汽水分離再熱器預(yù)堵管的篩查方案及其應(yīng)用

冀潤(rùn)景

(中國(guó)電能成套設(shè)備有限公司，北京，100080)

汽水分離再熱器預(yù)堵管的篩查方案及其應(yīng)用

冀潤(rùn)景

(中國(guó)電能成套設(shè)備有限公司，北京，100080)

文章針對(duì)某核電站汽水分離再熱器在制造階段出現(xiàn)的質(zhì)量事故，通過(guò)對(duì)再熱器受損后的潛在風(fēng)險(xiǎn)分析,有針對(duì)性地提出了檢查方案,最終判定了設(shè)備受損程度及范圍，制定了預(yù)堵管篩查方案，在保證換熱管堵管裕度的前提下，確保了設(shè)備質(zhì)量。文中提出的風(fēng)險(xiǎn)分析、受損判斷及預(yù)堵管篩查方案對(duì)U型管管束型加熱器類(lèi)似問(wèn)題的處理有一定借鑒意義。

汽水分離再熱器，預(yù)堵管，篩查

0 引言

汽水分離再熱器（MSR）作為核電站常規(guī)島的重要設(shè)備，起著對(duì)高壓缸排汽進(jìn)行除濕、再熱的作用，其再熱器采用U形管管束型加熱器。U型管加熱器管束穿管后若出現(xiàn)損傷，通常的做法僅僅能對(duì)外部半徑大的換熱管目視檢查，或通過(guò)壓力試驗(yàn)等判斷是否有泄漏點(diǎn)。對(duì)從外部看不到的管子是否損傷，以及換熱管間距變化造成換熱性能降低等潛在問(wèn)題無(wú)法判斷。

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某核電站汽水分離再熱器在制造階段出現(xiàn)的質(zhì)量事故，通過(guò)對(duì)再熱器受損后的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，有針對(duì)性地實(shí)施篩查，對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或不能確定完好的管子作為預(yù)堵管處理。最終在確保堵管裕度的前提下，實(shí)施堵管。

1 事故情況及初步受損分析

1.1 汽水分離再熱器設(shè)備簡(jiǎn)介

MSR的主要作用是接受高壓缸排汽(濕度約11%～13%)，通過(guò)分離器進(jìn)行除濕(濕度達(dá)0.25%及以下)，并利用高壓缸抽汽和新蒸汽抽汽進(jìn)行兩級(jí)再熱，以避免低壓葉片受到?jīng)_蝕，降低葉片損失等。該項(xiàng)目每臺(tái)機(jī)組有2臺(tái)MSR，分別布置于汽輪機(jī)的左右兩側(cè)。每臺(tái)MSR內(nèi)裝有2臺(tái)一級(jí)再熱器、2臺(tái)二級(jí)再熱器。一、二級(jí)再熱器均為管束型，制造完成后分別從電、調(diào)兩側(cè)穿入MSR大筒體內(nèi)。

二級(jí)再熱器為U形管管束型加熱器，管束全長(zhǎng)12 797 mm，換熱管材質(zhì)為SA268-TP439，鰭片式，外徑19.05 mm，壁厚1.75 mm，鰭片部分外徑16.56 mm，鰭片厚度1.17 mm，管側(cè)最高使用溫度316℃，最高使用壓力8.17 MPa。封頭、過(guò)渡段材質(zhì)SA-516 Gr.70，管板材質(zhì)SA266 Gr.2，管板封頭側(cè)堆焊鎳基合金。其中間管板與L型鋼、波紋板拼焊成中間管板組件，防止運(yùn)行中管束振動(dòng)的同時(shí)，也利于再熱器穿入大筒體后的定位。

1.2 事故概況及初步受損分析

該臺(tái)再熱器在國(guó)外某工廠制造完成，通過(guò)海運(yùn)至國(guó)內(nèi)廠家，與該廠制造的汽水分離再熱器筒體進(jìn)行套裝。由于要海運(yùn)，且運(yùn)至目的地后可能由于大筒體不具備套裝條件，材質(zhì)為SA268-TP439的U型管（馬氏體不銹鋼）易受晶間腐蝕影響，因此在出廠前，將一個(gè)臨時(shí)筒體套在再熱器管束上，與管板焊接在一起，并充氮保護(hù)。

