凝汽器真空低導致汽輪機停機的根本原因分析與研究

徐偉強

【摘 要】本文利用根本原因分析方法對秦山第二核電廠凝汽器真空低導致停機事件進行深入分析與研究，揭示導致本次事件的直接原因、根本原因以及促成原因，并制定相關針對性的糾正措施，以提高核電廠設備的可靠性以避免此類事件的再次發(fā)生，使核電廠始終處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

【關鍵詞】核電廠；真空低；根本原因分析

0 前言

秦山第二核電廠是我國首座自主設計、自主建造、自主管理、自主運營的4×65萬千瓦商用壓水堆核電站。秦山二期核電站采用當今世界上技術(shù)成熟、安全可靠的壓水堆型，與之相配套的核電飽和蒸汽輪機是哈爾濱汽輪機廠制造，銘牌功率為643MWe，最大出力可達689MWe，平均出力670MWe。汽輪機采用一個高壓缸，三個低壓缸雙流六排汽三個凝氣器結(jié)構(gòu)布置。

1 事件概述

2014年9月12日3時51分44秒，2號機組凝汽器真空急劇惡化，主控相繼出現(xiàn)凝汽器B、C、A真空低低（定值18kpa.a）報警，3時51分56秒，凝汽器真空低低低（28.8kpa.a）觸發(fā)汽輪機組自動停機。3時52分25秒，觸發(fā)凝汽器不可用信號（凝汽器壓力47Kpa.a），由于同時存在汽機跳閘（C8）信號和核功率大于30%Pn（P16），導致觸發(fā)反應堆自動停堆。整個事件過程中，反應堆處于安全狀態(tài)，三道屏障完整，沒有放射性物質(zhì)對外釋放。

2 事件調(diào)查分析

在事件發(fā)生之后運行公司組織獨立的事件調(diào)查組，對事件進行獨立的調(diào)查分析，通過對事件發(fā)生前后的時間序列分析研究，對故障缺陷的分析與研究，以及對相關人員的訪談等過程，確定事件發(fā)生的事實。

9月6日15時30分，主控操縱員發(fā)現(xiàn)2號機組凝汽器真空下降，由8KPa上升至9.7KPa，凝結(jié)水氧含量由0ppb上升至17.8ppb；根據(jù)運行經(jīng)驗判斷在汽輪機的真空部位可能存在一定量的泄漏。故電廠組織運行、維修和技術(shù)人員進行查漏。在9月7日，技術(shù)人員利用氦查漏方法發(fā)現(xiàn)凝汽器B喉部有一定的泄漏量，但是無法定量判斷泄漏量是多少。運行部門通過調(diào)節(jié)凝汽器喉部密封水注量來維持真空并通過臨時運行指令的方式加強關注凝汽器真空變化趨勢并制定相關的緊急處理預案。9月12日3時30分，2號機組三臺凝汽器真空由9.5KPa左右開始緩慢上漲，汽機效率下降，主調(diào)門開大。主控操縱員根據(jù)調(diào)門開度、核功率及熱功率上漲情況，分四次降功率，每次2MW；9月12日3時51分44秒，2號機組凝汽器真空低低（18KPa.a）報警出現(xiàn)；3時51分56秒，凝汽器真空低低低（28.8KPa.a）觸發(fā)汽輪機組自動停機；3時52分25秒，觸發(fā)凝汽器不可用信號（凝汽器壓力47KPa.a）。由于同時還存在汽機跳閘信號和核功率大于30%Pn，反應堆自動停堆。

通過檢查發(fā)現(xiàn)凝汽器B喉部橡膠膨脹節(jié)存在兩米長裂口，導致凝汽器真空急劇惡化，最終導致停機停堆。同時發(fā)現(xiàn)凝汽器C喉部橡膠膨脹節(jié)也存在11處表面缺陷。通過將凝汽器B膨脹節(jié)更換為新備件，并對凝汽器C膨脹節(jié)的裂紋進行了修復后再經(jīng)充水查漏檢驗未發(fā)現(xiàn)異常后，反應堆重新啟動后經(jīng)并網(wǎng)并達到滿功率后凝汽器真空無異常。

在本次凝汽器真空低導致的停機停堆事件過程中，反應堆保護系統(tǒng)響應正確及時，正確觸發(fā)反應堆停堆，反應堆處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，放射性的三道屏障完好，沒有放射性物質(zhì)對外釋放，沒有對工作人員、公眾和環(huán)境造成影響，本文分析的重點是如何導致凝汽器真空低是如何產(chǎn)生的，是否采取了足夠的糾正措施來彌補和防范今后類似事件的再次發(fā)生。

