秦山二核MSR二級再熱器人孔泄漏原因分析及處理

代巍巍等

摘要：汽水分離再熱器（MSR）是核電站常規(guī)島中的重要設(shè)備，主要用于對高壓缸排出的循環(huán)蒸汽進(jìn)行分離去濕和再熱。文章結(jié)合秦山第二核電廠的現(xiàn)場情況，論述了汽水分離再熱器二級人孔泄漏的原因分析及處理方案。

關(guān)鍵詞：MSR；汽水分離再熱器；二級再熱器；人孔泄漏；核電站常規(guī)島；高壓缸 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2015）22-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.037

1 汽水分離再熱器（MSR）介紹

汽水分離再熱器是壓水堆核電廠的重要設(shè)備，每臺汽輪機(jī)設(shè)有兩臺，它們被水平放置于汽機(jī)房運轉(zhuǎn)層上。主要用于把汽輪機(jī)高壓缸排出的循環(huán)蒸汽進(jìn)行分離去濕和再熱。

2 設(shè)備缺陷

2013年9月9日，秦山二核1號機(jī)組汽水分離再熱器1GSS210ZZ出現(xiàn)二級再熱器人孔蒸汽泄漏缺陷。工作人員對人孔螺栓進(jìn)行緊固后漏汽量減小，但仍有飄汽現(xiàn)象無法完全消除，最終實施帶壓堵漏才徹底消除了漏汽

缺陷。

3 缺陷原因分析及驗證

3.1 設(shè)備工況及歷史缺陷情況

汽水分離再熱器二級再熱器法蘭形式為凹凸面法蘭（MF型），同時設(shè)計壓力P=8.273MPa，設(shè)計溫度t=316℃，運行壓力P=6.004MPa，運行溫度t=275.6℃。

舊型號密封墊為MPR包覆墊，結(jié)構(gòu)采用內(nèi)金屬薄板包裹填充膨脹石墨，上下粘貼膨脹石墨的復(fù)合形式，墊片內(nèi)圈焊接金屬定位環(huán)。

對1/2號機(jī)組4臺汽水分離再熱器人孔泄漏的歷史情況進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，運行期間泄漏缺陷有4次，由于運行期間汽水分離再熱器難以隔離，并且高溫高壓蒸汽泄漏處理屬于高風(fēng)險作業(yè)，故需要找出泄漏的根本原因并徹底消除安全隱患。

3.2 原因分析

汽水分離再熱器缺陷人孔蒸汽泄漏量呈噴射狀，均勻緊固螺栓后泄漏蒸汽由噴射狀減小為輕微飄汽，最后實施帶壓堵漏徹底消除缺陷。針對此種情況，有以下三個方面的原因：

3.2.1 安裝問題。現(xiàn)場實際安裝時，有多方面因素可能導(dǎo)致墊片密封失效：安裝時墊片與法蘭中心偏離過大，壓縮不均勻；安裝期間墊片或法蘭的密封面上有異物，造成壓縮過程中有漏道產(chǎn)生。

3.2.2 設(shè)備問題。汽水分離再熱器二級人孔法蘭密封面為凹凸面，懷疑凹面或凸面深度偏差大，在密封墊厚度均勻的情況下，對密封墊的壓縮不均勻，從而造成泄漏，或者密封面有貫穿性損傷，也同樣會出現(xiàn)

泄漏。

3.2.3 備件問題。墊片制造質(zhì)量不過關(guān)或者技術(shù)性能不達(dá)標(biāo)，設(shè)備在高溫高壓工況下長期運行，膨脹石墨應(yīng)力松懈，壓力、溫度有輕微波動時，墊片的回彈量不足以補(bǔ)償由于波動導(dǎo)致的密封面間隙增大，從而出現(xiàn)泄漏。

3.3 原因分析驗證

根據(jù)三個方面的原因分析，進(jìn)一步進(jìn)行了討論排查及驗證。

3.3.1 如果安裝出現(xiàn)問題，在設(shè)備剛投入運行，壓力、溫度達(dá)到運行工況后就會出現(xiàn)泄漏，不會運行數(shù)月后才出現(xiàn)缺陷，故排除此原因。

3.3.2 針對設(shè)備法蘭密封面可能出現(xiàn)的問題，大修設(shè)備停運期間，工作人員對人孔法蘭密封面進(jìn)行了測量和驗證，未發(fā)現(xiàn)有凹凸面深度偏差大的情況，同時也未發(fā)現(xiàn)密封面有貫穿性損傷，故也可排除此原因。

