田灣核電站核島主設(shè)備保溫盒裝置的應(yīng)用

李會義（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

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田灣核電站核島主設(shè)備保溫盒裝置的應(yīng)用

李會義
（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

摘要：絕熱技術(shù)不僅是節(jié)能降耗最經(jīng)濟、收益最明顯的重要措施，而且隨著絕熱工程的深入研究和推廣應(yīng)用，已發(fā)展成為節(jié)約能源，保障機組安全運行，提高工作效率，改善勞動條件，保護人員安全的一項系統(tǒng)性防護工程。絕熱工程使用效果的好壞，是整個絕熱工程功能的最終體現(xiàn)，它是精心設(shè)計、認真選材、嚴格施工的成果。對于現(xiàn)階段核電站的實際情況，嚴格控制施工質(zhì)量是保障絕熱效果的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：雙壁可拆卸式保溫盒；保溫外護殼；保溫側(cè)壁；保溫內(nèi)壁

CLC number： TM623 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-0041-05

1 保溫盒的設(shè)計及電站使用概況

1.1 設(shè)計概況

田灣核電站核島主設(shè)備保溫盒是由俄羅斯圣彼得堡原子能研究設(shè)計院設(shè)計，委托德國進行加工制造而成的。設(shè)計時綜合考慮了反應(yīng)堆核能熱效率、核安全、工業(yè)安全、在役檢查與維修等諸多方面的因素，選用了國際上較為先進的保溫結(jié)構(gòu)形式——快速可拆卸式保溫盒結(jié)構(gòu)。此保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計和國內(nèi)其他核電站反應(yīng)堆廠房主設(shè)備的保溫結(jié)構(gòu)類似。

雙壁可拆卸式保溫盒設(shè)計用于在機組運行期間既能減少反應(yīng)堆裝置的設(shè)備、管道向周圍環(huán)境傳遞的熱量，又能提高在役檢查和維修效率，減少作業(yè)人員的集體劑量率。此類型保溫設(shè)計使用年限不少于40年，設(shè)計表面溫度限值不高于60 ℃。

1.2 設(shè)計基本原則

就設(shè)計保溫結(jié)構(gòu)的基本原則而言，中、俄兩國的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)大同小異。俄羅斯圣彼得堡原子能研究設(shè)計院以《核動力裝置的設(shè)置和設(shè)備及管道的安全運行規(guī)程》和《熱電站與核電站管道和設(shè)備保溫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)要求為基準(zhǔn)。中國保溫結(jié)構(gòu)主要依據(jù)《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計導(dǎo)則》及《設(shè)備及管道絕熱技術(shù)通則》等國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。從溫度角度對設(shè)計保溫結(jié)構(gòu)進行了主要規(guī)定：新建、擴建和改建的核電站設(shè)備與管道的介質(zhì)溫度從45～500 ℃，熱電站從45～650 ℃都必須進行保溫設(shè)計。這與中國的保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計原則相比較只是保溫設(shè)計要求的起點溫度不同，其他的技術(shù)要求（如防燙傷溫度、外表熱流密度標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境參考基準(zhǔn)溫度等）都相一致。

2 保溫盒的結(jié)構(gòu)和制造

田灣核電站核島主設(shè)備保溫由俄羅斯委托德國JSC公司預(yù)制，包括支撐環(huán)和保溫盒兩部分。

2.1 保溫盒的結(jié)構(gòu)

保溫盒設(shè)計為搭接式結(jié)構(gòu)，施工必須從一端層層搭接完成。每塊保溫盒均由外護板（1 mm厚的不銹鋼板）、側(cè)板（0.5 mm厚的不銹鋼板）、內(nèi)板（0.1 mm厚的不銹鋼箔）、玻璃纖維棉、鎖扣、標(biāo)牌、把手組成。不銹鋼材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。板與板之間靠角鋼條連接成型后焊接而成。保溫盒所有棱邊必須打磨光滑。玻璃棉用不銹鋼刺釘固定，并對保溫棉搭接部位用玻璃絲線進行縫合，以免在機組運行過程中保溫棉塌陷而影響保溫效果，保溫盒設(shè)計厚度為140 mm。

田灣核電站的可拆卸式保溫盒與國內(nèi)其他電站略有不同，主要體現(xiàn)在內(nèi)壁上，田灣核電站的可拆卸式保溫盒內(nèi)壁采用的是0.1 mm厚的不銹鋼箔，并經(jīng)過專門壓制成形，其他電站采用的是0.3 mm的不銹鋼板，相比較而言不銹鋼箔具有良好的反射功能，重量輕、延展性好，缺點是不能對保溫盒側(cè)壁形成支撐，使保溫盒側(cè)面抗擠壓變形能力比其他電站的保溫盒較弱。

