蒸汽發(fā)生器流量分配板至第一支撐板泥渣沖洗技術(shù)研究及應用

劉一博,張高劍,楊津瑞,朱景文,張文波

(1.核動力運行研究所,湖北 武漢 430070;2.中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司,湖北 武漢 430070)

壓水堆核電廠運行過程中,蒸汽發(fā)生器二次側(cè)流動受限區(qū)域的表面污垢及縫隙中的有害雜質(zhì)離子 (如Cl-,SO2-4,Ca2+,Mg2+,Al3+等)因水的蒸發(fā)會出現(xiàn)局部濃縮[1]。其中大部分會在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)部水平和垂直固體表面參與形成泥渣堆積層,如二次側(cè)管板表面、流量分配板表面、支撐板表面,以及傳熱管外表面等位置。泥渣沉積主要有以下三種危害:1)雜質(zhì)濃縮與管材腐蝕;2)結(jié)垢與蒸汽壓力下降;3)梅花孔堵塞與水位不穩(wěn)[2]。

目前,國內(nèi)關于泥渣沖洗的研究主要集中在蒸汽發(fā)生器管板及附近的傳熱管上,而對蒸汽發(fā)生器流量分配板和支撐板的研究較少。通過對傳熱管進行渦流檢查獲得的泥渣分布數(shù)據(jù)表明,管板上的泥渣量僅占蒸汽發(fā)生器二次側(cè)泥渣總量的不足5%,更多泥渣沉積在流量分配板和支撐板上[3]。因此,流量分配板及支撐板的泥渣沖洗技術(shù)研究具有重要意義。本文介紹了流量分配板至第一支撐板區(qū)間泥渣沖洗 (簡稱支撐板沖洗)技術(shù)研究及應用的情況。

1 沖洗槍研制

1.1 沖洗槍結(jié)構(gòu)及組成

沖洗槍通過蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔伸入中心管廊區(qū)域,通過槍體的往復擺動,帶動高壓水射流在傳熱管管間沖刷泥渣,從而達到清除泥渣的目的。由于手孔可用區(qū)域中位于流量分配板上側(cè)的空間非常狹小,若使用常規(guī)的懸臂式?jīng)_洗槍,高壓水射流近距離沖擊流量分配板將形成較大的反沖力,使槍體在沖洗過程中往復震動,影響沖洗效果和設備的安全。因此,支撐板沖洗槍在設計時有針對性的采用了導軌式的結(jié)構(gòu)。沖洗槍由槍體組件、導軌組件、步進組件、擺動組件和支架組件等組成。除導軌組件安裝在流量分配板上以外,其余組件安裝在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔法蘭上,其中槍體組件采用直線軸承支撐在支架組件上,伸入蒸汽發(fā)生器的部分采用滑塊支撐在導軌組件上。槍體的步進、擺動運動由交流伺服電機驅(qū)動,可以實現(xiàn)槍體精確的位置控制和速度控制,最大限度地提高沖洗效率。

工作時,槍體組件位于流量分配板中心管廊上方區(qū)域,槍體前端旋轉(zhuǎn)槍頭上安裝有與中心管廊成90°夾角的噴嘴塊。從噴嘴噴出的高壓水射流對流量分配板上表面至第一支撐板下表面區(qū)間的泥渣形成強力沖擊,被沖散的泥渣與水混合后由抽吸模塊抽出蒸汽發(fā)生器,并進入過濾模塊。泥渣在過濾模塊的濾芯中沉積,干凈的水再次經(jīng)高壓模塊升壓后經(jīng)槍體組件從噴嘴噴出,形成一個閉環(huán)沖洗過程。沖洗槍的工作示意如圖1所示。