在國(guó)內(nèi)運(yùn)輸階段，由于下雪路滑，發(fā)生交通事故，車(chē)體與隔離帶發(fā)生刮蹭，再熱器從車(chē)板脫落，與隔離帶撞擊后掉落至地面。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施救后，運(yùn)往制造廠。再熱器經(jīng)摔落后，臨時(shí)筒體外表面有多處輕微損傷。在廠家工作人員和監(jiān)造人員共同組織下，工作人員從臨時(shí)筒體管束端人孔鉆入，對(duì)再熱器受損情況進(jìn)行了初步檢查，發(fā)現(xiàn)臨時(shí)筒體內(nèi)壁局部有輕微變形，中間管板組件L型鋼有幾處輕微變形。

為準(zhǔn)確判斷再熱器受損情況，確定修復(fù)方案，各方?jīng)Q定制定檢查方案，將再熱器管束抽出后實(shí)施進(jìn)一步的檢查。

2 基于風(fēng)險(xiǎn)分析的檢查方案制定及實(shí)施

由于像U型管管束型再熱器這樣的設(shè)備出現(xiàn)摔傷事故后，受損狀態(tài)不能直觀顯現(xiàn)，特別是內(nèi)部半徑較小的換熱管。要對(duì)其進(jìn)行受損狀況分析確認(rèn)，必須制定有針對(duì)性的檢查方案。采用基于摔傷后可能造成的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素提出檢查方案，根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行確定，以此作為制定預(yù)堵管篩查方案的前提。

2.1 受損再熱器潛在風(fēng)險(xiǎn)的初步判斷

通過(guò)初步受損情況的分析，考慮到再熱器后續(xù)的套裝、運(yùn)行中可能存在的影響，建立風(fēng)險(xiǎn)清單（見(jiàn)表1）并對(duì)其程度進(jìn)行初步判斷（程度分高、中、低3檔）。

表1 受損再熱器潛在風(fēng)險(xiǎn)的初步判斷

2.2 針對(duì)性檢查方案的提出

針對(duì)再熱器管束可能發(fā)生變形不能正常套裝穿入大筒體的情況，需對(duì)管束變形情況進(jìn)行檢查，檢查方案及流程如圖1所示，確認(rèn)沿管束縱向存在哪些變形部位及其變形程度。具體應(yīng)做以下測(cè)量：

（1）管束整體長(zhǎng)度測(cè)量（從管板到最后的中間管板之間長(zhǎng)度12 797 mm）。

（2）側(cè)板及L型鋼局部變形程度測(cè)量。

（3）對(duì)通過(guò)外觀檢查可看到存在傾斜的中間管板，測(cè)量與之相鄰中間管板4角位置間距。

（4）管束水平方向撓度檢查，通過(guò)目視檢查確認(rèn)是否存在水平方向明顯的變形。

（5）針對(duì)側(cè)板與L型鋼焊接部位在摔落中變形導(dǎo)致蒸汽可能被旁路引起的換熱性能下降，需做以下檢查：

對(duì)側(cè)板和L型鋼焊接部位以及側(cè)板與中間管板焊接部位進(jìn)行目視檢查，如發(fā)現(xiàn)變形明顯之處，進(jìn)行PT探傷。

（6）針對(duì)換熱管可能出現(xiàn)傷痕或破裂，進(jìn)行以下檢查確認(rèn)：

對(duì)換熱管的鰭片受損情況進(jìn)行目視檢查確認(rèn)，分以下幾種程度記錄：a）僅鰭片尖端部有輕微的損傷；b）鰭片根部有輕微損傷；c）鰭片受損，管子本身有變形。

（7）針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中熱膨脹造成管子被禁錮的可能，進(jìn)行以下檢查：

（8）目視檢查換熱管在中間管板管孔中的貫通情況，特定部位如需要可使用內(nèi)窺鏡。

（9）針對(duì)換熱管可能發(fā)生泄漏的情況，進(jìn)行以下檢查：

對(duì)汽側(cè)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力0.1 MPa，保壓12 h，檢查泄漏情況。

（10）若氣密性試驗(yàn)發(fā)生泄漏，則對(duì)每根疑似泄漏的管子（特別是側(cè)板、L型鋼附近的管子）進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，鎖定有泄漏的管子并堵管，堵管后記錄位置，并做最終的氣密性試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1 檢查方案及流程

2.3 再熱器受損狀況分析確定

通過(guò)氣密試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)有泄漏的情況。

通過(guò)尺寸檢查確定管束水平方向全長(zhǎng)變形量6 mm。經(jīng)查圖紙，大筒體內(nèi)再熱器安裝通道水平方向兩側(cè)各有31.5 mm的余量，因此可以確認(rèn)再熱器能夠正常穿入大筒體。

