浅析核电厂蒸汽发生器传热管降质及堵管技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析核电厂蒸汽发生器传热管降质 及堵管技术 【摘 要】本文分析了蒸汽发生 器传热管降质的原因，传热管降质的机 理，以及易出现降质的部位，提出预防 手段；简要介绍规范要求的及非规范要 求的蒸汽发生器在役检查主要内容，以 及破损传热管的三种堵管方式；以远程 机械拉拔式堵管技术为例简单阐述国内 堵管技术的现状。结合国内外最新的蒸 汽发生器堵管技术对堵管技术的发展方 向进行探讨。 中国论文网 /8/view-12932535.htm 【关键词】蒸汽发生器；传热管 降质；在役检查；堵管技术 中图分类号： TL353.13 文献标 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 识码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）35-0090-002 The Tube Degradation and Plugging Technology for Steam Generator in Nuclear Power Plant LUO Fei-hua （Nuclear Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd.， Haiyan， Zhejiang 314300，China） 【Abstract】The causes of Steam Generator tube degradation，main methods of in-service inspection and methods of dealing with worn tubes are presented in this thesis.Based on remote mechanical-drawing plugging，briefly introduce the main content of in-service inspection and three typical plugging means.Combining with the latest SG plugging technology at home and abroad，discuss the development direction of plugging technology. -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 【Key words】Steam Generator；Tube Degradation；Inspection；Plugging Technology 0 前言 蒸汽发生器（SG）是压水堆核电 站的关键设备之一，是一回路与二回路 进行热能交换的媒介，也是一回路压力 边界，包容一回路强放射性物质。传热 管若出现破损，一方面一回路放射性物 质会进入二回路系统，进而释放到环境 中；另一方面，放射性释放会引起停机 停堆，造成重大的经济损失。蒸汽发生 器传热管的壁厚约 1mm，传热管总面 积却占一回路压力边界的 70%以上，在 核电厂蒸汽发生器传热管是作为最敏感 脆弱的一环进行精心呵护的。精心呵护 包括但不限于一/二回路水化学严格控制， 蒸汽发生器传热管役前及在役检查，机 组运行中的运行参数严格监测及传热管 泄漏率的连续监测等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 1 SG 传热管降质原因及预防手段 国外内核电厂运行经验表明：腐 蚀和机械损伤是造成 SG 传热管降质的 主要因素。腐蚀又分为一次侧应力腐蚀 （PWSCC） 、二次侧晶间腐蚀（IGA） 及晶间应力腐蚀（IGSCC） 、耗蚀；机 械损伤则分为凹痕、微动磨损、及外来 物磨损。具体情况如表 1： 2 蒸汽发生器在役检查 从表 1SG 传热管降质原因可以看 出，在役检查是预防传热管降质的重要 手段。SG 在役检查包含规范要求的在 役检查（ISI）和非规范要求的在役检查 方法两类，其中规范要求是指根据 RSEM90 版 压水堆核电厂核岛机械部 件在役检查规则和国家核安全局颁布 的核安全法规 HAF0302核电厂在役检 查导则的要求，应定期对 SG 传热管 实施涡流检查（ET）在役检查，属于规 则、导则强制要求的，各核电厂必须执 行并将检查结果提交给核安全局审查的 检查项目；非规范要求的在役检查方法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 则不是法规强制要求，而是根据国内外 同类电厂及自身电厂的运行经验做出的 检查项目，它也是非常必要的。 规范要求的在役检查又分为役前 检查（PSI）和在役检查（ISI） ，役前检 查（PSI）是对蒸汽发生器所有传热管 进行一次全面检查，检查和处理初始缺 陷，并为在役检查（ISI）提供数据基准。 在役检查则是根据电厂在役检查大纲及 在役检查计划，有序的对 SG 传热管进 行抽样检查，用以跟踪寿期内传热管降 质情况并及时作出响应。通常情况下， SG 传热管在役检查计划会在首次换料 大修的时候对 SG 外围两层传热管进行 涡流检查，并进行一定比例的抽样检查； 以后每次大修再抽取相同比例的传热管 进行涡流检查。根据涡流检查的结果对 SG 传热管的降质情况做综合判断，对 达到堵管要求的传热管实施堵管，以防 止降质扩大引起传热管破损。 非规范要求的在役检查主要有三 方面内容：SG 二次侧管板清洁度检查 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 （ITV） 、SG 二次侧冲洗和 SG 二次侧 外来异物取出。