田灣核電站凝汽器真空系統(tǒng)板式熱交換器缺陷及處理

楊 冬

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

1 凝汽器真空系統(tǒng)板式熱交換器缺陷及原因分析

田灣核電站凝汽器真空系統(tǒng)（簡稱MAJ系統(tǒng)）的板式熱交換器與凝汽器真空泵配套，用于冷卻真空泵密封水，每個機組有3臺。

該換熱器在系統(tǒng)安裝調(diào)試期間運行次數(shù)較少，從2007年1、2號機組商業(yè)運行系統(tǒng)正式運行開始，MAJ系統(tǒng)板式換熱器一直故障不斷，主要缺陷有：

（1）缺陷1：換熱效果差

2007年7—10月，該換熱器頻繁出現(xiàn)換熱效果差，平均每兩天一臺。發(fā)生上述缺陷的主要原因有：

1）海水溫度較高。7—10月是夏季，海水溫度在28 ℃左右，最高可達32 ℃，致使換熱器換熱能力下降。

2）夏季海水較臟。海水中有大量的秸稈、海生物等雜質(zhì)，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)不能將上述雜質(zhì)有效過濾，使大量雜質(zhì)進入換熱器內(nèi)部，使海水流量降低。

3）海水側(cè)中間板上沉積有大量的淤泥、海生物殘余等更細小的雜質(zhì)；而MAJ側(cè)有大量的銹蝕等雜質(zhì)附著在換熱表面；增加了污垢系數(shù)，使換熱效果下降。

（2）缺陷2：換熱器外漏

2008年開始，換熱器開始出現(xiàn)外漏的缺陷，有呈噴射狀的大量泄漏，有呈線狀的漏水，也有幾秒一滴的滴漏。發(fā)生的頻率大致為兩個機組每個月1臺次。發(fā)生上述缺陷的主要原因有：

1）對于2號機組的MAJ板式熱交換器，雖然是同一個廠家生產(chǎn)，但其框架板海水通道處，1號機組有防止海水腐蝕的橡膠襯環(huán)，2號機組沒有。這導(dǎo)致框架板腐蝕造成外漏。

2）為了修復(fù)2號機組換熱器上述腐蝕的框架板，對其進行了補焊、打磨等處理。但因多次補焊產(chǎn)生熱變形，框架板的平行度產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致框板壓緊時，對板片的壓緊厚度不均，兩端板間的距離不同位置的壓緊值偏差可達3 mm。這使膠條的受壓程度不均，個別膠條的局部壓強小，壓強小的部位容易被沖開移位，造成2號機組換熱器外漏。

3）海水通道內(nèi)有較多的魚蝦殘體，這些殘體占據(jù)流通體積，使流速增強，增強了膠條被沖開移位的可能。

4) 因框架板強度不足，導(dǎo)致1、2號機組框架板均有不同程度的變形。這使得板片間產(chǎn)生波浪狀錯位，錯位量可達10mm，板片的錯位會使膠條壓不正，密封槽變形等，進而產(chǎn)生外漏。

5）個別檢修人員技能不足，回裝換熱器時操作失誤，將海水通道法蘭雙頭螺栓長、短端裝反，使框架板內(nèi)側(cè)襯環(huán)被誤裝的螺栓長端頂變形，產(chǎn)生外漏。

6）新更換的備用板片，安裝約1個月左右就在側(cè)面長邊產(chǎn)生了長約150mm的大裂紋，導(dǎo)致海水呈噴射狀外漏。

上述缺陷板片更換時是與舊板片混裝的，舊板已有變形。這樣組裝的結(jié)果使得板間搭接不實，缺陷板片背后的搭接點越靠近裂紋處越模糊甚至不可見。另外，換熱器海水側(cè)的工作壓力在0.6～0.64 MPa，MAJ側(cè)的工作壓力為0.16 MPa，且在0.15～0.17 MPa之間持續(xù)波動，這使得此部位承受較大的交變應(yīng)力作用，缺陷板片是0.4 mm的鈦板，機械強度較差，這些因素加在一起最終使鈦板產(chǎn)生疲勞裂紋。