2.2 支撐環(huán)的結(jié)構(gòu)

支撐環(huán)是由內(nèi)U形槽嵌入外U形槽而成，內(nèi)外U形槽用螺栓固定。螺栓孔開成長槽形，支撐環(huán)的內(nèi)徑大于設(shè)備外徑約40 mm，目的是考慮因設(shè)備運行膨脹而引起保溫實體的徑向和軸向位移。

2.3 保溫盒的編碼

根據(jù)設(shè)備的外形尺寸和安裝空間、操作空間確定設(shè)備筒體支撐環(huán)和保溫組件的組數(shù)，再確定每一組的保溫組件的塊數(shù)和相應(yīng)保溫組件的規(guī)格尺寸、編號。以蒸汽發(fā)生器（臥式）保溫為例示意說明（見圖1）。“11/1”表示第11組保溫的第1個保溫盒，“12/4”表示第12組保溫支撐環(huán)的第4個支撐環(huán)。其中第10、12組是支撐環(huán)。

2.4 填充材料的性能參數(shù)

目前國內(nèi)核電站核島保溫填充材料一般選用高溫玻璃棉，如大亞灣、秦山二期和嶺澳核電站等。其主要的性能參數(shù)見表1。

2.5 高溫玻璃棉制品的優(yōu)點及應(yīng)用

高溫玻璃棉具有容重小，熱導(dǎo)率低，絕熱性能好，不燃、耐熱、抗凍、耐腐蝕、不怕蟲蛀、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性。主要歸納如下：

1）在高溫或低溫條件下均具有良好的絕熱性能；

2）不燃燒，不產(chǎn)生有害氣體；

3）具有均勻的彈性回復(fù)力；

表1 保溫棉性能參數(shù)Table 1 Heat preservation cotton performance parameters

圖1 保溫盒編碼Fig.1 Heat preservation box code

4）吸聲及降噪效果優(yōu)良；

5）在潮濕條件下吸濕率小；

6）線膨脹系數(shù)?。?/p>

7）老化速率低；

8）具有良好的加工性能。

玻璃棉制品品種較多，其基本產(chǎn)品有玻璃棉氈、玻璃棉板、玻璃棉帶、玻璃棉毯和玻璃棉保溫管。連續(xù)玻璃纖維制品有玻璃纖維布、玻璃纖維氈等。

玻璃棉制品被廣泛應(yīng)用于國防、石油化工、建筑、冶金、冷藏、交通運輸?shù)裙I(yè)部門，是各種管道、貯罐、鍋爐、熱交換器、風(fēng)機和車船等工業(yè)設(shè)備、交通運輸和各種建筑物的優(yōu)良保溫、絕熱、隔冷、吸聲材料。

對于田灣核電站，玻璃棉是俄供玄武巖棉的替代材料，主要應(yīng)用于核島和常規(guī)島管徑在159 mm以上的LA開頭（LAB/LAD/LAH等）、LB開頭（LBA/LBG/LBQ/LBS/LBJ等）、汽輪機本體（低壓缸彎頭、高壓缸等）、MA開頭（MAN/MAL等）以及所有閥門。

3 保溫盒的安裝

核島主設(shè)備保溫需要按照既定的順序和步驟，主要步驟如下：

1）安裝支撐環(huán)：將支撐環(huán)的每一組件用鎖扣固定連接成一體且安裝在相應(yīng)位置。

2）組裝保溫盒：開始安裝保溫盒時，保溫盒不搭接，安裝下一個保溫盒，應(yīng)搭接在前一個保溫盒上（像魚鱗）。最后一個保溫盒應(yīng)搭接在以前安裝的所有相鄰的保溫盒上。

3）調(diào)整定位：用帶有自鎖裝置的松緊帶調(diào)整所有保溫組件之間的環(huán)向間隙，再調(diào)整鎖扣（鎖扣靠自身的螺桿調(diào)節(jié)長度），然后固定。保溫盒與支撐環(huán)之間的鎖扣在調(diào)整好縱向間隙后現(xiàn)場安裝。

4 保溫盒的優(yōu)缺點

4.1 優(yōu)點

（1）保溫效果好、外形美觀

采用不同厚度不銹鋼外護層制作的密封結(jié)構(gòu)保溫盒，最大限度地降低了金屬外護層引起的自身熱損失，用魚鱗狀組合安裝成型，增強了設(shè)備整體保溫盒的保溫效果，提高了設(shè)備的熱效率。也使其整體外形圓滑美觀大方。

