電伴熱技術(shù)在核電廠的應(yīng)用

魏燕

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200233）

0 引言

我國(guó)幅員廣闊，南北氣候差異較大。北方的冬季，最低氣溫往往降到0℃以下，這將會(huì)導(dǎo)致位于核電廠屋頂?shù)目照{(diào)冷凍水管、廠區(qū)的各類儲(chǔ)罐及水管冷凍或結(jié)冰，影響正常的生產(chǎn)活動(dòng)。而電伴熱線纜產(chǎn)生的熱量可以補(bǔ)償管道或儲(chǔ)罐的熱量損失，防止管道內(nèi)流體產(chǎn)生冷凍及結(jié)冰現(xiàn)象，因此，針對(duì)建設(shè)并運(yùn)營(yíng)在北方的核電站來(lái)說(shuō)，做好室外工藝管道、閥門、取樣管線的防凍保護(hù)和工藝控制的伴熱，以保證管道內(nèi)流體介質(zhì)的正常循環(huán)尤為重要[1-3]。

1 需要電伴熱的系統(tǒng)

本文以某三代非能動(dòng)壓水堆核電廠為例，梳理了核電廠內(nèi)需要通過(guò)電伴熱技術(shù)來(lái)補(bǔ)償管道及儲(chǔ)罐的熱量損失或維持管道溫度的工藝系統(tǒng)，相關(guān)涉及的系統(tǒng)主要有：中央冷凍水系統(tǒng)（VWS）、除鹽水儲(chǔ)存和分配系統(tǒng)（DWS）、生活廢水系統(tǒng)（WWS）、一回路取樣系統(tǒng)（PSS）、非能動(dòng)安全劑冷卻系統(tǒng)（PCS）、消防系統(tǒng)（FPS）、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（CVS）和安全殼空氣過(guò)濾系統(tǒng)（VFS）。

2 電伴熱技術(shù)應(yīng)用

2.1 電伴熱技術(shù)簡(jiǎn)介

電伴熱技術(shù)主要是利用伴熱電纜纏繞在有防凍或保溫需求的工藝管道或罐體上，通過(guò)控制伴熱電纜的發(fā)熱量來(lái)滿足工藝管道及罐體的熱損補(bǔ)償要求[4-6]。一套完整的電伴熱系統(tǒng)往往由配電箱、伴熱電纜（自調(diào)控、并聯(lián)恒功率、串聯(lián)恒功率、MI加熱電纜等）、電源接線盒、溫控器、玻璃纖維膠帶、保溫層等構(gòu)成，共同完成工藝管道及罐體防凍或保溫需求。電廠常用的伴熱方式有蒸汽伴熱、防凍液及電伴熱，文獻(xiàn)[7]分別從技術(shù)分析、施工難度、施工及運(yùn)維成本三個(gè)角度對(duì)比分析了三種伴熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)以伴熱電纜為基礎(chǔ)的防凍伴熱技術(shù)方案，無(wú)論從自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還是現(xiàn)場(chǎng)適用性、實(shí)施難度、復(fù)雜性以及施工成本，乃至后續(xù)運(yùn)行維護(hù)成本等因素考慮，都是最適合的防凍伴熱方案。

2.2 核電廠電伴熱技術(shù)要求

伴熱系統(tǒng)應(yīng)由伴熱盤、溫度儀表、接線盒以及伴熱纜共同組成，并需要對(duì)所有設(shè)備與部件進(jìn)行型式試驗(yàn)以及例行試驗(yàn)。某壓水堆核電廠伴熱系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的安全分級(jí)為非1E級(jí)，設(shè)計(jì)壽命為60年。

伴熱盤安裝在室內(nèi)，應(yīng)設(shè)計(jì)成能有效配電并對(duì)各自區(qū)域內(nèi)的饋線回路提供保護(hù)、控制、負(fù)荷管理以及監(jiān)測(cè)。一個(gè)機(jī)組一般配備10個(gè)伴熱盤（布置及功能描述詳見(jiàn)表1），分別為本文第2章節(jié)提及的工藝系統(tǒng)提供防凍或保溫服務(wù)；其正常運(yùn)行時(shí)允許的電壓波動(dòng)范圍為±10%，頻率波動(dòng)范圍為±5%。

表1 380/220Vac 50Hz伴熱盤

溫度儀表與伴熱纜安裝在室外，測(cè)室外溫度的儀表可采用熱電偶或者熱電阻，信號(hào)送至伴熱盤上的溫度控制器。當(dāng)室外溫度低于5℃時(shí)，伴熱盤開始向?qū)?yīng)的回路供電；當(dāng)室外溫度高于10℃時(shí)，伴熱盤停止向?qū)?yīng)的回路供電[8-9]。

2.3 電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)

核電廠內(nèi)的電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)主要包括日常維護(hù)、定期試驗(yàn)及定期預(yù)防性維修。本小節(jié)梳理三個(gè)運(yùn)維階段的工作重點(diǎn)與注意事項(xiàng)，為更好地開展電伴熱系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)工作提供一些借鑒[10-11]。

2.3.1 日常維護(hù)

電伴熱系統(tǒng)的日常維護(hù)為每天需要至少巡檢一次的維護(hù)項(xiàng)目，分為外觀檢查及運(yùn)行狀態(tài)檢查，外觀檢查應(yīng)重點(diǎn)把握如下三個(gè)方面：