3 利用根本原因分析方法對事件進行根本原因分析與研究

秦山第二核電廠采用哈爾濱制造的凝汽式汽輪機，汽輪機采用一個高壓缸，三個低壓缸雙流六排汽，三個凝氣器結(jié)構(gòu)布置。在汽輪機每個低壓缸下方布置一臺凝汽器。低壓缸和凝汽器分別固定在各自的基礎上，且均為剛性連接，為了確保低壓缸和凝汽器在運行工況下因熱膨脹和抽真空而引起的相對位置變化不會影響機組軸系的中心，低壓缸和凝汽器采用橡膠膨脹節(jié)連接。膨脹節(jié)的上下兩端用夾板固定在凝汽器喉部和排汽缸上，當?shù)蛪焊着牌谂c凝汽器進汽口之間有相對位移時，由橡膠膨脹節(jié)進行補償。膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)圖

通過對凝汽器膨脹節(jié)解體后發(fā)現(xiàn)，凝汽器B膨脹節(jié)存在一處近2米左右的斷口缺陷，外表面也存在多處裂紋；凝汽器C膨脹節(jié)內(nèi)表面也有11余處裂紋。缺陷形貌如圖2所示；這是導致本次凝汽器真空急劇下降引起汽輪機停機的直接原因。通過對其他電廠類似膨脹節(jié)的對比分析發(fā)現(xiàn)，該膨脹節(jié)的發(fā)現(xiàn)廠家的橡膠膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)不合理，膨脹節(jié)實際承受應力作用的尼龍層沒有深入到壓板內(nèi)部，造成該部位的強度不足，導致斷裂。另外根據(jù)行內(nèi)經(jīng)驗和實踐凝汽器橡膠膨脹節(jié)使用壽期為10年，而凝汽器B橡膠膨脹節(jié)從2010年更換至今不足5年。維修反饋安裝時操作規(guī)范，沒有造成膨脹節(jié)表面劃痕且復緊力矩滿足要求。由此，可以斷定該廠家生產(chǎn)的橡膠膨脹節(jié)存在質(zhì)量問題為此次事件的根本原因。

圖2 缺陷形貌圖

而經(jīng)訪談相關人員和查詢當時采購合同，由于廠家以技術(shù)保密為由拒絕電廠技術(shù)人員進行駐廠監(jiān)造和出廠驗收，而該橡膠膨脹節(jié)在工作現(xiàn)場無法對質(zhì)量進行全面的檢查驗證。因此凝汽器橡膠膨脹節(jié)采購活動中質(zhì)量控制不規(guī)范，沒有安照安全質(zhì)量相關備件的采購要求進行管理是該事件的促成原因。

4 采取的糾正行動

按照根本原因分析方法分析出來的根本原因和促成原因開發(fā)出相應的糾正行動如下：

（1）在電廠的日常運行過程中如發(fā)現(xiàn)有真空的異常變化，應采取各種技術(shù)手段如氦檢漏等進行查漏后進行處理，如暫時無法處理應進行評估后制定保守性的應急預案。

（2）通過定期對凝汽器橡膠膨脹節(jié)進行性能測試，根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化預防性維修項目。

（3）評價對凝汽器橡膠膨脹節(jié)更換成金屬膨脹節(jié)技術(shù)改造的可行性。

（4）加強與細化設備的分級與管理，全面識別電廠單一設備或備件失效導致停機停堆的敏感設備與備件.

（5）對單一敏感設備及備件的采購活動進行嚴格的管理，并對嚴格按照質(zhì)量保證大綱的要求對供應商進行合格供方評價。

5 結(jié)束語

本次事件過程清楚，導致設備故障的根本原因與促成原因分析清楚，并采取了相應的糾正措施，機組恢復了正常運行。事件過程運行人員操作正確，機組響應正常，反應堆和三道屏障的安全沒有受到影響。

【參考文獻】

[1]凝汽器橡膠膨脹節(jié)相關資料[Z].

[2]M/MM/X/CEX/XCS/006 CEX 凝汽器橡膠膨脹節(jié)更換[Z].

[3]PM-QS-303 物項采購質(zhì)量管理[Z].

[4]QA-QS-201 物項和服務的質(zhì)量保證分級[Z].

[責任編輯：王楠]