（2）維修拆卸方便，可多次重復(fù)使用

這種結(jié)構(gòu)的保溫盒可以提前在車間預(yù)制，安裝效率高，節(jié)省人力。因保溫盒的組合結(jié)構(gòu)是經(jīng)特殊工藝與材料制作的具有相對獨立的多塊拼裝形成的絕熱結(jié)構(gòu)?？煽焖倜芊獯罱咏M合，易于拆卸裝，并且可多次重復(fù)使用，設(shè)計壽命長達40年。機組大修期間可有效提高在役檢查和維修工作效率，有效縮短大修關(guān)鍵路徑。

（3）安裝便捷、周期短、綜合經(jīng)濟效益好

保溫盒簡易的快速搭接組裝，縮短了維修時間，節(jié)約了設(shè)備大修工期。另外，傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)使用的保溫材料，每次拆除時，有部分原保溫材料不能再利用，造成材料浪費；而快速搭接保溫盒拆裝時，只是每塊連接部位的組合與分離，保溫材料可以重復(fù)利用，提高了材料的利用率，特別可以減少放射性固體廢物的產(chǎn)生量，節(jié)省了維修成本。

（4）改善了維修環(huán)境和設(shè)備衛(wèi)生

在機組大修期間，反應(yīng)堆廠房內(nèi)的傳統(tǒng)保溫層材料受安裝壓縮或人為因素破壞后，產(chǎn)生的帶有一定放射性的粉塵，在拆裝過程中會對設(shè)備與空間環(huán)境造成不同程度的污染，對作業(yè)人員身體造成一定程度的傷害。而采用快速可拆卸保溫盒，使整體保溫材料處于一定的密閉空間內(nèi)，避免了放射性粉塵對設(shè)備和空間環(huán)境的污染，對作業(yè)人員起到保護作用。

4.2 缺點

1） 核島內(nèi)現(xiàn)有雙壁可拆卸式保溫盒在整體設(shè)計和制作期間，沒有考慮到設(shè)備焊縫周期性在役檢查和人員拆裝方便的要求，在局部需要拆卸進行設(shè)備在役檢查或維修時，保溫必須整體拆除，致使給在役檢查和維修工作帶來一定的不便。

2） 保溫盒體積偏大，現(xiàn)場安裝位置周圍設(shè)施布局緊密，現(xiàn)場拆裝比較困難，容易磕碰導(dǎo)致保溫盒損傷。另外拆卸下的保溫盒無存放空間和存放平臺，經(jīng)常需要搬運、吊運至其他固定存放點集中存放。

3） 保溫盒制造技術(shù)要求較高，國內(nèi)廠家很難滿足工藝要求，給后期維護與修復(fù)帶來一定的困難。

5 檢查維護及優(yōu)化設(shè)想

核電站主設(shè)備保溫的狀態(tài)將直接影響機組的安全運行，隨著機組長期運行和頻繁的拆裝，會導(dǎo)致主設(shè)備保溫不同程度的變形和損壞，因此需采取有效的措施對變形及損壞的保溫設(shè)備進行統(tǒng)計分析，結(jié)合機組大修實際情況，統(tǒng)一規(guī)劃修復(fù)方案。

5.1 檢查維護

田灣核電站核島主設(shè)備保溫檢查維護工作主要規(guī)劃如下：

1） 大修啟、停堆前后對主設(shè)備保溫進行熱態(tài)測量，建立數(shù)據(jù)庫，分析保溫性能狀態(tài)的變化趨勢；

2） 大修期間對主設(shè)備保溫實施QC監(jiān)督控制，保證保溫的施工質(zhì)量；

3） 對損壞的保溫盒鎖扣及內(nèi)壁進行專項修復(fù)，安裝后對所有鎖扣狀態(tài)進行調(diào)整，保證保溫盒的完整性和保溫效果達到設(shè)計要求；

4） 對不便拆卸和檢修的主設(shè)備保溫進行改造，如對蒸汽發(fā)生器集流管端頭保溫盒進行改造；

5） 在保溫盒縫隙較大、或者有空間的區(qū)域增加保溫棉帶，消除局部熱點，減少這些部位的熱量散失。

5.2 優(yōu)化設(shè)想

隨著機組運行年限和保溫拆裝次數(shù)的增加，保溫效果將呈逐年下降的趨勢。在嚴格控制保溫拆裝質(zhì)量的同時，有必要從長遠角度考慮做好電站保溫的優(yōu)化改造工作?？梢詮娜缦聨讉€方面開展工作：