（3）缺陷3：換熱器內(nèi)漏

從2008年開始出現(xiàn)此換熱器內(nèi)漏的缺陷，內(nèi)漏在設(shè)備運行期間一般無法發(fā)現(xiàn)，但會使海水進入真空泵（MAJ）側(cè)，使MAJ側(cè)的管道、泵等產(chǎn)生腐蝕，進而加劇換熱板片MAJ側(cè)表面污垢的沉積。該缺陷一般在解體清洗換熱器后，回裝前的水壓試驗中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生該缺陷的主要原因有：

1）2007年夏季頻繁出現(xiàn)換熱效果差的缺陷，因解體清洗所需時間長、工作量大，無法滿足現(xiàn)場幾乎每天一次的清洗要求，所采取的主要措施是打開海水側(cè)法蘭，用鋼絲刷清理海水通道內(nèi)的雜質(zhì)。因鋼絲刷較硬，使得海水通道處，特別是臨近入口法蘭的中間板海水通道孔處，因頻繁的刷洗，出現(xiàn)磨損、穿孔。

2）換熱板海水側(cè)通道入口部位出現(xiàn)磨損，出現(xiàn)很多凹坑等變形，在一些凹坑底部有橢圓形穿孔，而在除鹽水通道處沒有凹坑。

對缺陷處截取試樣，在掃描電鏡下觀察，孔洞是從海水沖刷鈦板表面開始形成的。高倍下觀察，海水側(cè)表面有密集的沖刷形成的微坑，微坑的尺寸為微米或亞微米級，沒有分析出異常元素成分，除鹽水表面沒有明細的沖刷損傷痕跡。因此，海水水中存在細沙、貝殼等細微雜質(zhì)，加上海水側(cè)流量、流速較大，導(dǎo)致海水側(cè)通道和中間板分配區(qū)產(chǎn)生沖蝕，最終導(dǎo)致穿孔。

3）海水側(cè)通道或MAJ側(cè)通道開孔附近板片產(chǎn)生微裂紋導(dǎo)致內(nèi)漏。

此換熱板是0.4 mm厚的鈦板，2008年開始頻繁的解體檢修，反復(fù)拆裝換熱板，這種較薄的換熱板因此產(chǎn)生變形，重新安裝后板間搭接不實；又因為除鹽水側(cè)和海水側(cè)壓力持續(xù)、小范圍內(nèi)波動，使得中間板持續(xù)受到交變應(yīng)力的作用，最終導(dǎo)致了微裂紋的產(chǎn)生。

4）中間板接觸點處嚴重磨損，并出現(xiàn)穿孔。此缺陷是在2010年出現(xiàn)的，板片損壞處均為前后板片的接觸點，磨損處大且平，沒有明顯劃痕。

磨損嚴重的地方出現(xiàn)穿孔。穿孔原因有如下幾個方面：

1）查看MAJ側(cè)的現(xiàn)場壓力表，發(fā)現(xiàn)其壓力在0.16 MPa上下至0.1 MPa的范圍內(nèi)持續(xù)抖動，海水側(cè)壓力在0.6～0.64 MPa之間持續(xù)波動，各個換熱器的抖動頻度稍有差異。這說明MAJ側(cè)的壓力處于小范圍但頻繁、持續(xù)的變化中。這種壓力的波動，導(dǎo)致了板片之間相對的位移，當接觸點磨損開始后，板片間的移動空間會越來越大，使磨損加劇。另外，海水側(cè)與MAJ壓差達0.45 MPa，產(chǎn)生的壓力較大。

2）出現(xiàn)穿孔的板片厚度為0.4 mm，機械強度較差。兩側(cè)介質(zhì)壓力持續(xù)、小范圍內(nèi)的波動產(chǎn)生的交變應(yīng)力，使鈦板產(chǎn)生疲勞損傷，最終穿孔。

