AP1000蒸汽发生器排污热交换器故障诊断经验反馈

张正习，朱风耀

（国核工程有限公司，上海 200233）

近年来，我国核电发展迅速，三代核电AP1000核电机组也已进入热态功能试验（以下简称热试）阶段。热态功能试验是从装料前的冷停堆工况到正常运行温度和压力平台，进行特定系统和设备的运行检查，根据热试顺序程序在各个温度平台上进行相应试验的过程。AP1000某电厂在试验期间发现蒸汽发生器排污热交换器故障，通过严谨、有序的诊断、处理，故障得以解决，为相关系统、设备今后的安全可靠运行夯实了基础。本文将依据AP1000核电机组调试经验，介绍AP1000某电厂蒸汽发生器排污热交换器故障的诊断、处理过程，以期为后续核电机组调试提供经验反馈。

1 AP1000蒸汽发生器排污系统及其热交换器简介

蒸汽发生器排污系统（以下简称BDS）是AP1000核电机组的主要系统之一，主要执行二回路水质化学控制、蒸汽发生器冷却、蒸汽发生器湿保养运行、蒸汽发生器排水及蒸汽发生器管板冲洗等功能。BDS主要包含以下设备：再循环疏水泵、蒸汽发生器排污热交换器（以下简称BDS热交换器）和电除盐模块（以下简称EDI）等装置。由于BDS上游接口设备为蒸汽发生器（以下简称SG），SG在正常运行工况下温度、压力等较高（约7．5MPa、292℃），而EDI设备要求进水温度不超过0．7MPa、50℃，因此BDS热交换器在两设备之间需要完成降温、降压任务。BDS在执行二回路水质控制时，工艺流程如图1、2所示。即自SG取水，经BDS热交换器冷却后进入EDI，经由EDI电除盐后，净水流入凝汽器并经给水系统返回SG，废水则直接排放至排污系统。

2 BDS热交换器故障事件回顾

2.1 X电厂热交换器泄漏事件

图1 BDS系统简图

图2 BDS热交换器结构侧视图

X电厂热试期间，在正常运行温度、压力平台（SG内介质约7．5MPa、290℃）投运BDS系统。在V004A/B阀门关闭、V003A/B阀门开启的前提下，直接开启电动阀V001A/B、V002A/B。电动阀开启后，现场发出剧烈撞击声，部分管道、支吊架变形，热交换器法兰发生泄漏，初步判定系统内发生水锤。

2.2 Y电厂热交换器泄漏事件

Y电厂热试期间，在正常运行温度、压力平台（SG内介质约7．5MPa、290℃）投运BDS系统。根据X电厂经验反馈，Y电厂在开启V001A/B、V002A/B阀门前，现关闭了V003A/B阀门。开启V001A/B、V002A/B阀门后，缓慢开启手动阀V003A/B阀门，防止系统内发生水锤。系统投运后，就地检查发现BDS HX A/B泄漏，呈线状流，泄漏位置如图3，最下部热交换器泄漏最严重，由下至上泄漏量逐渐减小甚至消失。维修人员依照设备图纸紧固相关法兰螺栓后泄漏仍无减小趋势。

图3 发生泄漏法兰位置

3 原因分析及故障诊断

3.1 X电厂热交换器泄漏事件

（1）直接原因：V001A/B、V002A/B阀门上游介质为290℃、7．5MPa的饱和水，下游为常温常压的水实体。在V001A/B、V002A/B阀门开启瞬间（开启时间约10秒）发生水锤效应，进而导致管道、支吊架、热交换器法兰等设备弯曲变形。

（2）诊断结果：经计算，该水锤效应产生的最大冲击载荷约为1．2×104N/m2。①根本原因：根据设计文件，BDS系统需在电厂升温前投入运行，未考虑热态工况下BDS被隔离后重新投运的情况。X电厂热试期间，在正常运行温度、压力平台试验期间，BDS系统由于特殊原因被隔离后重新投运，进而系统发生水锤。②处理措施：可采取以下任意措施对BDS系统进行优化，防止上述情况再次发生。第一，对V002A/B与V003A/B之间管道增设阻尼器，减缓冲击载荷；第二，对V001A/B或V002A/B阀门增设预暖管线。

3.2 Y电厂热交换器泄漏事件

调试、运行、维修及厂家工程师等进行了原因分析，认为主要可能原因如下。

（1）系统内发生水锤：①原因分析：由于BDS系统上游为7．5MPa水源，而下游为微真空状态的凝汽器。两者差压极大，因此怀疑BDS系统可能发生水锤，进而导致热交换器法兰接口变形，造成泄漏。②诊断结果：通过在热交换器出入口附近加装压力变送器检测热交换器出入口是否有发生水锤，同时在热交换器本体加装千分表，用以监测相关法兰是否发生位移等。诊断结果显示，系统未发生水锤。经计算，与X电厂相比，由于厂房管道布置的不同，Y电厂设计导致水锤效应下其设备、管道受到的冲击载荷较小，约2．5×103N/m2，影响不大。图4为冲击载荷计算图。

图4 冲击载荷计算图

（2）BDS热交换器法兰螺栓紧固不足：①原因分析：根据其他电厂调试运行经验，怀疑相关法兰螺栓存在紧固力矩过小的可能，需厂家计算分析后核实。②诊断结果：设备厂家分析计算后重新给定了相关力矩值，维修人员依照最新力矩值紧固后问题未再发生泄漏现象。

4 结语

设备法兰面泄漏在电厂调试过程中是一较为常见的故障现象，AP1000电厂BDS热交换器所处的较为复杂的运行工况使其故障在分析处理过程中增加了一定的难度。通过增加力矩值，最终该问题得以解决，但是在分析诊断过程中所发现的可能导致故障的原因，也在一定程度上反映了设备实际运行可能存在的风险。

参考文献：

[1]孙汉虹． 第三代核电技术AP1000[M]．北京：中国电力出版社，2010．

[2]林诚格．非能动安全先进核电厂AP1000[M]．北京：原子能出版社，2008．

[3]杜广生．工程流体力学[M]．北京：中国电力出版社，2007．

[4]王鑫,韩伟实．压水堆核电厂主给水管道水锤计算及分析[J]．北京：原子能科学技术,2010,(S1):192-197．

[5]王勇．供水系统水锤数值计算及动态模拟[D]．合肥工业大学,2009．