核電廠排污擴容器筒體沖刷減薄缺陷處理與分析

李開盈，邱波，劉斌，劉德軍，陳松，鐘俊良

（中核核電運行管理有限公司 技術二處，浙江 嘉興 314000）

1 蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成與功能

蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(STR)為單元制系統(tǒng)，2臺核電機組各設l套蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。每l套蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的配置包括1臺蒸汽轉(zhuǎn)換器、1臺疏水罐、1臺疏水冷卻器、1臺排污擴容器、1臺輔助蒸汽除氧器、2臺給水泵及系統(tǒng)所需的全套閥門、內(nèi)部連接管道和儀表控制裝置。

蒸汽轉(zhuǎn)換器是利用新蒸汽經(jīng)表面式傳熱加熱給水（除鹽水）生產(chǎn)輔助蒸汽的產(chǎn)汽設備；輔助蒸汽經(jīng)輔助蒸汽分配系統(tǒng)（SVA）分配給各用汽點，蒸汽轉(zhuǎn)換器所需的給水為經(jīng)輔助蒸汽除氧器除過氧的除鹽水（取自除鹽水分配系統(tǒng)SER）和冷凝水（來自SVA和ASG系統(tǒng)）。給水經(jīng)給水泵升壓后輸送到蒸汽轉(zhuǎn)換器，蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與輔助蒸汽分配系統(tǒng)相連，蒸汽轉(zhuǎn)換器和輔助鍋爐（不屬于本系統(tǒng)范圍）通過輔助蒸汽分配系統(tǒng)向核電站提供輔助蒸汽。輔助給水除氧器系統(tǒng)（ASG）（僅＃1機組設置）的冷凝水送到＃1機組STR系統(tǒng)的輔助蒸汽除氧器。蒸汽轉(zhuǎn)換器的疏水經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)換器疏水罐、疏水冷卻器或疏水冷卻器的旁路管線送到主機除氧器（ADG系統(tǒng))或凝汽器（CEX系統(tǒng)），流程圖如圖1所示。

圖1 STR系統(tǒng)流程圖

蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與輔助蒸汽分配系統(tǒng)相連，蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能是生產(chǎn)核電機組所需的輔助蒸汽，汽壓為1.2 MPa，汽溫為188 ℃，額定流量為37 000 kg/h,輔助蒸汽經(jīng)核電站的輔助蒸汽分配系統(tǒng)分配給各用汽點[1]。

2 排污擴容器的組成與運行原理

排污擴容器2STR001CW主要由筒體與封頭組成，材質(zhì)均為20R,容積為2 m3，筒體與封頭壁厚均為14 mm[2]。

在機組運行中，為控制蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生的輔助蒸汽品質(zhì)，每臺蒸汽轉(zhuǎn)換器配置了1臺排污擴容器，用以接收蒸汽轉(zhuǎn)換器的連續(xù)排污。當排污閥全開時，蒸汽轉(zhuǎn)換器排出的水量可達到（最大）1%的排污量；在最大排污情況下，來自飲用水系統(tǒng)（SEP）的冷卻水可使排污擴容器中的水溫不大于60 ℃，冷卻水由1只溫度控制閥自動控制。當需要大量排污時，蒸汽轉(zhuǎn)換器正常水位下有1根排污管可供使用, 由手動開啟該管線上的隔離閥來實現(xiàn)大量排污,在靠近排污擴容器處設有1塊孔板，以防止排污水通過閥門時發(fā)生閃蒸。

排污擴容器可以接收最大1%的蒸汽轉(zhuǎn)換器連續(xù)排污水量。排污管上有1只氣動的開/關閥STR052VL，它與給水泵連鎖，在2臺給水泵均停運時關閉，排污擴容器的水溫由冷卻水保持為不大于60 ℃，冷卻水由1只恒溫控制STR055VT自動控制。

3 缺陷介紹

在某核電廠D213大修期間，對排污擴容器2STR001CW進行定期檢驗中發(fā)現(xiàn)筒體壁厚減薄嚴重，其中筒體測點12實測壁厚最小為10.7 mm，低于公稱壁厚的87.5%,對比D206大修中，該測點實測壁厚為13.7 mm，即從D206大修至D213大修累計減薄3 mm,對測點12擴大檢查，發(fā)現(xiàn)470 mm×180 mm減薄區(qū)域，最小厚度為9.5 mm（測點25）,區(qū)域位置如圖2所示，經(jīng)組織進行2STR001CW內(nèi)部核查，發(fā)現(xiàn)減薄位置與排污管高度一致。

