù)不凝結(jié)氣體的產(chǎn)量計(jì)算得出，以保證不凝結(jié)氣體及時(shí)有效地排出高加，以防止降低換熱效果。投運(yùn)后的使用效果證明，不凝結(jié)氣體頂部排放的方式更加有效，有利于提高換熱效率。

2.4 檢修人孔改造

原俄羅斯檢修人孔直接采用螺栓連接加密封焊的方式，新高壓加熱器采用自密封橢圓形人孔，內(nèi)部設(shè)有鉸鏈、托板，方便人孔蓋的開(kāi)關(guān)，具體連接形式如圖3所示，人孔密封墊片采用不銹鋼石墨纏繞墊片。

人孔蓋的拆卸程序?yàn)椋菏紫刃度蓚€(gè)預(yù)緊螺母與壓板及一個(gè)預(yù)緊螺栓（暫時(shí)保留另一個(gè)預(yù)緊螺栓）；然后向里用力推動(dòng)另一個(gè)預(yù)緊螺栓，將人孔蓋推入水室，擰緊螺栓；最后依靠鉸鏈旋轉(zhuǎn)人孔蓋小心地固定在水室筒體內(nèi)壁，并用鋼絲等將人孔蓋固定在筒體的托板上。

圖3 檢修人孔結(jié)構(gòu)Fig.3 The structure of overhaul manhole

人孔蓋的安裝程序?yàn)椋菏紫纫獧z查并清理人孔蓋及人孔座表面及密封面，將人孔蓋與水室筒體上的托板固定解除，并取出連接異物；然后換上新人孔密封墊片，將人孔蓋旋轉(zhuǎn)到人孔口處就位，裝上壓板與兩個(gè)預(yù)緊螺栓，并擰緊（交叉旋緊螺栓，每次旋緊都要保持平穩(wěn)，以其獲得良好的密封）；最后進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，檢查接合面的密封性。

2.5 其他改造

除了以上幾項(xiàng)改進(jìn)措施，在新高加的設(shè)計(jì)中還采用了其他一些措施，保證高加改造成功，例如：

1）主要接口尺寸及設(shè)備基礎(chǔ)形式必須與現(xiàn)役設(shè)備一致，在不影響設(shè)備安裝及運(yùn)行檢修的前提下，高加的外形尺寸可適當(dāng)加大，高壓加熱器高度由10.27 m加高到10.69 m，將原Π形換熱管改為倒U形換熱管，使換熱面積從2 470 m2增加到2 650 m2，且U形管有利于渦流探傷檢查。

2）采用受力良好的碗形管板，增加了水室空間，且有利于減弱進(jìn)水水流對(duì)換熱管端部的沖蝕。

3）給水管、疏水管、抽汽管等主要管道的接口規(guī)格、材質(zhì)、數(shù)量及位置應(yīng)與現(xiàn)役設(shè)備一致，若接口規(guī)格或材質(zhì)與現(xiàn)役設(shè)備不同，要求供貨廠(chǎng)家同時(shí)提供過(guò)渡管。

3 設(shè)備制造

通過(guò)國(guó)內(nèi)招標(biāo)確定由哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司進(jìn)行高壓加熱器的設(shè)計(jì)、制造，換熱管由SANDVIK公司生產(chǎn)制造。新高壓加熱器的設(shè)計(jì)、制造，對(duì)于哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司是一項(xiàng)有著很大挑戰(zhàn)的項(xiàng)目，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電常規(guī)島倒置立式高壓加熱器，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝等方面都存在很大的難度和不確定性。接到該項(xiàng)目后，哈鍋就高壓加熱器的設(shè)計(jì)、制造工藝召開(kāi)了十多次專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)、討論會(huì)。

為確保高壓加熱器9個(gè)DN300以上的接口同現(xiàn)場(chǎng)管線(xiàn)正確對(duì)接，在提供原高壓加熱器外形圖紙的基礎(chǔ)上，要求哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司派人利用大修窗口對(duì)原高壓加熱器尺寸進(jìn)行復(fù)測(cè)。

在高壓加熱器的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)文件審查、關(guān)鍵步驟現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證、定期報(bào)告計(jì)劃執(zhí)行情況、出廠(chǎng)驗(yàn)收等措施確保高壓加熱器的制造質(zhì)量及進(jìn)度。

4 設(shè)備安裝

1號(hào)機(jī)組B系列2臺(tái)高加改造工作涉及土建、起重、機(jī)械、焊接、役檢、儀表、保溫防腐等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，需拆除的閥門(mén)及管件數(shù)量較多，且管道焊接工作量大，特別是高加設(shè)備在廠(chǎng)房?jī)?nèi)的吊裝過(guò)程中存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。加之安裝工期較短（24 d），也增大了高加改造工程的難度，進(jìn)而也會(huì)對(duì)改造項(xiàng)目的施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，能否保證高加改造一次成功，需強(qiáng)化執(zhí)行，加強(qiáng)高加更換實(shí)施過(guò)程的質(zhì)量及進(jìn)度控制。

