田湾核电站凝汽器真空系统板式热交换器缺陷及处理

杨 冬

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

1 凝汽器真空系统板式热交换器缺陷及原因分析

田湾核电站凝汽器真空系统（简称MAJ系统）的板式热交换器与凝汽器真空泵配套，用于冷却真空泵密封水，每个机组有3台。

该换热器在系统安装调试期间运行次数较少，从2007年1、2号机组商业运行系统正式运行开始，MAJ系统板式换热器一直故障不断，主要缺陷有：

（1）缺陷1：换热效果差

2007年7—10月，该换热器频繁出现换热效果差，平均每两天一台。发生上述缺陷的主要原因有：

1）海水温度较高。7—10月是夏季，海水温度在28 ℃左右，最高可达32 ℃，致使换热器换热能力下降。

2）夏季海水较脏。海水中有大量的秸秆、海生物等杂质，旋转滤网不能将上述杂质有效过滤，使大量杂质进入换热器内部，使海水流量降低。

3）海水侧中间板上沉积有大量的淤泥、海生物残余等更细小的杂质；而MAJ侧有大量的锈蚀等杂质附着在换热表面；增加了污垢系数，使换热效果下降。

（2）缺陷2：换热器外漏

2008年开始，换热器开始出现外漏的缺陷，有呈喷射状的大量泄漏，有呈线状的漏水，也有几秒一滴的滴漏。发生的频率大致为两个机组每个月1台次。发生上述缺陷的主要原因有：

1）对于2号机组的MAJ板式热交换器，虽然是同一个厂家生产，但其框架板海水通道处，1号机组有防止海水腐蚀的橡胶衬环，2号机组没有。这导致框架板腐蚀造成外漏。

2）为了修复2号机组换热器上述腐蚀的框架板，对其进行了补焊、打磨等处理。但因多次补焊产生热变形，框架板的平行度产生偏差，导致框板压紧时，对板片的压紧厚度不均，两端板间的距离不同位置的压紧值偏差可达3 mm。这使胶条的受压程度不均，个别胶条的局部压强小，压强小的部位容易被冲开移位，造成2号机组换热器外漏。

3）海水通道内有较多的鱼虾残体，这些残体占据流通体积，使流速增强，增强了胶条被冲开移位的可能。

4) 因框架板强度不足，导致1、2号机组框架板均有不同程度的变形。这使得板片间产生波浪状错位，错位量可达10mm，板片的错位会使胶条压不正，密封槽变形等，进而产生外漏。

5）个别检修人员技能不足，回装换热器时操作失误，将海水通道法兰双头螺栓长、短端装反，使框架板内侧衬环被误装的螺栓长端顶变形，产生外漏。

6）新更换的备用板片，安装约1个月左右就在侧面长边产生了长约150mm的大裂纹，导致海水呈喷射状外漏。

上述缺陷板片更换时是与旧板片混装的，旧板已有变形。这样组装的结果使得板间搭接不实，缺陷板片背后的搭接点越靠近裂纹处越模糊甚至不可见。另外，换热器海水侧的工作压力在0.6～0.64 MPa，MAJ侧的工作压力为0.16 MPa，且在0.15～0.17 MPa之间持续波动，这使得此部位承受较大的交变应力作用，缺陷板片是0.4 mm的钛板，机械强度较差，这些因素加在一起最终使钛板产生疲劳裂纹。

（3）缺陷3：换热器内漏

从2008年开始出现此换热器内漏的缺陷，内漏在设备运行期间一般无法发现，但会使海水进入真空泵（MAJ）侧，使MAJ侧的管道、泵等产生腐蚀，进而加剧换热板片MAJ侧表面污垢的沉积。该缺陷一般在解体清洗换热器后，回装前的水压试验中发现，产生该缺陷的主要原因有：

1）2007年夏季频繁出现换热效果差的缺陷，因解体清洗所需时间长、工作量大，无法满足现场几乎每天一次的清洗要求，所采取的主要措施是打开海水侧法兰，用钢丝刷清理海水通道内的杂质。因钢丝刷较硬，使得海水通道处，特别是临近入口法兰的中间板海水通道孔处，因频繁的刷洗，出现磨损、穿孔。