圖1 泥渣沖洗示意圖Fig.1 General view of sludge lancing

1.2 沖洗槍制造及驗證

沖洗槍體內(nèi)部為高壓水通道,工作時槍體還需要實現(xiàn)步進和旋轉(zhuǎn)運動,因此其密封性能至關重要。槍體在使用前用25 MPa壓力進行了密封試驗,試驗重復3次,每次保壓5 min[4]。由于流量分配板中心有一個直徑約1 m的空心圓孔,為實現(xiàn)對管束區(qū)域泥渣沖洗的全覆蓋,噴嘴采用了單邊噴嘴、平衡噴嘴、V型噴嘴等三種形式,通過理論計算和試驗測試驗證了該方案的全面覆蓋性。此外,設備研制完成后進行了干態(tài)功能試驗、20 MPa模擬沖洗試驗、長周期連續(xù)拷機試驗等多項驗證試驗,對其功能性與安全性進行了充分的驗證。沖洗槍的安裝試驗和水射流定位試驗分別如圖2、圖3所示。

圖2 沖洗槍安裝Fig.2 Equip ment installation

圖3 水射流正對管間Fig.3 Water jet into tube bundles

2 現(xiàn)場應用

蒸汽發(fā)生器流量分配板至第一支撐板區(qū)間泥渣沖洗技術(shù)首次在國內(nèi)某核電機組第13次大修中得到應用。該項工作與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板泥渣沖洗工作合并實施,因支撐板處于管板上方,工藝上先進行支撐板沖洗,再進行管板泥渣沖洗工作。

由于蒸汽發(fā)生器管板處特殊的熱工水力條件,其表面附著的泥渣易于結(jié)垢硬化[5],而流量分配板至第一支撐板上沉積的泥渣多為松散的粉狀泥渣。因此支撐板沖洗所使用的水射流壓力較管板沖洗略低,沖洗時間也略短。為驗證泥渣沖洗效果,在支撐板沖洗前后均對沖洗區(qū)域通過內(nèi)窺鏡進行了視頻檢查,沖洗前后的圖像對比如圖4、圖5所示,可以看出該區(qū)域的泥渣得到了有效的清除。

圖4 沖洗前泥渣附著情況Fig.4 Sludge attached on structures(bef ore sludge lancing)

圖5 沖洗后已露出材質(zhì)基底Fig.5 Sludge has been removed(after sludge lancing)

水力沖洗全程采用閉環(huán)作業(yè),從蒸汽發(fā)生器中沖洗出的泥渣均沉積在過濾濾芯中。沖洗完成后,對沖洗出的泥渣烘干后進行了稱重。其近5次大修的泥渣稱重數(shù)據(jù)如表1所示,可以看出從流量分配板至第一支撐板區(qū)域沖洗出的泥渣是二次側(cè)管板處泥渣量的10倍左右,定期進行支撐板沖洗對蒸汽發(fā)生器的可靠運行具有重要意義。

表1 某機組近5次大修泥渣重量統(tǒng)計表Table 1 sludge weight statistics of near five outages

此次支撐板沖洗是國內(nèi)對蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板以上區(qū)域的首次泥渣沖洗工作。通過視頻檢查結(jié)果,揭示了上部泥渣的沉積狀態(tài)和支撐板沖洗的顯著效果,引起了國內(nèi)各核電廠的高度重視。目前支撐板沖洗已在6臺核電機組的大修期間得到成功實施,為國內(nèi)蒸汽發(fā)生器管板上部泥渣清除方案提供了有益借鑒。

3 結(jié) 論

流量分配板至第一支撐板區(qū)間的泥渣沖洗工作取得了顯著的效果,但受限于蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu),第一支撐板上方的各層支撐板上沉積的泥渣尚未得到有效的清除。各層支撐板泥渣沉積有堵塞梅花孔的危險,進而引起核電站堆功率不穩(wěn)甚至核電站降功率運行等后果[6]。在蒸汽發(fā)生器服役一定年限后,應定期清除各層支撐板沉積的泥渣。目前,國外普遍采用化學清洗的方式進行支撐板泥渣清除,但由于化學清洗對傳熱管有潛在的腐蝕風險[7-8],國內(nèi)各核電廠均較為謹慎,因此加快對各層支撐板的水力沖洗技術(shù)研究極為必要。