3）此換熱器壓緊尺寸是解體前的測量值。經(jīng)過多次解體檢修，此壓緊尺寸與理論壓緊尺寸可能會有偏差，如果比理論值小，會使板片壓得過緊，使板片變形；比理論值大，會使板片壓得過松，導(dǎo)致板片間接觸點壓不實。

2 采取的處理措施

2.1 針對2號機組MAJ系統(tǒng)換熱器框架板腐蝕采取的措施

在無備件的情況下，對框架板進行打磨、補焊，并涂刷防腐涂層，同時采購帶橡膠襯環(huán)的框架板和橡膠襯環(huán)等備件。上述框架板在備件到貨之前經(jīng)過多次補焊出現(xiàn)變形，這又導(dǎo)致板片間產(chǎn)生波浪狀錯位，使膠條壓不正，密封槽變形等，進而產(chǎn)生外漏。為了減小板片間波浪狀的錯位，采取了在框架板間增加金屬壓條的方法，盡量減少板片的錯位。

至2010年，在打磨補焊后的框架板上增加了橡膠襯套后，幾乎未發(fā)生框架板腐蝕引起的外漏等缺陷。

2.2 針對海水中雜質(zhì)過多采取的措施

為了降低海水中的雜質(zhì)所采取的主要措施有：

1）為了減少打開海水側(cè)清理的次數(shù)，在MAJ換熱器進出口管線之間增加了反沖洗管線，當換熱效果差，懷疑海水進口有雜質(zhì)堵塞時，先進行反沖洗，若無效再將打開海水側(cè)清洗，這使得海水側(cè)清理次數(shù)有所下降，但海水中雜質(zhì)仍較多。

2）2009年上半年機組大修期間，在MAJ換熱器前增加了孔徑3.5 mm的自動反沖洗過濾器，將海水中的大部分的雜質(zhì)過濾掉，這使得換熱器清洗次數(shù)大大降低。

增加自動反沖洗過濾器后，也使得換熱器解體檢修的次數(shù)大大下降，這使得密封膠條密封槽變形的可能性下降，同時密封條的壽命也有所延長，由膠條裂紋或沖出密封槽而產(chǎn)生的外漏也基本消除。

2.3 針對換熱板磨損、穿孔采取的措施

從上述的缺陷分析來看換熱板兩側(cè)的壓力相差較大且處于小范圍內(nèi)持續(xù)波動的工況；0.4 mm厚的鈦板較薄，機械性能較差；海水側(cè)雜質(zhì)多等是造成換熱板磨損、穿孔的主要原因。采取的措施有：

1）采購加厚的換熱板，從2008年開始陸續(xù)將0.4 mm的換熱板逐步更換為0.5 mm厚的換熱板。更換換熱板時，不允許新、舊板片混裝；在有足夠備件的情況下，盡量將所有換熱板全部更換為0.5 mm厚的板片。