1）召開(kāi)施工會(huì)議，優(yōu)化施工計(jì)劃。多次召開(kāi)施工會(huì)議、技術(shù)交底會(huì)，分析可能存在的問(wèn)題及人員、設(shè)備的潛在風(fēng)險(xiǎn)，盡可能地讓更多的工作在準(zhǔn)備階段完成，如提前安排管道預(yù)制、閥門(mén)打壓工作。

2）制定高加吊裝方案，加工專(zhuān)用吊裝工具。從高壓加熱器的重量來(lái)看，舊高壓加熱器凈重量達(dá)到115 t，新高壓加熱器凈重量達(dá)到105 t，從長(zhǎng)度來(lái)看，舊高壓加熱器高度達(dá)到10.27 m，新高壓加熱器高度達(dá)到10.69 m，對(duì)于這樣的龐然大物，其運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)高。為避免發(fā)生人員和設(shè)備傷害，項(xiàng)目組多次現(xiàn)場(chǎng)查勘吊裝路線(xiàn)，排查現(xiàn)場(chǎng)可能阻擋高加吊裝的管道，并利用大修前的小修進(jìn)行了改造；為確保高加順利翻轉(zhuǎn)、吊裝，制定了《高壓加熱器拆除、吊裝運(yùn)輸、安裝工作程序》，并根據(jù)該程序的要求，加工了平衡梁、翻轉(zhuǎn)器、托排、滾杠、墊鐵等專(zhuān)用工具。

3）積極協(xié)調(diào)吊車(chē)使用。因本次高加吊裝需要使用汽輪機(jī)廠(chǎng)房的180 t吊車(chē)，為確保高加吊裝不影響汽輪機(jī)檢修使用吊車(chē)，在準(zhǔn)備階段同汽輪機(jī)檢修組進(jìn)行了協(xié)調(diào)溝通，確保高加吊裝使用吊車(chē)的時(shí)間窗口。

4）擴(kuò)大地腳螺栓孔徑，確保施工工期。高加坐落在1.4 m厚混凝土梁上，在安裝期間，固定高加的地腳螺栓是活動(dòng)的，并可以拆卸，但是高加安裝后，高加地腳螺栓用了流動(dòng)性非常好的漿料進(jìn)行灌漿并固定在基礎(chǔ)上，拆除地腳螺栓非常困難、工期長(zhǎng)。如果不拆除地腳螺栓，就增加了新高加就位難度，為了解決高加地腳螺栓拆除難的技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)保留原地腳螺栓，采用將新、舊高加地腳螺栓孔的直徑由76 mm擴(kuò)大到86 mm方法，保證高加的拆除及就位不會(huì)損傷地腳螺栓。采取此措施不僅縮短更換高加原工期，而且降低了高加的制造成本，防止高加在現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)孔帶來(lái)的工期延誤風(fēng)險(xiǎn)。

5）強(qiáng)化執(zhí)行，確保9個(gè)DN300以上的接管正確對(duì)接。為確保9個(gè)DN300以上的接管正確對(duì)接，項(xiàng)目組在設(shè)計(jì)階段要求制造廠(chǎng)家現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核9個(gè)DN300以上接管的具體位置尺寸，并要求提供過(guò)渡段及設(shè)備調(diào)節(jié)墊鐵，以便在不能完全對(duì)接的情況下，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，為保證管道切口后無(wú)較大應(yīng)力變形，滿(mǎn)足正常組對(duì)要求，施工前安裝了大量管道臨時(shí)支撐，避免了大量的坡口校對(duì)工作，節(jié)約了施工時(shí)間。

6）加強(qiáng)防異物控制。因2臺(tái)高加更換工程需拆除的管道、閥門(mén)、管件數(shù)量較多（各種管道近200 m，各類(lèi)管件、閥門(mén)280余臺(tái)件），且多為焊接連接，因此，防異物工作必須從管道拆除時(shí)便得到有效控制，在每道焊口焊接前都要進(jìn)行清潔度檢查，且制定、實(shí)施了高壓加熱器更換后汽側(cè)和管側(cè)水沖洗方案，確保了系統(tǒng)的清潔度和輸水管、排氣管的暢通，保障了新高加的成功投運(yùn)。

