核電廠蒸汽發(fā)生器傳熱管運行維護

張海峰　席前鋒　牟文通　李躍　趙國棟

【摘 要】本文通過對各種可能造成蒸發(fā)器傳熱管破損的原因進行分析，討論如何采取相應(yīng)的防護措施，以盡可能的減少傳熱管破損的事件發(fā)生。重點從蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點、傳熱管材料、水化學(xué)等方面分析可能造成破損的原因和形式；從改善水化學(xué)特性，進行在役檢查及大修保養(yǎng)三方面采取防護措施，避免壽期內(nèi)出現(xiàn)傳熱管破損事故。

【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器；傳熱管；保養(yǎng)；水化學(xué)；在役檢查

蒸汽發(fā)生器在核電廠中是一個十分重要的裝置。由于在核電廠考慮到要避免放射性泄露和保證堆芯的安全，不能直接使用反應(yīng)堆的熱量來產(chǎn)生蒸汽，因此，需要一個中間傳熱裝置用于將反應(yīng)堆的熱量傳遞給二回路給水以產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機做功，這個裝置就是蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器不僅像火電廠的鍋爐一樣產(chǎn)生蒸汽帶動汽輪機做功，而且是核安全的第二道屏障。蒸汽發(fā)生器傳熱管一旦泄露將造成一回路的放射性物質(zhì)外泄。所以蒸汽發(fā)生器的運行維護工作在整個核電站的壽期都很重要，下面就對蒸汽發(fā)生器壽期內(nèi)的運行維護進行討論。

1 蒸汽發(fā)生器的功用及傳熱管破裂的危害

首先，表現(xiàn)在電廠效益上，傳熱管破損后必需停機停堆進行處理，在一定時間內(nèi)不能發(fā)電，會造成經(jīng)濟損失。其次，會造成放射性污染，因為蒸汽發(fā)生器傳熱管及管板是一回路壓力邊界，能量通過蒸發(fā)器傳給二回路給水，若是傳熱管破損，相當于第二、三道屏障同時失去，一回路帶有放射性的液體就毫無阻礙地進入汽輪機和冷凝器，從而造成這些設(shè)備放射性污染。如果不及時終止泄漏，一回路的高壓冷卻劑還有可能使蒸汽發(fā)生器安全閥打開，最終通過大氣旁排系統(tǒng)排放，擴散到大氣，對周邊環(huán)境造成放射性污染。

2 造成傳熱管破損的原因分析

造成傳熱管破損的一般原因主要有三點：蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)本體上的原因，一、二回路水化學(xué)問題和設(shè)備制造過程未消除預(yù)應(yīng)力及選取材料的抗腐蝕性能低。具體如下：

2.1 一次側(cè)水應(yīng)力腐蝕開裂

在U形小彎頭區(qū)，由于彎管過程中留下過大的殘余應(yīng)力還有在脹管過渡區(qū)由于脹管時的機械應(yīng)力未消除，在運行時，受一回路高溫高壓的影響，在溫度較高的內(nèi)壁出現(xiàn)裂紋。

2.2 二次側(cè)晶間應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕

現(xiàn)在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水中的雜質(zhì)濃度已降低到很低水平，但由于蒸發(fā)器自身的結(jié)構(gòu)特點和采取自然循環(huán)的方式，水被加熱成為蒸汽離開蒸發(fā)器，在滯流區(qū)、雜質(zhì)堆積處和縫隙處，不揮發(fā)性的雜質(zhì)會濃縮104～105倍，這樣水中的雜質(zhì)離子就留在了蒸發(fā)器內(nèi)，就造成蒸發(fā)器內(nèi)離子濃度增高，甚至有些地方因水份蒸發(fā)而析出，積沉在管板上或傳熱管與支撐板的縫隙里。還有一些難溶性微粒，如Mg2+、Ca2+離子，本身溶解度就非常低容易析出附著在傳熱管表面上。在這些區(qū)域因腐蝕性物質(zhì)的積累造成二次側(cè)晶間應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕。這些離子可能是給水帶進SG的，也可能是運行前就留在SG內(nèi)的。

