核電廠凝汽器傳熱管漏點的定位檢查與修復

黃 鎧 方 江 趙永明 蔣申華 查 萌 劉洪群

（1. 中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2. 蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

凝汽器是核電廠的重要設備，海水泄漏是凝汽器的嚴重事故，不但會導致二回路水質(zhì)惡化，加速設備腐蝕，降低使用壽命[1]，更會導致蒸發(fā)器排污的參數(shù)劣化，造成機組模式后撤。某核電1號機組凝汽器采用鈦-鋼復合管板和鈦質(zhì)傳熱管，鈦管與管板通過密封焊脹管連接，單側12204根，鈦管規(guī)格為φ25×0.5mm，長度15190mm，冷源海水走管程，蒸汽走殼程，兩者通過鈦管表面進行熱交換[2]。2021年12月中旬，1號機組凝泵出口和蒸發(fā)器排污在線鈉表數(shù)值異常升高，化學取樣分析后判斷凝汽器發(fā)生海水泄漏。泄漏量持續(xù)升高，峰值漏量達到24kg/h，嚴重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

本文通過實際泄漏案例，結合多年查漏經(jīng)驗，制定了漏點定位和修復進度計劃，介紹了選擇查漏方法的原因和使用效果，為將來類似事故的響應和處置提供了經(jīng)驗。

1 定位漏點

凝汽器漏點查找方法很多，有“目視法”、“覆膜法”等傳統(tǒng)方法，也有渦流檢測、氦檢漏等無損檢測方法，每種方法都有優(yōu)點和局限性。查漏過程中，要根據(jù)漏點發(fā)展和機組狀態(tài)合理選擇檢漏方法，做到既快速又準確。本文設計了目視檢查管板，覆膜定位漏管，渦流檢查漏管周邊的查漏方案。

1.1 目視檢查

目視檢查是漏點定位中必不可少的環(huán)節(jié)，主要檢查管板完整性和管口密封焊余高。隔離2水室并打開人孔后，檢修人員進入凝汽器執(zhí)行目視檢查，確認管板和密封焊完好。鈦是一種活性金屬，常溫下能與氧生成致密的氧化膜而保持高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性，鈍性系數(shù)高達2.44，沿海電站使用鈦管的凝汽器基本無腐蝕問題[3]。

1.2 覆膜檢查

覆膜是宏觀上的定性檢查方法，優(yōu)點是操作簡單，現(xiàn)象直觀，人員無需持有無損檢測資格證書。在不停運凝汽器汽側真空的情況下，覆膜檢查是效率最高的查漏方式，可以迅速定位泄漏的鈦管[4]。局限性也非常明顯，使用前需要滿足2個條件：抽真空系統(tǒng)運行，漏點破口較大。即抽真空系統(tǒng)停運狀態(tài)下，如大修期間，覆膜檢查無法使用。此外，若泄漏是由多個小破口分布在不同的鈦管引起的，即單根鈦管僅有微量泄漏，可能會導致吸入反應太小而無法檢出。

維修人員對凝汽器管板進行沖洗后，使用0.01 mm的薄膜覆蓋管板，在抽真空系統(tǒng)的作用下，鈦管出現(xiàn)吸入反應。采用內(nèi)窺鏡檢查該傳熱管內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)1個直徑為2mm的O形貫穿孔，確定該鈦管為引起泄漏的原因，如圖1所示。