2）换热板海水侧通道入口部位出现磨损，出现很多凹坑等变形，在一些凹坑底部有椭圆形穿孔，而在除盐水通道处没有凹坑。

对缺陷处截取试样，在扫描电镜下观察，孔洞是从海水冲刷钛板表面开始形成的。高倍下观察，海水侧表面有密集的冲刷形成的微坑，微坑的尺寸为微米或亚微米级，没有分析出异常元素成分，除盐水表面没有明细的冲刷损伤痕迹。因此，海水水中存在细沙、贝壳等细微杂质，加上海水侧流量、流速较大，导致海水侧通道和中间板分配区产生冲蚀，最终导致穿孔。

3）海水侧通道或MAJ侧通道开孔附近板片产生微裂纹导致内漏。

此换热板是0.4 mm厚的钛板，2008年开始频繁的解体检修，反复拆装换热板，这种较薄的换热板因此产生变形，重新安装后板间搭接不实；又因为除盐水侧和海水侧压力持续、小范围内波动，使得中间板持续受到交变应力的作用，最终导致了微裂纹的产生。

4）中间板接触点处严重磨损，并出现穿孔。此缺陷是在2010年出现的，板片损坏处均为前后板片的接触点，磨损处大且平，没有明显划痕。

磨损严重的地方出现穿孔。穿孔原因有如下几个方面：

1）查看MAJ侧的现场压力表，发现其压力在0.16 MPa上下至0.1 MPa的范围内持续抖动，海水侧压力在0.6～0.64 MPa之间持续波动，各个换热器的抖动频度稍有差异。这说明MAJ侧的压力处于小范围但频繁、持续的变化中。这种压力的波动，导致了板片之间相对的位移，当接触点磨损开始后，板片间的移动空间会越来越大，使磨损加剧。另外，海水侧与MAJ压差达0.45 MPa，产生的压力较大。

2）出现穿孔的板片厚度为0.4 mm，机械强度较差。两侧介质压力持续、小范围内的波动产生的交变应力，使钛板产生疲劳损伤，最终穿孔。

3）此换热器压紧尺寸是解体前的测量值。经过多次解体检修，此压紧尺寸与理论压紧尺寸可能会有偏差，如果比理论值小，会使板片压得过紧，使板片变形；比理论值大，会使板片压得过松，导致板片间接触点压不实。

2 采取的处理措施

2.1 针对2号机组MAJ系统换热器框架板腐蚀采取的措施

在无备件的情况下，对框架板进行打磨、补焊，并涂刷防腐涂层，同时采购带橡胶衬环的框架板和橡胶衬环等备件。上述框架板在备件到货之前经过多次补焊出现变形，这又导致板片间产生波浪状错位，使胶条压不正，密封槽变形等，进而产生外漏。为了减小板片间波浪状的错位，采取了在框架板间增加金属压条的方法，尽量减少板片的错位。

至2010年，在打磨补焊后的框架板上增加了橡胶衬套后，几乎未发生框架板腐蚀引起的外漏等缺陷。

2.2 针对海水中杂质过多采取的措施

为了降低海水中的杂质所采取的主要措施有：

1）为了减少打开海水侧清理的次数，在MAJ换热器进出口管线之间增加了反冲洗管线，当换热效果差，怀疑海水进口有杂质堵塞时，先进行反冲洗，若无效再将打开海水侧清洗，这使得海水侧清理次数有所下降，但海水中杂质仍较多。

2）2009年上半年机组大修期间，在MAJ换热器前增加了孔径3.5 mm的自动反冲洗过滤器，将海水中的大部分的杂质过滤掉，这使得换热器清洗次数大大降低。

增加自动反冲洗过滤器后，也使得换热器解体检修的次数大大下降，这使得密封胶条密封槽变形的可能性下降，同时密封条的寿命也有所延长，由胶条裂纹或冲出密封槽而产生的外漏也基本消除。

2.3 针对换热板磨损、穿孔采取的措施

从上述的缺陷分析来看换热板两侧的压力相差较大且处于小范围内持续波动的工况；0.4 mm厚的钛板较薄，机械性能较差；海水侧杂质多等是造成换热板磨损、穿孔的主要原因。采取的措施有：