7）強(qiáng)化新高加保養(yǎng)。為避免高加傳熱管在保養(yǎng)期間暴露在大氣中發(fā)生腐蝕，要求高加加工完成后進(jìn)行吹掃干燥，并充氮保養(yǎng)，定期檢測(cè)氮?dú)鈮毫?，直到在高加安裝前才將新高壓加熱器管帽切除，有效地保證了新高加的安裝質(zhì)量。

5 性能試驗(yàn)

為驗(yàn)證新設(shè)備的運(yùn)行性能，西安熱工研究院有限公司于2010年5月10日至17日依據(jù)ASME PTC 12.1-2000《表面式給水加熱器性能試驗(yàn)規(guī)程》[2]對(duì)田灣核電站1號(hào)1 060 MW機(jī)組B列5號(hào)、6號(hào)高壓加熱器進(jìn)行了性能試驗(yàn)，測(cè)定高壓加熱器在設(shè)計(jì)工況下的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)工況下，B列5號(hào)、6號(hào)高壓加熱器運(yùn)行性能均優(yōu)于設(shè)計(jì)保證值。

改造前后高加運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1，從表1中可知，5B高加的給水溫升較大修前提高了1.56 ℃，5B的出水溫度比5A大0.63 ℃，上端差比5A高加小0.63 ℃，表明5B高加的換熱效率要高于5A高加。6B高加的給水溫升較大修前提高了0.81 ℃，6B高加的上端差從2.56 ℃下降到2.18 ℃，下端差從7.29 ℃下降到4.60 ℃。說(shuō)明6B高加的換熱性能在更換前后發(fā)生了較大的改變。另外，B列高加的效率提高后，用于B列高加的抽汽相對(duì)減少，A列高加的抽汽相對(duì)增加，A列高加的運(yùn)行參數(shù)也有一定的改善。

表1 改造前后高加實(shí)際運(yùn)行參數(shù)比較Table1 Comparison of the actual operation parameters of HPHs before and after modification

6 總結(jié)

高壓加熱器改造工作取得了安全、質(zhì)量、進(jìn)度的三豐收，安裝施工進(jìn)度和質(zhì)量滿(mǎn)足了大修主線(xiàn)計(jì)劃要求，為公司T103大修勝利完成做出了突出貢獻(xiàn)。

1號(hào)機(jī)組B系列高壓加熱器改造工作的完成，解決了危及機(jī)組設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行一項(xiàng)重大安全隱患，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，高加改造后的液位穩(wěn)定，減輕了疏水調(diào)節(jié)閥的載荷，運(yùn)行性能均優(yōu)于設(shè)計(jì)保證值。依據(jù)ASME PTC 12.1-2000《表面式給水加熱器性能試驗(yàn)規(guī)程》，B列5號(hào)、6號(hào)高壓加熱器的性能試驗(yàn)結(jié)果表明，修正后的主給水溫度較高壓加熱器改造前提高了1.6 ℃，收益約為207.43萬(wàn)元/年。

田灣核電站高壓加熱器是國(guó)內(nèi)首臺(tái)自主百萬(wàn)核電常規(guī)島倒置立式高壓加熱器，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，標(biāo)志著我國(guó)已完全具備自主設(shè)計(jì)、制造核電百萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組常規(guī)島倒置立式高壓加熱器的能力，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。

[1] GB 150—1998，鋼制壓力容器[S].(GB 150-1998, Steel Pressure Vessel [S].)

[2] ASME PTC 12.1-2000，表面式給水加熱器性能試驗(yàn)規(guī)程[S].(ASME PTC 12.1-2000, Surface Feed Heater Performance Test Regulations [S].)

Modifi cation of the Vertical Channel Down-Mounting High-Pressure Heater in the First Independently Developed Nuclear Power Plant

YANG Jun-yong，OUYANG Qin
(Jiangsu nuclear power corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

The High Pressure Heaters（HPHs）of Tianwan nuclear power station firststage project, which were vertical channel down mounting structure and heat transfer area of every which were 2 470 m2,were designed and manufactured by Russia Leningrad metal manufacturers. It was found that the leakage of the heat exchange tubes of unit 1 HPHs 5B and 6B were very severe, and the number of the blocked tubes reached to or near design allowance during the commissioning phase in 2006. Therefore, it was decided to modification these two HPHs. After the modification the various performance indicators of the new HPHs are better than design guarantee value, which fills up the domestic blank, and shows that China has already completely the ability of independent design and manufacture nuclear power plant vertical channel down mounting HPH of Million-kilowatt Conventional Island.

Taiwan nuclear power corporation；million-kilowatt；vertical channel down mounting high pressure heater；technical modification

TM623 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)01-0085-06

TM623

A

1674-1617(2013)01-0085-06

2012-10-12

楊均勇（1978—），男，陜西人，工程師，碩士，從事核電廠(chǎng)改造工作。