圖1 覆膜檢查和內(nèi)窺鏡檢查

1.3 渦流檢查

鈦管管內(nèi)因素和管外因素均有可能導致鈦管破損，前者包括海水側沖刷、撞擊等，后者包括蒸汽側異物撞擊、震動等。管內(nèi)因素的破壞范圍僅為該根鈦管，管外因素的破壞范圍較大，包括該鈦管及其附近的鈦管。因此發(fā)現(xiàn)破損鈦管后，必須對其周邊管進行檢查（以下簡稱“周邊檢”），采用的方法主要是渦流檢查。渦流檢查利用電磁感應原理檢測鈦管表面缺陷，靈敏度非常高，不但能發(fā)現(xiàn)貫穿缺陷，還能發(fā)現(xiàn)未貫穿的缺陷，如劃傷、減薄、變形等，同時能夠準確找出缺陷位置[5]，為后續(xù)內(nèi)窺鏡檢查提供了便利，很適合進行周邊檢。渦流檢查與內(nèi)窺鏡檢查互不干擾，可以同時開始。本次渦流檢查的范圍為破損管周邊2圈鈦管，采用薄壁樣管和薄壁減薄管進行標定，檢測后未發(fā)現(xiàn)缺陷，周邊鈦管狀態(tài)良好。

2 焊接修復

鈦具有很高的活潑性，在高溫下與氧、氮、碳、氫等親和力很強。在300℃以上就開始吸氫，在600℃以上就大量吸氧和氮。氫溶于鈦中，不僅導致產(chǎn)生氣孔，而且冷卻時析出的鈦氫化合物能劇烈地降低材料的韌性，在組織應力作用下還會產(chǎn)生裂縫。氧和氮與鈦生成的化合物能使焊接接頭的硬度提高，塑性嚴重下降。碳對鈦及其合金也有很大影響，高溫下碳與鈦生成碳化鈦也能使焊縫塑性下降，產(chǎn)生裂縫，常溫時，碳以間隙形式固溶于鈦中，使強度提高、塑性下降。碳超過溶解度時還能生成硬而脆的TiC，呈網(wǎng)狀分布，易于引起裂紋。焊接時，工件及焊絲上的油污能使焊縫增碳?；阝伒囊陨咸匦?，焊接前應當打磨堵頭清除油污，焊接過程采用純氬作為保護氣體隔絕空氣，并設計加工專用焊接保護拖罩，對焊槍噴嘴不能保護的臨近高溫區(qū)進行保護。焊接完成后應進行外觀檢驗判斷焊縫焊接保護是否良好，方法為觀察焊縫及熱影響區(qū)的顏色情況。如果焊接保護良好，焊縫及熱影響區(qū)應為銀白色或金黃色等具有金屬光澤的顏色。還需對焊縫及熱影響區(qū)進行100%液體滲透檢測（PT），不得有裂紋、未熔合、氣孔等焊接缺陷。

堵管修復時，選用規(guī)格為φ1.6mm的TA1純鈦焊材，采用GTAW工藝，氬氣純度≥99.99%，電流控制在（54～77）A范圍內(nèi)，層間溫度控制在80℃以下。

3 投運前驗證

修復完成后，關閉人孔，保持凝汽器水室封閉，采用氦檢漏方法對凝汽器完整性進行驗證。氦檢漏是一種快速而靈敏的檢漏方法，氦氣無毒無味，具有除了氫氣外最高的運動速度，能夠快速穿過鈦管上的漏孔，進入氦質(zhì)譜儀后將引起結果指數(shù)級增長。凝汽器水室封閉后，通過下端排污閥向水室內(nèi)通入氦氣，同時氦質(zhì)譜儀從凝汽器抽真空系統(tǒng)抽氣。持續(xù)檢測1h，氦氣濃度一直處于本底水平，表明凝汽器海水側和蒸汽側的邊界完整，漏點已修復。若氦質(zhì)譜儀檢測到氦氣，表明凝汽器邊界不完整，一般是因為漏點較小導致覆膜無法檢出，應執(zhí)行鈦管渦流全檢。如需檢測多個水室，因氦氣運動速度快，全部檢測完成后才能打開人孔進行收尾工作，避免氦氣逸散導致廠房內(nèi)氦氣本底升高而影響查漏效果。

4 結語

本文對核電機組凝汽器海水漏點的出現(xiàn)、定位、檢查和修復工作進行了歸納和總結，為將來類似事故的快速響應和處置提供經(jīng)驗。