1） 成立主設(shè)備保溫檢查與修復(fù)專項組，研究新型保溫在核電站中的應(yīng)用與推廣；

2） 對于拆裝頻繁、工藝復(fù)雜、影響大修工期的設(shè)備保溫考慮進行優(yōu)化改造，如主蒸汽閥站保溫、汽輪機保溫、役檢焊縫處保溫等；

3） 針對擴建機組，要從設(shè)計上進行充分分析，重點考慮保溫塊的結(jié)構(gòu)、重量、搭接方式、現(xiàn)場存放、拆裝效率等方面的內(nèi)容；

4） 與同行電站和其他國家電站的主設(shè)備保溫進行對標(biāo)，引入良好的實踐經(jīng)驗。

6 工程實踐

6.1 對蒸汽發(fā)生器集流管實施改造

蒸汽發(fā)生器集流管管口處保溫拆裝空間狹小，原設(shè)計保溫塊體積較大，保溫塊無法順利拆裝。每次在蒸汽發(fā)生器集流管管口處的作業(yè)及檢查，既不利于工作的實施，又容易損壞周邊泄漏監(jiān)測管道，同時保溫塊在拆裝過程中容易出現(xiàn)變形。隨著保溫層拆裝次數(shù)的增加，保溫損壞現(xiàn)象逐年加重，保溫效果呈下降趨勢。為確保蒸汽發(fā)生器集流管處保溫層保溫效果保持穩(wěn)定狀態(tài)，對蒸汽發(fā)生器集流管管口處保溫層實施了改造工作。

6.2 對雙壁可拆卸保溫盒破損部位修復(fù)

田灣核電站1、2號機組已運行7年，核島主設(shè)備雙壁可拆卸式保溫盒為配合役檢工作多次拆裝，出現(xiàn)了不同程度的損壞和變形。為確保機組安全、高效運行，保證主設(shè)備保溫在機組壽期內(nèi)的完整性，須在大修期間對破損保溫盒進行修復(fù)。

在T206大修期間我們對現(xiàn)場拆卸的154塊保溫盒進行了統(tǒng)計，已損壞的保溫盒有62塊，損壞率高達40%。分析其原因主要有以下幾個方面：1）控制區(qū)存放條件有限，堆放空間狹小，保溫盒之間擠壓碰撞造成損壞；2）保溫盒設(shè)計尺寸較大，很多已經(jīng)超過了國標(biāo)規(guī)定的25 kg/塊，保溫盒在拆卸、搬運時與其他物體刮碰造成損壞；3）保溫盒在啟停機時受熱變形，造成開焊。

破損保溫盒如不及時修復(fù)會使保溫效果下降，影響保溫盒的使用壽命，同時也不滿足一回路主設(shè)備、管道保溫完全密閉、無保溫棉外漏的要求。當(dāng)出現(xiàn)緊急事故，一回路邊界被突破時，破損保溫盒內(nèi)的保溫棉在高壓蒸汽沖擊下會流入地坑，存在堵塞地坑濾網(wǎng)的風(fēng)險。

為避免破損加劇影響保溫盒的使用效果和使用壽命，消除破損帶來的不利影響，因此從T107 和T207大修期開始對損壞的保溫盒逐年進行修復(fù)工作。

7 結(jié)論

通過工程實踐，可以得出，良好的保溫效果取決于可靠的設(shè)計，先進的材料，科學(xué)的管理，精細的施工。保溫工程一切活動需要在嚴格的QC質(zhì)量監(jiān)督下進行。

目前田灣核電站主設(shè)備保溫從規(guī)劃、監(jiān)測、修復(fù)、改造等多方面著手，其保溫管理水平不斷提升，為機組安全穩(wěn)定運行提供了有力的保障。

The Application and Analysis of the Main Equipment’s Thermal Insulation Box of Tianwan Nuclear Power Plant

LI Hui-yi
（Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

Abstract：The thermal insulation technology is not only the most economic measure， but also developed into a systemic protection project to save energy， guarantee the safe operation of unit，improve the work efficiency， improve labor condition and protect the safety of personnel，with the deepening of the adiabatic engineering research and application. The good or bad use of the thermal insulation engineering is the ultimate sign of the adiabatic engineering function. It is the results of careful design， selected material and strict construction. For the present situation of power station， strictly control the construction quality is the key to ensure adiabatic effect.

Key words：double-wall removable type of thermal insulation box； thermal insulation outer protective shell； thermal insulation side wall； thermal insulation inner wall

中圖分類號：TM623

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-1617（2016）01-0041-05

收稿日期：2015-11-20

作者簡介：李會義（1980—），男，江蘇人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事反應(yīng)堆裝換料管理的工作。