3.3.3 根據(jù)對安裝問題和設(shè)備問題的核實確認(rèn)，備件問題應(yīng)是造成汽水分離再熱器二級再熱器人孔泄漏的主要原因。

根據(jù)分析結(jié)果，對舊型號MPR墊片進(jìn)行了壓縮回彈性能試驗及泄漏率檢測。驗證結(jié)果顯示，舊型號墊片壓縮率為50.378%，回彈率為5.448%，泄漏率為3.50E-05，而舊型號MPR墊片生產(chǎn)廠家給出的產(chǎn)品說明中，壓縮率為22%～40%，回彈率為17%，對比可見，舊型號墊片壓縮率偏高，而回彈率則偏小，由此確認(rèn)備件原因是造成人孔泄漏的根本原因。

4 墊片換型設(shè)計

4.1 換型墊片的選用

根據(jù)設(shè)備運行的溫度、壓力以及類似設(shè)備的密封墊片選型和運行情況，考慮更換為回彈性能更好的金屬石墨纏繞墊，同時對換型墊片進(jìn)行重新設(shè)計和試驗驗證。

金屬石墨纏繞墊是半金屬密封墊中回彈性能最佳的墊片，由V形薄鋼帶與填充料（石墨）交替纏繞而成，墊片接觸的法蘭密封面表面精度要求不高，特別適用于負(fù)荷不均勻，易出現(xiàn)應(yīng)力松弛，溫度與壓力周期性變化和有沖擊力或震動的工況。金屬石墨纏繞墊性能指標(biāo)中最大泄漏率≤1.0×10-5Pa·m3/s，壓縮率18%～30%，回彈率≥15%。

二級再熱器人孔密封面為凹凸面，故換型墊片采用內(nèi)環(huán)形式，以避免墊片被壓潰散落至容器內(nèi)部成為

異物。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4622規(guī)定，對汽水分離再熱器二級再熱器人孔密封墊片進(jìn)行了重新設(shè)計和試驗，換型后墊片技術(shù)參數(shù)為：材質(zhì)316L+石墨，型號規(guī)格φ584×554×532×4.5×3.05mm，內(nèi)環(huán)型，材料選用滿足以下要求：（1）柔性石墨：高純度的柔性石墨，符合《核級柔性石墨板技術(shù)條件（Q/TS-GR-08）》；（2）不銹鋼板：牌號316L，滿足RCC-M M3307及M200要求；（3）不銹鋼帶：牌號316L，滿足GB/T 4239規(guī)定。

4.2 換型墊片試驗驗證

為進(jìn)一步確認(rèn)換型墊片技術(shù)性能指標(biāo)滿足要求，對換型墊片的壓縮回彈率、泄漏率進(jìn)行了試驗驗證，試驗采用改變加力載荷，壓緊應(yīng)力以70MPa→45MPa→70MPa的變化方式分三步檢測泄漏情況。

第一次壓緊應(yīng)力70MPa試驗：

壓縮率29.539%，回彈率17.207%，泄漏率5.90E-08。

第二次壓緊應(yīng)力45MPa試驗：

壓縮率19.851%，回彈率25.865%，泄漏率1.50E-07。

第三次壓緊應(yīng)力70MPa試驗：

壓縮率12.40%，回彈率45.43%，泄漏率9.20E-08。

在三次改變加力載荷的情況下，換型墊片的壓縮回彈率和泄漏率仍然滿足要求，同時換型后墊片尺寸發(fā)生了變化，根據(jù)螺栓大小、數(shù)量，墊片有效密封面積以及設(shè)備運行的溫度、壓力等參數(shù)重新計算緊固力矩為980N·M。

5 結(jié)語

經(jīng)過兩次大修，兩個機(jī)組四臺汽水分離再熱器密封墊片均由MPR包覆墊更換為內(nèi)環(huán)型金屬石墨纏繞墊，設(shè)備投運至今未再出現(xiàn)泄漏缺陷。通過對汽水分離再熱器二級再熱器人孔泄漏缺陷的分析驗證，使用金屬石墨纏繞墊替換了MPR包覆墊，避免了運行期間蒸汽泄漏導(dǎo)致的高風(fēng)險消缺作業(yè)，消除了機(jī)組安全隱患，大大提高了機(jī)組運行的安全性和穩(wěn)定性。

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作者簡介：代巍?。?986-），男，河南開封人，中核核電運行管理有限公司工程師，研究方向：核電廠容器、換熱器及指套管。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）