通過(guò)尺寸檢查和目視檢查，確定再熱器受損變形處在180°方向的縱向位置有7處較大（側(cè)板編號(hào)：4、6、9、11、13、15），上部L型鋼5處，下部L型鋼2處，如圖2所示。7處變形部位變形量最大發(fā)生在編號(hào)為11的側(cè)板L型鋼處，變形量21.2 mm（見(jiàn)表2）。變形可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)蒸汽通道不流暢，管子破裂，因此需采用千斤頂修復(fù)變形的L型鋼，且因?yàn)椴糠植课恍迯?fù)量大，修復(fù)時(shí)需要?jiǎng)踊稹?/p>

當(dāng)D市的平均投資回報(bào)率為9%～21%、Y市的平均投資回報(bào)率保持8%不變時(shí)，兩城市投資港口的情況見(jiàn)表3。由表3可知：當(dāng)D市的投資回報(bào)率低于城市平均投資回報(bào)率15.17%時(shí)，D市投資港口是有效的，此時(shí)D市以最大能力投資投資回報(bào)率為16.62%。之后，隨D市平均投資回報(bào)率的上升投資港口變得不經(jīng)濟(jì)，D市不投資港口此時(shí)，Y市以最大能力投資港口，回報(bào)率為15.19%，遠(yuǎn)超其平均投資回報(bào)率(8%)。

圖2 再熱器受損部位

表2 各部位變形情況mm

3 預(yù)堵管篩查方案的制定及實(shí)施情況

盡管氣密性試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)泄漏，但由于換熱管損傷有一定的隱蔽性，如果在制造階段放過(guò)，可能在核電站運(yùn)行后暴露出隱患。從核電設(shè)備質(zhì)量嚴(yán)格要求的角度出發(fā)，需根據(jù)受損狀態(tài)判斷可能存在的隱患，并針對(duì)隱患制定篩查方案并根據(jù)檢查方案確認(rèn)預(yù)堵管。根據(jù)預(yù)堵管數(shù)量，結(jié)合合同規(guī)定的允許堵管數(shù)量，確定最終能否實(shí)施堵管。允許堵管數(shù)量Nplug的計(jì)算方法為：

式中：N為換熱管數(shù)量，本臺(tái)再熱器為667根；δ為許用堵管裕度，設(shè)計(jì)要求5%；可得允許堵管的數(shù)量Nplug為32根。

3.1 L型鋼和側(cè)板變形修復(fù)情況確認(rèn)

根據(jù)圖紙要求，如果修復(fù)后，L型鋼和側(cè)板凹進(jìn)3 mm以上，則可能導(dǎo)致其與管子有接觸，因此需確保各部位修復(fù)后變形量在3 mm以下。通過(guò)在中間管板之間放置拉伸儀測(cè)量，確定各部位修復(fù)后變形量在3 mm以下。

3.2 換熱管干擾情況檢查

如果管子和L型鋼、側(cè)板或者管子之間有干擾，則可能造成在運(yùn)行時(shí)干擾部位不能正常換熱，甚至破裂。通過(guò)L型鋼變形量判斷管子干擾情況，變形最大部位11號(hào)側(cè)板處可能存在11根管子有干擾，如圖3所示。

圖311 號(hào)側(cè)板L型鋼處管子干擾設(shè)想

為確認(rèn)干擾情況，通過(guò)內(nèi)窺鏡確認(rèn)管子和L型鋼或側(cè)板間的干擾，用直尺確定管子之間的干擾，如圖4所示。直尺厚1.3 mm，應(yīng)順利通過(guò)管子之間間隙。

經(jīng)檢查確認(rèn)，圖4中2、4、5、9號(hào)管存在干擾，因?yàn)檫@些管子之間直尺不能塞入，6、10、11、12號(hào)管子不能判斷是否有干擾。但考慮L型鋼變形量大，保守起見(jiàn)，考慮暫時(shí)均作為預(yù)堵管處理。

圖4 直尺塞入檢查干擾情況示意圖

3.3 換熱管通暢程度確認(rèn)

變形部位附近的管子可能受沖擊變形，會(huì)導(dǎo)致投運(yùn)后檢修時(shí)渦流探傷探頭無(wú)法伸入導(dǎo)致不能實(shí)施檢查，且對(duì)于變形的管子，很難判斷其受損程度，因此需采用模擬渦流探傷探頭尺寸的專(zhuān)用測(cè)量工具測(cè)試管子內(nèi)部的通暢程度，對(duì)不暢通的管子做預(yù)堵管處理。