2）采購整臺新?lián)Q熱器作為備件，新?lián)Q熱器板片為0.5 mm，且增加框架板的強度。

3）為了防止換熱板間搭接不實的情況，要求每次解體檢修后，回裝換熱板時嚴格按照理論壓緊尺寸，壓緊換熱板。

2.4 針對海水側(cè)通道入口處及分配區(qū)磨損采取的措施

海水側(cè)通道入口處及分配區(qū)磨損，與海水中的細沙、貝殼等小顆粒物有關(guān)，同時與海水流速也有關(guān)。采取的措施有：

1）將0.4 mm的換熱板全部更換為0.5 mm厚的換熱板，并根據(jù)現(xiàn)場情況適當增加換熱板片數(shù)量，增長流道，減少單個板片所受的沖刷。

2）在MAJ換熱器海水入口前增加了自動反沖洗過濾器，減少了換熱器海水側(cè)的流量。

3）若換熱效果差，確實需清理海水側(cè)，則使用塑料刷或銅絲刷清理，嚴禁使用鋼絲刷，以減少換熱板海水通道處的磨損。

2.5 針對人因失誤采取的措施

針對人因失誤，采取了如下措施：

1）根據(jù)現(xiàn)場檢修經(jīng)驗，及時并升版維修程序，使程序更加適合現(xiàn)場工作，并強調(diào)嚴格執(zhí)行程序。

2）加強檢修人員技能培訓(xùn)，并形成學(xué)習(xí)記錄。

3）編制事件的經(jīng)驗反饋，進行歷次事件的經(jīng)驗反饋學(xué)習(xí)。

4）充分運用“工前會”這一防人因失誤工具，在每次工作開始前，對所有檢修人員進行技術(shù)和安全交底，具體分析本班次可能遇到的技術(shù)、安全方面的關(guān)鍵工序和風(fēng)險點。

2.6 采取措施綜述

田灣核電站凝汽器真空系統(tǒng)板式熱交換器的上述缺陷，與其運行時間有相關(guān)性，且各種缺陷的發(fā)生、發(fā)展與各缺陷的處理措施也是互相關(guān)聯(lián)的。

這也從另一個方面說明，一些缺陷僅從單個設(shè)備本身去分析，僅是“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”，對缺陷的原因分析可能不全面，不能從根本上消除缺陷。應(yīng)把設(shè)備放在一個系統(tǒng)內(nèi)，整體地去看待，比如分析缺陷原因時考慮到設(shè)備所在系統(tǒng)的壓力、溫度等參數(shù)，特別是要注意設(shè)備在設(shè)計時的輸入數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的工作參數(shù)與設(shè)備實際的工作參數(shù)是否一致等，從而使缺陷的處理更準確、徹底。

在沒有分析出根本原因前，基本上都是針對某個缺陷，制定某個糾正措施。所采取的處理措施，可能是導(dǎo)致進一步缺陷的原因。如在2007年夏季，因頻繁出現(xiàn)換熱效果差的缺陷，沒有時間窗口解體檢修，加上檢修人員不足，采取的措施是用鋼絲刷清理海水側(cè)通道。這使得換熱板海水側(cè)開孔及分配區(qū)產(chǎn)生磨損、裂紋。

在2009年增加了海水側(cè)的自動反沖洗過濾器后，海水進水水質(zhì)大大提高，換熱效果差的缺陷基本上被消除。但由于MAJ側(cè)和海水側(cè)的壓力在小范圍內(nèi)持續(xù)波動，且兩側(cè)的壓力相差0.4 MPa左右，使換熱板處于一個持續(xù)的交變應(yīng)力的作用下。加上0.4 mm的換熱板較薄，機械性能較差，使換熱板產(chǎn)生了疲勞微裂紋，積累下來，在2008年產(chǎn)生了裂紋、磨損甚至穿孔的缺陷，導(dǎo)致?lián)Q熱器外漏、內(nèi)漏的缺陷。

另外，對產(chǎn)生裂紋的區(qū)域進行微觀檢查發(fā)現(xiàn)，換熱板海水側(cè)開孔及分配區(qū)有極小的微凹坑，進而檢查發(fā)現(xiàn)海水側(cè)實際流量遠遠大于換熱器海水側(cè)設(shè)計流量。這些凹坑在交變應(yīng)力作用下易產(chǎn)生疲勞損傷、裂紋。

3 結(jié)束語

板式熱交換器因其換熱效率高、占地小的優(yōu)點，越來越多地應(yīng)用在核電廠的各個系統(tǒng)中。由于板式熱交換器結(jié)構(gòu)，維修時需注意的事項等基本一樣，希望本文對于其他各型號的板式熱交換器的檢修能起到一定的借鑒作用，為核電廠板式熱交換器的安全、穩(wěn)定運行做出貢獻。

[1]楊佰科，等.混凝土實用新技術(shù)手冊[M].吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1998.（YANG Bai-ke, et.al.Manual of practical new technology for the concrete [M].Jilin:Jilin Science and Technology Press, 1998.）