圖2 壁厚測量圖示

4 減薄區(qū)域壁厚及筒體強度計算分析

4.1 減薄區(qū)域測厚情況

減薄區(qū)域位于疏水管口對面左側(cè)筒壁，213大修期間，對測點12位置擴大檢查范圍后發(fā)現(xiàn)470 mm×180 mm減薄區(qū)域，測點25最小厚度為9.5 mm。214大修前對2STR001CW進行壁厚測量，在減薄區(qū)內(nèi)，新發(fā)現(xiàn)測點26，壁厚為8.9 mm，測點25厚度無變化，由此推斷上次213大修時，測點26壁厚大于9.5 mm，213大修至214大修前，減薄量至少為0.6 mm（新標注測點25/26，如圖3所示）,存在異常沖刷減薄，如圖4所示。

圖3 現(xiàn)場實測減薄點

圖4 現(xiàn)場壁厚測量圖示

4.2 筒體強度計算分析

以設計壓力為基準進行壁厚計算[3]，已臨近最小要求壁厚8.65 mm，以測點25、26位置為例，213大修至214大修前（約1 a），減薄量至少為0.6 mm,故筒體為非均勻沖刷減薄，為保證機組安全穩(wěn)定運行，需及時更換處理。

5 缺陷原因分析

5.1 長期汽水兩相沖刷

排污擴容器內(nèi)介質(zhì)為排污水和飽和蒸汽，最高工作溫度為210 ℃，溫度較高，STR疏水進入排污擴容器后汽化形成高流速的汽水兩相流，對筒壁產(chǎn)生沖刷，目前該排污擴容器已經(jīng)運行18 a，長期運行后導致筒壁持續(xù)沖刷減薄。

減薄區(qū)域位于疏水管口對面左側(cè)筒壁，流體噴到內(nèi)部防沖筒外壁后折流，沖到該區(qū)域筒壁上，因此該區(qū)域為排污擴容器筒體上最易沖刷減薄的區(qū)域。

5.2 防沖筒設計結構不合理

經(jīng)核實分析實際減薄位置，減薄區(qū)域剛好在防沖筒與筒體之間的夾層位置，經(jīng)確認設備圖樣，核實容器內(nèi)部結構，筒體減薄區(qū)域缺乏有效防沖裝置，原本的防沖筒不能避免流體對筒體的沖刷，沒有發(fā)揮防沖作用，因此防沖筒的設計結構不合理，在設計上不能避免流體對筒體的沖刷是造成筒體沖刷減薄的直接原因。

6 改進措施

在該電廠214大修期間，為消除擴容器2STR001CW的安全隱患，已對該設備進行整體更換，針對同類型設備面臨的缺陷，根據(jù)以上分析，應采取針對性對策加以改進，主要關注以下方面并采取相應措施。

圖5 排污擴容器內(nèi)部結構圖示

6.1 優(yōu)化排污擴容器設計結構

由于流體噴到排污擴容器內(nèi)部防沖筒外壁后折流，沖到該區(qū)域筒壁上，造成沖刷減薄，因此需要從壓力容器設計上進行改進，需要優(yōu)化排污擴容器的防沖筒的設計結構，在防沖筒底部增加圓弧形防沖板，防止流體噴到內(nèi)部防沖筒外壁后折流，沖到該區(qū)域筒壁上，有效發(fā)揮防沖作用，避免流體折流后對筒體的沖刷。

6.2 優(yōu)化排污擴容器預防性維修大綱

經(jīng)查詢排污擴容器及同類型的壓力容器歷史檢修記錄，結合缺陷概況與設備所處工況分析得出，可從預防性維修大綱方面進行優(yōu)化，從而改善排污擴容器內(nèi)外部檢查等維修策略，建議設置容器外部年檢、定期檢驗、內(nèi)外部腐蝕檢查三項預防性維修項目，其中外部年檢預防性維修項目周期建議設置為R1,對設備接口儀表管線、設備外部等進行檢查；定期檢驗、內(nèi)外部腐蝕檢查預防性周期建議設置為R3，定期進行壁厚檢查與設備內(nèi)部腐蝕檢查，避免壁厚減薄引起的介質(zhì)泄漏，保證壓力容器的正常運行。

7 結語

本文列舉了某核電廠排污擴容器的筒體沖刷減薄情況，對缺陷的根本原因進行了明確分析，根據(jù)壓力容器GB 150對相關壁厚進行了核算分析，保守決策，建議對該容器整體更換，目前該設備缺陷已經(jīng)處理，解決了機組存在安全隱患，同時對同類型設備結構設計優(yōu)化和預防性維修策略改進提出相關建議，為電廠壓力容器設備管理提供了借鑒。