（1）檢查箱內(nèi)是否積塵、凝露、表面粘油污等影響絕緣程度的因素；

（2）檢查裸露連接點(diǎn)是否氧化變黑（銀鍍層稍微變色是允許的）；

（3）檢查防護(hù)外殼是否受環(huán)境腐蝕。

運(yùn)行狀態(tài)檢查主要檢查的內(nèi)容有：伴熱盤中電壓表及絕緣檢測(cè)儀、指示燈、觸摸屏、溫度數(shù)值等顯示是否正常，當(dāng)遇到顯示溫度低于溫度設(shè)定值，檢查加熱電路盤內(nèi)接觸器是否吸合，屏幕上伴熱纜回路狀態(tài)指示是否正常。除此之外，還應(yīng)注意檢查設(shè)備元器件是否老化或損壞，如有，需及時(shí)更換老化和損壞元器件，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

老化判定：對(duì)于非金屬元件，可從外觀進(jìn)行觀察是否有外殼破損和裂紋；對(duì)單個(gè)元件進(jìn)行對(duì)地絕緣電阻測(cè)量，滿足絕緣電阻大于100MΩ或?qū)υ骷M進(jìn)行對(duì)地絕緣電阻測(cè)量，滿足絕緣電阻大于10MΩ即可判斷元件是否老化。

2.3.2 定期試驗(yàn)

定期試驗(yàn)依據(jù)正常運(yùn)行及現(xiàn)場(chǎng)大修分為兩個(gè)階段，針對(duì)每個(gè)階段的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)要求略有不同，分別介紹如下。

（1）正常運(yùn)行期間

本階段試驗(yàn)對(duì)象為伴熱盤與加熱墊控制箱，試驗(yàn)頻次為每周一次，試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括檢查各指示燈等是否正常；旋轉(zhuǎn)伴熱盤轉(zhuǎn)換開關(guān)，檢查配電盤供電電壓是否正常；檢查伴熱盤盤面的HMI 是否正常工作。操作時(shí)需做好防觸電措施，以及防止觸動(dòng)到其他正在運(yùn)行的設(shè)備，造成不必要的誤動(dòng)作。

（2）機(jī)組大修期間

本階段主要開展的試驗(yàn)有三個(gè)，分別為絕緣電阻測(cè)試、介電強(qiáng)度試驗(yàn)和接地有效性試驗(yàn)，試驗(yàn)要求可參考GB7251.1-2013，試驗(yàn)方法分別介紹如下。

①絕緣電阻測(cè)試。用500 兆歐表測(cè)量絕緣電阻值。將絕緣電阻表（兆歐表）水平放置，并遠(yuǎn)離磁場(chǎng)，將被測(cè)物兩端分別接在“接地”及“線路”兩接線柱上，按額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，即可測(cè)得電阻值。各元器件（單個(gè)元器件）測(cè)量值不得小于100MΩ，元器件組（由元器件組成的一個(gè)回路）測(cè)量值不得小于10MΩ。

②介電強(qiáng)度試驗(yàn)。針對(duì)相-地、相-相以及斷口間施加工作絕緣電壓的2500V 的耐壓試驗(yàn)1min 應(yīng)無(wú)擊穿及閃絡(luò)現(xiàn)象。

③接地有效性試驗(yàn)。采用電阻測(cè)試儀，對(duì)裸露的可導(dǎo)電部分與保護(hù)導(dǎo)體之間進(jìn)行電阻測(cè)量，其值不應(yīng)大于0.1Ω。

2.3.3 定期預(yù)防性維修

與定期試驗(yàn)章節(jié)要求類似，本小節(jié)論述的定期預(yù)防性維修同樣分為正常運(yùn)行及機(jī)組大修兩個(gè)階段。正常運(yùn)行階段的預(yù)防性維修對(duì)應(yīng)此階段開展的每周一次定期試驗(yàn)，若發(fā)生異常狀態(tài)，則需要進(jìn)行維修或更換工作。

機(jī)組大修期間，需針對(duì)伴熱纜、加熱墊開展如下檢查維修工作。

當(dāng)溫度回路頻繁啟動(dòng)且溫度下降較快時(shí)，需檢查伴熱管道保溫層是否固定牢固、是否受潮。同時(shí)，還需檢查伴熱纜工作是否正常，管道溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)。

依據(jù)檢查情況，開展相應(yīng)預(yù)防性維修。如保溫層固定松脫，需重新固定牢固。如保溫層受潮，需更換干燥的保溫層并檢查是否需要增加防水措施。針對(duì)伴熱纜檢修，可通過(guò)測(cè)試其絕緣電阻，若測(cè)試不合格需及時(shí)更換，以確保伴熱系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

本文介紹了應(yīng)用在核電廠的電伴熱技術(shù)工作原理、應(yīng)用工藝系統(tǒng)，重點(diǎn)分析了核電廠電伴熱技術(shù)要求、伴熱盤布置及功能設(shè)置，并結(jié)合廠家配套設(shè)備性能，給出伴熱設(shè)備的日常維護(hù)、定期試驗(yàn)及預(yù)防性檢修操作指南及工作重點(diǎn)，為其它電站的電伴熱設(shè)備的應(yīng)用提供了參考和借鑒。