經(jīng)檢查確認(rèn)，未發(fā)現(xiàn)有管子不通暢的情況。

3.4 動(dòng)火修復(fù)變形時(shí)受熱影響管子的排查

由于修復(fù)時(shí)動(dòng)火，則可能導(dǎo)致部分管子受熱影響，對(duì)管子的強(qiáng)度帶來(lái)不確定的影響。因此，通過(guò)目視檢查修復(fù)部位是否有動(dòng)火痕跡，對(duì)該處的換熱管作為預(yù)堵管處理。經(jīng)檢查確認(rèn)，圖5中1號(hào)管有明顯的動(dòng)火痕跡，作為預(yù)堵管處理。4號(hào)管雖無(wú)痕跡，但考慮到其曾暴露在火焰下，將其做預(yù)堵管處理。2、4、5、6、9、10、11、12由于不能觀測(cè)到是否有痕跡，暫定作為預(yù)堵管考慮。

圖5 預(yù)堵管位置示意圖

3.5 摔落時(shí)沖擊載荷過(guò)大導(dǎo)致?lián)Q熱管材料屈服的排查

換熱管材料SA-516 Gr.70的屈服強(qiáng)度為205 MPa，通過(guò)對(duì)L型鋼和側(cè)板受損變形情況的分析，判斷圖5中2、4、5、6、11號(hào)管子可能會(huì)因沖擊載荷超過(guò)屈服強(qiáng)度而失效。

結(jié)合章節(jié)3.1～3.5，鎖定預(yù)堵管為圖5中1、2、3、4、5、6、9、10、11、12共10根管子，低于許用堵管余量32根。因此，經(jīng)各方?jīng)Q定，對(duì)這10根管子實(shí)施堵管。預(yù)堵管篩查方案流程如圖6所示。

圖6 預(yù)堵管篩查流程

4 總結(jié)及經(jīng)驗(yàn)反饋

本文結(jié)合某核電站MSR二級(jí)再熱器設(shè)備因事故造成的質(zhì)量問(wèn)題的處理情況，提出了基于風(fēng)險(xiǎn)分析為基礎(chǔ)的初步檢查方案，以確定受損狀況。結(jié)合受損狀況，提出了預(yù)堵管的篩查方案，最終在確保堵管余量的前提下，實(shí)施了堵管。

事故發(fā)生后做了大量處理工作，耗費(fèi)了大量成本，因此有必要從事故發(fā)生原因上做出經(jīng)驗(yàn)反饋，即在運(yùn)輸環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題。一方面，可能存在裝車(chē)時(shí)，綁扎、固定不牢，導(dǎo)致事故出現(xiàn)時(shí)，設(shè)備摔落；另一方面，缺少對(duì)這類(lèi)大件的運(yùn)輸方案，以及在特殊天氣下的應(yīng)急預(yù)案。

之后，監(jiān)造方加強(qiáng)了對(duì)承包商大件運(yùn)輸?shù)墓芾?，要求按?guī)定對(duì)一定尺寸大件的運(yùn)輸需提供運(yùn)輸方案，經(jīng)監(jiān)造人員確認(rèn)后才能執(zhí)行。對(duì)部分重要部件的運(yùn)輸，還需專(zhuān)門(mén)編制運(yùn)輸質(zhì)量計(jì)劃，對(duì)裝車(chē)情況實(shí)施見(jiàn)證點(diǎn)監(jiān)督。這些舉措有效地控制了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，截止目前本項(xiàng)目再未出現(xiàn)運(yùn)輸過(guò)程中的事故。

圖5 FD119B塔筒改造實(shí)例

5 結(jié)論

采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)定義設(shè)計(jì)意圖、建立骨架模型、共享數(shù)據(jù)和參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)周期短、質(zhì)量要求高的設(shè)計(jì)要求，縮短設(shè)計(jì)周期30%以上。

[1]劉釗,付亮,何玉玲.Pro/E自頂向下設(shè)計(jì)方法在復(fù)雜機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2011,（5）:18-20

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[5]周興.半掛車(chē)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究[D].太原:太原理工大學(xué),2012

Screening Scheme and Application for Pre-blocking Tube of MSR Reheater

Ji Runjing
（China Power Complete Equipment Co.,Ltd.,Beijing,100080）

Regarding with the quality accident of MSR reheater during the manufacturing stage,potential risk analysis about the damaging is made,checking scheme is proposed accordingly,the extent and scope of damaging is judged and screening scheme for pre-blocking tube is made.In premise of tube is abundant,the equipment quality is assured.The risk analysis,damaging judging and screening scheme for pre-blocking tube for U-type tube reheater can be used for reference on the similar problem.

MSR reheater,pre-blocking tube,screening

TK266

B

1674-9987（2015）04-0068-05

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.04.015

冀潤(rùn)景(1981-)，男，研究生，高級(jí)工程師，目前主要從事核電設(shè)備監(jiān)造技術(shù)及管理工作。