2.3 防振條對管子的微振磨損和松動件對管子的磨損

傳熱管在防振條或支撐板的接觸處產(chǎn)生不允許的磨損，管壁會出嚴重的減薄現(xiàn)象。如果U形彎頭區(qū)的防振條離支撐點距離過遠或者管子與防振條之間的間隙太大，都會在U形彎頭區(qū)出現(xiàn)微振磨損。引起微振磨損的主要原因是流體流動時管子產(chǎn)生的振動，流體的橫流或順流都會引起管子的振動，并與防振條的距離、剛度、與管子間的間隙等有關(guān)。

2.4 耗蝕和均勻腐蝕

所謂耗蝕，即是指傳熱管管壁發(fā)生減薄的現(xiàn)象。這是由于可溶性酸性磷酸鹽在局部高度濃縮而對管子產(chǎn)生均勻腐蝕。耗蝕多發(fā)生于蒸汽發(fā)生器以下幾個部位：

一是，管板上方的管子根部，特別是泥渣堆積區(qū)附近容易發(fā)生耗蝕；

二是，穿過支撐板的那部分管子表面；

三是，管束的彎頭部位。

3 在蒸汽發(fā)生器使用壽期內(nèi)避免傳熱管破裂應(yīng)采取的防護措施

秦山二期的蒸汽發(fā)生器在結(jié)構(gòu)設(shè)計和取材上吸取以往的經(jīng)驗，通過對蒸汽發(fā)生器傳熱管本體抗腐蝕性能的提高，從而在SG結(jié)構(gòu)特點和傳熱管選材及制造過程中的預(yù)應(yīng)力這兩方面降低了發(fā)生腐蝕破裂的可能。所以在發(fā)電廠的整個運行壽期內(nèi)應(yīng)以考慮控制一、二回路的水化學(xué)特性為主，還要做好預(yù)防性的檢查和維護，從而減少和避免傳熱管破裂的事故的發(fā)生。最后在機組大修時，為避免蒸汽發(fā)生器傳熱管與空氣直接接觸還必須進行保養(yǎng)。

3.1 水化學(xué)控制

在蒸汽發(fā)生器中，由于蒸發(fā)以及高溫使雜質(zhì)濃縮，因此設(shè)計上增加了蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)，排污系統(tǒng)將排污水過濾除鹽后重新排入凝汽器進行循環(huán)利用。通過連續(xù)排污雖然可降低雜質(zhì)濃度，但排污率只有42T/H，作用有限。因此，二回路水化學(xué)控制要比較嚴格，具體可分為：

3.1.1 對二回路水質(zhì)處理進行處理

為了防止殘渣的生成，二回路水主要向水汽回路加入揮發(fā)性堿性物質(zhì)：氨水和聯(lián)氨，即采用全揮發(fā)處理。

氨水是揮發(fā)性堿，它既可以調(diào)節(jié)pH值，減少回路的腐蝕，又避免產(chǎn)生雜質(zhì)在蒸汽發(fā)生器水中濃縮。核電二期凝汽器是采用鈦冷卻管，適當提高給水pH可以減少腐蝕和減少回路中Fe3O4/Fe2O3的產(chǎn)生，pH一般控制在9.3～9.7（25℃）。聯(lián)氨作為還原劑，它一方面使Fe和Cu處在非氧化態(tài)（Fe3O4，CuO），另一方面，是物理除氣（凝汽器的真空除氧和除氧器的熱力除氧）的補充，除去回路中少量殘余氧氣。

3.1.2 對二回路的化學(xué)進行監(jiān)測

二回路的化學(xué)監(jiān)測必須要連續(xù)監(jiān)測，以便能隨時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，同時要求測量靈敏，能判斷出細微的污染引起的數(shù)值變化。為了減少化驗人員的工作和手動取樣的頻率以及能及時發(fā)現(xiàn)污染，秦山二期主要依賴于化學(xué)在線儀表。

