蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂機(jī)理分析和處理

石煒

【摘 要】蒸汽發(fā)生器，俗稱鍋爐，是一種以原料或燃料為基礎(chǔ)，旨在加熱水或其他物質(zhì)的一種機(jī)器設(shè)備。蒸汽發(fā)生器作用范圍廣泛，目前廣泛用于核電站。隨著核電站運(yùn)行時(shí)間的增加，腐蝕和運(yùn)行工況的變化，會(huì)造成一定程度上的危險(xiǎn)與事故。論文將對(duì)核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂進(jìn)行進(jìn)一步分析并提出處理措施。

【Abstract】Steam generator， commonly known as boiler， is a kind of machine equipment based on raw material or fuel， which aims at heating water or other materials. The steam generator has a wide range of functions， and it is widely used in nuclear power plants. With the increase of operation time of nuclear power plant， the change of corrosion and operation condition will cause danger and accident to a certain extent. This paper will further analyze the rupture of steam generator heat transfer tube in nuclear power plant and propose the treatment measures.

【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器；傳熱管破裂；機(jī)理分析

【Keywords】steam generator； heat transfer tube rupture； mechanism analysis

【中圖分類號(hào)】TL353 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）06-0154-02

1 引言

世界經(jīng)歷過幾次工業(yè)革命之后，對(duì)于工業(yè)的生產(chǎn)和加工，有了前所未有的突破，不斷地創(chuàng)造出新產(chǎn)品，革新新技術(shù)，以方便人們更好地使用。18世紀(jì)的第一次工業(yè)革命的開展，蒸汽機(jī)得到了很好的運(yùn)用，隨之而來是各種在蒸汽機(jī)基礎(chǔ)上的不斷創(chuàng)新與改進(jìn)，蒸汽發(fā)生器就是其中的一項(xiàng)進(jìn)步，其以蒸汽機(jī)本身的原理為基準(zhǔn)，通過再發(fā)明與再創(chuàng)造，以適應(yīng)更廣闊的使用范圍。

2 蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂機(jī)理分析

2.1 降溫降壓分析

眾所周知，無論哪一種機(jī)器或是軟件，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)下，都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量和溫度，而長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓狀態(tài)下，對(duì)于機(jī)器本身卻并非好事。以蒸汽發(fā)生器為例，在核電站高溫高壓的運(yùn)行工況下，導(dǎo)致其傳熱管破裂，造成大量的熱量在傳輸運(yùn)作過程中毫無規(guī)律地噴向各個(gè)角落，破壞了蒸汽發(fā)生器傳熱的系統(tǒng)平衡，影響其正常運(yùn)作。因此，降溫解壓的作用不可小覷。通過合理的方式，具體問題具體分析，從源頭和過程挨個(gè)進(jìn)行排查，停止超過標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器運(yùn)行，在機(jī)器運(yùn)行過程中，在不影響其正常工作效率的前提下，采用冷卻、凝固等方法，對(duì)機(jī)器進(jìn)行冷處理，從而減少壓力，降低溫度與熱量。

2.2 運(yùn)行模式分析

由于蒸汽發(fā)生器在高強(qiáng)度運(yùn)作下會(huì)產(chǎn)生了巨大的摩擦力及熱量，很容易導(dǎo)致其傳熱管的破裂，從而發(fā)生意想不到的事故。一回路第二道屏障失去完整性、第三道屏障被旁路，放射性物質(zhì)污染二回路，若控制不及時(shí)，放射性物質(zhì)可能通過大氣排放閥或安全閥直接向大氣排放。同時(shí)發(fā)生一回路破裂疊加事故時(shí)，由于安全殼地坑水位不夠，最終導(dǎo)致堆芯損壞的中期風(fēng)險(xiǎn)。

事故所造成的后果無疑是巨大的損失，巨大的壓力導(dǎo)致一回路的運(yùn)作出現(xiàn)異常，一回路放射性通過蒸汽發(fā)生器釋放到空氣中，對(duì)周圍環(huán)境和核電站附近居民的身體健康帶來危害。在一回路運(yùn)作出現(xiàn)異常時(shí)，二回路在其后的運(yùn)行也會(huì)發(fā)生故障，導(dǎo)致一回路與二回路兩者之間產(chǎn)生了巨大的壓力差，從而導(dǎo)致了傳熱管破裂事故的發(fā)生[1]。

2.3 MSSV卡開分析

導(dǎo)致傳熱管破裂而造成事故的原因，不僅是主蒸汽管道受高溫高壓影響而造成的傳熱管破裂，還有一種較大可能是其管道上的安全閥出現(xiàn)了卡開現(xiàn)象。由于一臺(tái)蒸汽發(fā)生器不止一根傳熱管，且每根傳熱管都處于互相聯(lián)系、互相影響的狀態(tài)，即使只有一根傳熱管破裂，也會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。若多根傳熱管同時(shí)破裂，同樣也會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。而當(dāng)傳熱管的破裂現(xiàn)象和安全閥的卡開現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生時(shí)，會(huì)有大量的危險(xiǎn)物被釋放出來，如此后果將無法預(yù)想[2]。

無論是機(jī)器自身在運(yùn)作過程中發(fā)生了故障，還是由于人為因素造成的事故，都不容忽視。因此，做好前期的防范和控制保護(hù)措施尤為重要。

下面，筆者將在以上機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，從其他方面進(jìn)一步對(duì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂的原因進(jìn)行分析。