非规范要求的在役检查 内容是规范要求的在役检查的重要补充， 对腐蚀环境的破坏以及避免异物对传热 管的损伤有着十分重要的意义。 与大多数 U 形管换热器一样， SG 也有一定程度的换热裕度，即实际 传热管数量有所富裕，通常富裕传热管 数量不超过总传热管数量的 20%，若传 热管堵管数量超过此裕度则核电厂不得 不选择降功率运行或者更换蒸汽发生器。 3 国内外堵管技g 根据蒸汽发生器在役检查结果， 若传热管出现明显降质，则需对其进行 堵管。国内外通用的堵管依据参考 ASME 锅炉及压力容器规范（第 XI 卷） IWB-3521 条的蒸汽发生器传热管验收 标准3，标准规定允许的缺陷深度超过 传热管壁厚的 40%就需要堵管。 文献4研究表明，仅考虑缺陷深 度的影响而忽略缺陷沿传热管轴向长度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的影响是不全面的，也是保守的。并以 传热管缺陷的伤深比 和当量长度比 为参量，利用爆破压力拟合计算公式和 强度条件，提出了传热管在役检查的验 收依据和堵管条件，在实际操作过程中 可作为参考。 国内外核电厂较 为成熟的堵管方式有焊接式和机械式两 种，焊接式是采用焊接的方法将要修复 的传热管与堵头材料熔合在一起，从而 达到足够的密封性能和机械强度。焊接 式堵管的方式多用于设备制造期间和调 试期间，无放射性，可近距离操作，其 工艺成熟，堵管质量取决于焊接技术水 平。 机械式又分为机械辊胀式和机械 拉拔式两种。两种机械式堵管方式在国 内外均有广泛的应用，且均可实现远程 堵管操作。远程堵管操作可大大减少堵 管人员受照剂量，符合辐射防护最优化 （ALARA）原则。 机械辊胀式与传热管胀管原理相 同，即利用辊胀工具将图 1 辊胀式堵头 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 胀接到要修复的传热管，堵头发生塑性 变形，传热管及管板发生弹性变形，辊 胀后的残余应力及管板对传热管和堵头 的接触压力可保证堵头保持在传热管内 壁，并可承受二次侧水压试验压力5。 机械拉拔式所用堵头与辊胀式不 同，从图 2 拉拔式堵头可以看出，堵 头由外筒套和中间的可滑动膨胀块组成。 堵管过程中，堵管工具与膨胀块连接， 通过拉动膨胀块使外筒套发生塑性变形， 传热管与管板发生弹性变形，同样能达 到可靠密封的目的。拉拔式堵头原始及 最终状态如图 3 拉拔式堵管所示。 国内机械式堵管的两种方式，其 堵管设备及堵头均为进口产品，主要供 应商是美国西屋公司。目前机械辊胀式 堵管的堵头国内已有较为成熟的产品， 并取得国家专利；拉拔式堵头尚无成熟 产品。 统计国内核电厂堵管数据可知， 中核核电运行管理有限公司秦二厂、方 家山，海南昌江核电，田湾核电，福清 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 核电及宁德核电在役期间均采用机械拉 拔式堵管技术；而大亚湾核电，岭澳核 电及中核核电运行管理有限公司秦一厂 在役期间采用机械辊胀式堵管技术。上 述核电厂传热管材质大致有两类：不锈 钢，Inconel 合金。某核电厂传热管材质 为 08Cr18Ni10Ti 不锈钢，堵管率相对 较高，已堵管数量达到数百根；采用 Inconel690 材质传热管的核电厂堵管数 量普遍较低，在个位数水平。 4 典型机械堵管技术 以远程机械拉拔式堵管技术为例 简单阐述国内堵管技术的现状。 远程机械拉拔式堵管技术在国内 核电厂有着广泛的应用，其堵管设备的 核心由三部分组成：管板爬行机器人系 统，机械拉拔堵管系统，数字监视和语 音系统。 管板爬行机器人系统是一套通过 电脑远程控制的轻便机器人系统，包含 管板爬行机器人、工作站、控制器、安 装工具等，其核心是管板爬行机器人。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 管板爬行机器人通过气动装置驱动，可 自由的在蒸汽发生器管板上爬行与定位， 当管板爬行机器人携带堵管工具的时候 即可实施远程堵管。 机械拉拔式堵管系统是一套由液 压远程驱动的设备构成，其可搭载于管 板爬行机器人上实施堵管操作。 数字监视和语音系统是一套视频 监视系统和语音系统，用于设备安装和 操作过程中的监视和语音交流。 基本的传热管堵管流程为：先决 条件检查确认堵头质量检查及堵管系 统功能验证系统安装固定待堵传热 管确认与定位单趾安装（安装工具） 管板爬行机器人安装堵管工具固定 到管板爬行机器人上远程操管板爬行 机器人定位到待堵传热管实施远程机 械拉拔堵管堵管完成与工具拆除出 具堵管报告。 整个堵管过程中操作人员无需进 入到蒸汽发生器内部，堵管相关工具的 安装与拆除均采用长撑杆工具实现；堵 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 管操作与监视通过远程操作即可完成。 相较于焊接式堵管，远程机械式堵管技 术有着得天独厚的优势，适用于在役期 间蒸汽发生器传热管堵管操作。 5 结语 蒸汽发生器是核电厂的关键设备， 传热管的降质直接关系着蒸汽发生器的 寿命与核电厂的经济效益。在蒸汽发生 器设计制造阶段已充分考虑传热管降质 机理，通过材料选择及胀管工艺改进可 极大程度上避免蒸汽发生器传热管降质； 在役期间通过在役检查及一回路/二回路 水化学的严格控制可进一步降低蒸汽发 生器传热管降质的发生几率。但通过国 内外运行核电厂的经验可知，以上手段 仍然无法完全避免传热管降质的出现。 传热管降质达到堵管标准后需实施堵管 操