機組大修啟動時，有些參數(shù)需要手動取樣，比如，二回路打大循環(huán)凈化時需要取樣測量鐵離子含量。

3.1.3 必須遵守二回路化學(xué)規(guī)范：

對于無銅—氨處理，正常運行時蒸汽發(fā)生器給水必須保證pH（25℃）9.1以上，排污水必須保證pH≥8.9（25℃）。

對于氧含量的控制要求給水氧含量小于0.005ppm，當功率大于40%FP，抽取的凝結(jié)水氧含量小于0.010ppm，當功率小于40%FP，抽取的凝結(jié)水氧含量小于0.020ppm，任意一個數(shù)值超標，必須查明原因，并避免吸入空氣。

蒸汽發(fā)生器必須控制Na離子含量，蒸汽發(fā)生器排污水的Na—陽離子電導(dǎo)率要求控制在圖1范圍內(nèi)：

3.2 傳熱管在役檢查

對于蒸汽發(fā)生器傳熱管無論如何控制水質(zhì)，不腐蝕都是相對的，腐蝕是絕對的，只是時間快慢和程度的問題。所以除了水化學(xué)處理外，還要對蒸汽發(fā)生器傳熱管進行在役檢查，通過發(fā)現(xiàn)前期的可預(yù)見性的缺陷，提前采取相應(yīng)的措施，避免在運行中蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂的事故的發(fā)生。

SG傳熱管在役檢查一般在換料大修期間時執(zhí)行。在役檢查的結(jié)果一般以役前檢查的數(shù)據(jù)做為對比基準，監(jiān)督蒸汽發(fā)生器傳熱管缺陷在運行中的擴展。檢查的方法一般都采用渦流檢查，通過遙控機械手將探頭插入傳熱管內(nèi)進行無損檢查。其原理是將交流電送入探頭的細線圈內(nèi)使其產(chǎn)生磁場，使環(huán)繞它的傳熱管壁產(chǎn)生電磁流，從而影響線圈返回的交流信號。當探頭經(jīng)過傳熱管有缺陷的區(qū)域時，如有耗蝕或者點蝕，根據(jù)線圈返回信號的變化，可以判別破損的類型及程度。

當傳熱管外徑缺陷超過壁厚的40%即認為傳熱管不可用，所以當出現(xiàn)這種情況和已出現(xiàn)破口就要采取措施。一般有兩種方法：一是，堵管，堵管是非常成熟的方法，但是它只允許有20%以下的堵管率，否則應(yīng)降低額定功率；二是，襯管，襯管采用焊接或機械脹管為傳熱管增加一個金屬襯管。它的優(yōu)點是保持了蒸汽發(fā)生器傳熱面，不會降低效率，缺點是費用高，只能襯一層，而且襯管的接頭可能先開始腐蝕。

必要時可以對蒸汽發(fā)生器進行機械清洗和化學(xué)清洗。

3.3 蒸汽發(fā)生器保養(yǎng)

在蒸汽發(fā)生器停用期間，必須嚴格限制它的含氧量，以防止局部腐蝕。所以必須對蒸汽發(fā)生器進行保養(yǎng)，其分為濕保養(yǎng)和干保養(yǎng)，其中濕保養(yǎng)是向蒸汽發(fā)生器充注經(jīng)化學(xué)處理的除氧水（溶解氧含量小于0.1ppm）和將系統(tǒng)置于氮氣保護下。而干保養(yǎng)是將蒸汽發(fā)生器水疏凈后將蒸汽發(fā)生器的空氣抽凈，然后使設(shè)備處于氮氣保護下。

4 結(jié)語

以上結(jié)合秦山二期的實際對有可能造成SG傳熱管破損的原因進行分析和討論如何采取相應(yīng)的防護措施來加以避免。保證機組的正常運行，提高生產(chǎn)效率。所以不管怎樣，無論采取任何措施都是為了減少和避免SG傳熱管破損的發(fā)生，使電廠能順利正常的運行，產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效。

[責任編輯：王楠]