3 蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂原因分析

3.1 對(duì)蒸汽機(jī)傳熱管的重視程度不高

檢修人員和化學(xué)人員對(duì)于如傳熱管等基礎(chǔ)設(shè)施的檢測(cè)及重視程度不夠，將大量精力集中于大件工具上，從而忽視了基礎(chǔ)小零件的質(zhì)量與安全運(yùn)作的檢測(cè)。在某些特殊條件下，蒸汽發(fā)生器的某一根傳熱管出現(xiàn)異常，可能在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器的崩潰，但是在發(fā)生問題而沒有引起重視的條件下，故障會(huì)一直存在，機(jī)器的異常運(yùn)作并沒有得到很好的解決，在隨后的運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生危險(xiǎn)的可能性也會(huì)急速提高。因此，加強(qiáng)對(duì)每一個(gè)小零件的重視，對(duì)于減少事故也是有利的。

3.2 對(duì)發(fā)生事故的干預(yù)、檢查、補(bǔ)救和解決問題的能力不足

蒸汽發(fā)生器在傳熱管破裂而導(dǎo)致嚴(yán)重事故時(shí)，相關(guān)部門人員的防御能力嚴(yán)重不足，不能及時(shí)地制定合理的預(yù)防措施，從而增加了事故所造成的損失。在事故發(fā)生前，沒能進(jìn)行系統(tǒng)、透徹的檢查。工作人員對(duì)事故發(fā)生的干預(yù)能力不足，使得溫度與熱量超過標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器在運(yùn)行中氣壓差波動(dòng)幅度大，機(jī)器內(nèi)部的壓力完全不符合標(biāo)準(zhǔn)，使得一些放射性的微量元素被釋放到大氣中，并發(fā)生反應(yīng)，從而帶來嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致事故發(fā)生。

3.3 蒸汽發(fā)生器的老化降質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重

蒸汽發(fā)生器的運(yùn)作過程分為自然循環(huán)和輔助循環(huán)，而在不斷地循環(huán)工作運(yùn)行過程中，由于各部分零件的使用工齡較長(zhǎng)，沒有新零件的新功能，因此整個(gè)機(jī)器的老化現(xiàn)象嚴(yán)重。由于機(jī)器老化的事實(shí)存在，使得各零件在工作中的效率、質(zhì)量降低，從而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器的抗腐蝕性能力降低，以及每個(gè)零件相對(duì)應(yīng)的效益、性能減弱。

基于以上種種現(xiàn)象，要想很好地解決這些問題，并且保證在以后的運(yùn)作過程中，減少事故的發(fā)生頻率，就必須對(duì)癥下藥，找準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)，逐個(gè)逐步地進(jìn)行故障排查與修復(fù)。

4 蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂處理方法

4.1 提高防范意識(shí)，加強(qiáng)對(duì)各個(gè)功能的檢測(cè)

各部門負(fù)責(zé)人員要提高警惕性，增強(qiáng)防范意識(shí)，對(duì)各個(gè)零件都要進(jìn)行定時(shí)定量地檢測(cè)與故障排查，更換存在問題的區(qū)域，修復(fù)臨近標(biāo)準(zhǔn)范圍兩端數(shù)值的零件，確保每個(gè)部分的工作都能夠正常進(jìn)行。及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的威脅，并做好相應(yīng)的解決與補(bǔ)救措施。

4.2 運(yùn)行人員采取正確、及時(shí)的干預(yù)

盡可能快地平衡一二回路的壓力，從而消除一回路向二回路的泄漏，限制放射性旁路安全殼排放。一二回路平衡后，平緩操作，降溫降壓，直到RRA連接的條件滿足。

4.3 制定相關(guān)整改措施，避免老化現(xiàn)象存在

相關(guān)部門人員要根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際情況與條件，針對(duì)不同的問題、不同的零件，制定有針對(duì)性的解決措施，以更好地解決老化降質(zhì)現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^選擇使用合適的、高質(zhì)量的傳熱管，進(jìn)而延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。還可以提高、創(chuàng)新和完善關(guān)于防振條和支承板的設(shè)計(jì)，從外部來保證蒸汽發(fā)生器的正常運(yùn)行。對(duì)于機(jī)器運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢棄物及污染物，也需要及時(shí)地清理，廢渣、廢水等也是使機(jī)器老化的一個(gè)不可忽視的重大因素[3]。

5 結(jié)語

每個(gè)機(jī)器都有自己的使用壽命，人們都希望能夠在有限的使用時(shí)間范圍內(nèi)，盡可能地提高其使用價(jià)值。但并不是所有東西在經(jīng)歷過風(fēng)風(fēng)雨雨后還能保持一成不變，以最原始的面貌出現(xiàn)，在過程中會(huì)經(jīng)歷過很多坎坷，而我們能做的就是不斷地警醒自己，保證前期的無誤，及時(shí)處理各種突發(fā)情況，以避免不必要的事故發(fā)生。蒸汽發(fā)生器是人類進(jìn)步的見證者，人們?cè)诎l(fā)展的同時(shí)，也要不斷地對(duì)其進(jìn)行革新創(chuàng)造。

【參考文獻(xiàn)】

【1】楊健，朱文韜.蒸汽發(fā)生器傳熱管誘發(fā)破裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].核動(dòng)力工程，2017（1）：51-55.

【2】葉杰， 蔡偉，陳文虎.AP1000多根蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂分析[J].原子能科學(xué)技術(shù)， 2015（6）：1057-1061.

【3】李鵬飛，余平，王海松，等.基于老化降質(zhì)的自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器改進(jìn)設(shè)計(jì)研究[J].核動(dòng)力工程，2016（5）：115-118.