1）采购加厚的换热板，从2008年开始陆续将0.4 mm的换热板逐步更换为0.5 mm厚的换热板。更换换热板时，不允许新、旧板片混装；在有足够备件的情况下，尽量将所有换热板全部更换为0.5 mm厚的板片。

2）采购整台新换热器作为备件，新换热器板片为0.5 mm，且增加框架板的强度。

3）为了防止换热板间搭接不实的情况，要求每次解体检修后，回装换热板时严格按照理论压紧尺寸，压紧换热板。

2.4 针对海水侧通道入口处及分配区磨损采取的措施

海水侧通道入口处及分配区磨损，与海水中的细沙、贝壳等小颗粒物有关，同时与海水流速也有关。采取的措施有：

1）将0.4 mm的换热板全部更换为0.5 mm厚的换热板，并根据现场情况适当增加换热板片数量，增长流道，减少单个板片所受的冲刷。

2）在MAJ换热器海水入口前增加了自动反冲洗过滤器，减少了换热器海水侧的流量。

3）若换热效果差，确实需清理海水侧，则使用塑料刷或铜丝刷清理，严禁使用钢丝刷，以减少换热板海水通道处的磨损。

2.5 针对人因失误采取的措施

针对人因失误，采取了如下措施：

1）根据现场检修经验，及时并升版维修程序，使程序更加适合现场工作，并强调严格执行程序。

2）加强检修人员技能培训，并形成学习记录。

3）编制事件的经验反馈，进行历次事件的经验反馈学习。

4）充分运用“工前会”这一防人因失误工具，在每次工作开始前，对所有检修人员进行技术和安全交底，具体分析本班次可能遇到的技术、安全方面的关键工序和风险点。

2.6 采取措施综述

田湾核电站凝汽器真空系统板式热交换器的上述缺陷，与其运行时间有相关性，且各种缺陷的发生、发展与各缺陷的处理措施也是互相关联的。

这也从另一个方面说明，一些缺陷仅从单个设备本身去分析，仅是“头痛医头，脚痛医脚”，对缺陷的原因分析可能不全面，不能从根本上消除缺陷。应把设备放在一个系统内，整体地去看待，比如分析缺陷原因时考虑到设备所在系统的压力、温度等参数，特别是要注意设备在设计时的输入数据、系统的工作参数与设备实际的工作参数是否一致等，从而使缺陷的处理更准确、彻底。

在没有分析出根本原因前，基本上都是针对某个缺陷，制定某个纠正措施。所采取的处理措施，可能是导致进一步缺陷的原因。如在2007年夏季，因频繁出现换热效果差的缺陷，没有时间窗口解体检修，加上检修人员不足，采取的措施是用钢丝刷清理海水侧通道。这使得换热板海水侧开孔及分配区产生磨损、裂纹。

在2009年增加了海水侧的自动反冲洗过滤器后，海水进水水质大大提高，换热效果差的缺陷基本上被消除。但由于MAJ侧和海水侧的压力在小范围内持续波动，且两侧的压力相差0.4 MPa左右，使换热板处于一个持续的交变应力的作用下。加上0.4 mm的换热板较薄，机械性能较差，使换热板产生了疲劳微裂纹，积累下来，在2008年产生了裂纹、磨损甚至穿孔的缺陷，导致换热器外漏、内漏的缺陷。

另外，对产生裂纹的区域进行微观检查发现，换热板海水侧开孔及分配区有极小的微凹坑，进而检查发现海水侧实际流量远远大于换热器海水侧设计流量。这些凹坑在交变应力作用下易产生疲劳损伤、裂纹。

3 结束语

板式热交换器因其换热效率高、占地小的优点，越来越多地应用在核电厂的各个系统中。由于板式热交换器结构，维修时需注意的事项等基本一样，希望本文对于其他各型号的板式热交换器的检修能起到一定的借鉴作用，为核电厂板式热交换器的安全、稳定运行做出贡献。

[1]杨佰科，等.混凝土实用新技术手册[M].吉林：吉林科学技术出版社，1998.（YANG Bai-ke, et.al.Manual of practical new technology for the concrete [M].Jilin:Jilin Science and Technology Press, 1998.）