秦三廠2 號組機密封塞低壓滲漏原因分析及對策

章 熙

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

密封塞是作用于燃料通道兩端防止通道密封泄漏的工具，主要用于密封燃料通道，密封塞一旦密封失效將會導致泄漏，造成廠房局部區(qū)域的泄漏濃度升高。當泄漏量超過蒸汽回收系統(tǒng)的回收能力時，就有可能導致反應堆廠房局部區(qū)域蒸汽濃度上升超過一定限值，影響機組運行。

秦三廠反應堆端面燃料通道組件有380 個，在通道兩端均有密封塞（圖1）。當密封塞存在泄漏，會引起反應堆廠房局部區(qū)域蒸汽濃度上升，如果泄漏量超過蒸汽回收系統(tǒng)的回收能力，將可能導致反應堆廠房局部區(qū)域蒸汽濃度上升超過一定限值。

圖1 密封塞實物

對兩個機組在7 個大修周期內、每個機組正常換料期間380 個燃料通道密封塞泄漏速率情況進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)1 號機組380 個密封塞泄漏速率呈較規(guī)則的正態(tài)分布，泄漏速率的均值約為4.5 mL/min，而2 號機組380 個燃料通道密封塞泄漏速率總體上呈不規(guī)則的正態(tài)分布，密封泄漏速率偏高的通道數(shù)量較多，泄漏速率的均值約6 mL/min，高于1 號機組。

對2 號機組密封塞泄漏速率異常問題的研究，同時也是對機組密封塞在主系統(tǒng)冷態(tài)低壓工況下存在微小滲漏原因這一共性問題的研究，有助于降低機組蒸汽濃度，提高反應堆運行經(jīng)濟性，確保機組運行的穩(wěn)定、安全。

1 密封塞概況

1.1 密封塞的結構和密封機理

密封塞由鎖緊機構和密封盤組成，鎖緊機構作用于燃料通道凹槽中以固定密封塞，密封盤是一個直徑為118.92 mm 的不銹鋼金屬圓盤，表面有一層厚約0.82 mm 的鍍鎳層（圖2）。其密封面是圓盤邊緣寬20.88 mm 的圓環(huán)，在系統(tǒng)壓力和自身形變作用下與通道壓力管密封環(huán)形成密封。

圖2 密封塞結構

1.2 密封塞的拆裝

密封塞是通過裝卸料機進行拆裝的。在安裝時，B 桿力量4（約10 335 N）將密封盤緊貼在壓力管的密封環(huán)上形成密封，然后密封塞卡爪釋放，將密封塞固定在燃料通道內。在拆除密封塞時B 桿力量1（約25 000 N）克服密封盤的形變和主系統(tǒng)壓力，將密封塞解鎖后放入料倉中。

2 密封塞在低壓工況下滲漏原因和對策

根據(jù)金屬密封原理、密封塞密封原理和操作工序，導致密封塞在主系統(tǒng)冷態(tài)低壓工況下存在微小滲漏的原因主要從以下4個方面來查找。

2.1 裝卸料機推桿力量設定偏差

正常情況下，B 桿力量1 相當于密封塞的解鎖力，在密封盤動作的過程中，密封面會與壓力管的密封環(huán)之間會產(chǎn)生一定的爬行，B 桿力量1 偏大將會導致密封面爬行距離增大、產(chǎn)生磨損。而B 桿力量4 相當于密封塞的預緊力，偏小將會導致密封塞低壓密封性能差。

目前，對于裝卸料機B 桿力量采取定期標定方式進行確認。查找秦三廠兩臺機組自2009 年以來歷次裝卸料機B 桿力量標定記錄，大部分情況下，B 桿力量均在驗收范圍之內，無需進一步調整優(yōu)化。又由于料倉壓力波動，在標定期間盤臺顯示器顯示的力量數(shù)值一直不停變化。為提高裝卸料機B 桿力量的精確度，采取了以下措施：①細化推桿力讀取細節(jié)（通過PI 系統(tǒng)讀取A/I 值，確認力量顯示已穩(wěn)定，多次讀數(shù)取均值等）；②制定B桿力量1 和B 桿力量4 標定最佳設定范圍。

2.2 密封塞調試期間首次手動安裝狀態(tài)

在機組調試期間，密封塞首次安裝是利用密封塞安裝工具手動方式安裝。經(jīng)過查找調試記錄，發(fā)現(xiàn)1 號機組的調試記錄為483 kPa，而2 號機組的調試記錄為510 kPa。根據(jù)圖紙，可以計算出安裝工具對密封塞的作用力：1 號機組約11 184 N，2 號機組約12 182 N；2 號機組密封塞首次安裝時安裝工具對密封塞的壓力比推桿力量4 的上限值超出1512 N（約14%）。同時，對2 號機組380 個密封塞的首次拆裝記錄進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)下游有180 個密封塞拆裝存在困難，而1 號機組約120 個，且2 號機組下游密封塞拆裝困難次數(shù)明顯大于1 號機組?？梢钥闯觯状伟惭b時安裝工具安裝壓力過大對密封塞的影響明顯。

對于首次安裝導致密封塞密封盤所受擠壓變形已無法恢復。這些微不足道的損傷將會在后續(xù)機組的運行過程中逐步顯現(xiàn)。

2.3 密封塞密封盤檢修更換工藝

金屬密封的性能與密封面的質量有關。所以密封塞檢修時對密封盤的檢查保護和異物的排除尤為重要。

基于此，對密封塞的檢修規(guī)程進行了優(yōu)化：明確異物存在可能會使密封塞零部件產(chǎn)生卡塞、密封盤密封面損壞。

對密封盤的檢查和保護上還增加了：①對新密封盤初始狀態(tài)檢查時采用放大鏡；②采用無鹵素的溶劑和清洗劑（酒精）清洗密封盤表面；③防止損壞密封盤的密封鍍鎳密封面；④采用密封盤專用保護套保護密封盤面，并垂直輕放密封塞，將盤面向上，避免盤面損壞。

2.4 密封塞更換策略

如果在運行過程中不能將降級的密封塞及時進行更換，會導致泄漏進一步加劇。在以往遇到密封塞泄漏速率超標時，換料操縱員會通過多次拆裝密封塞來調整密封盤的安裝位置和角度，這樣的調整讓一部分輕微受損的密封塞能夠再次通過泄漏速率試驗而沒有被及時更換。

為此重新制定了密封塞的更換策略，明確了密封塞泄漏速率試驗失敗的干預準則：在第一次密封塞泄漏試驗失敗后，只允許再執(zhí)行一次密封塞泄漏試驗，如果再次失敗則需要立即更換密封塞?；谠摬呗?，自2015 年以來已經(jīng)對2 號機組約180 個密封塞進行了更換，1 號機組也更換了約20 個密封塞。在210大修期間，對端面密封塞的滲漏和結晶狀態(tài)進行檢查，發(fā)現(xiàn)密封塞滲漏情況明顯改善，實施效果明顯。

3 總結

通過相關對策的實施，兩臺機組在正常換料期間380 根密封塞在冷態(tài)低壓工況下的泄漏速率情況得到改善。其中，2 號機組密封塞平均泄漏速率自208 大修以來顯著降低（圖3 中第6個大修周期），1 號機組的密封塞平均泄漏速率也有所降低，提高了機組安全運行的穩(wěn)定性。

圖3 兩臺機組在大修周期內密封塞平均泄漏速率