楊均勇，歐陽欽(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

核電廠常規(guī)島倒置立式高壓加熱器改造

楊均勇，歐陽欽
(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

田灣核電站一期工程高壓加熱器為俄羅斯列寧格勒金屬制造廠設計制造、倒置立式結構，換熱面積為2 470 m2。2006年，在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)1號機組5B、6B高加傳熱管泄漏較嚴重，且堵管達到或接近設計余量。為此，決定對這兩臺高壓加熱器進行改造。改造后的高壓加熱器各項性能指標均優(yōu)于設計保證值，填補了國內(nèi)空白，標志著我國已完全具備自主設計、制造核電百萬千瓦級機組常規(guī)島倒置立式高壓加熱器的能力。

田灣核電站；百萬千瓦級；倒置立式高壓加熱器；技術改造

1 改造背景

田灣核電站一期工程由兩臺VVER-1000壓水堆機組組成，分別于2007年5月17日和10月16日投入商業(yè)運行。汽輪機組是俄羅斯列寧格勒金屬制造廠設計制造的額定功率為1000 MW、全轉(zhuǎn)速、單軸（1個5級雙流高壓缸，4個5級雙流低壓缸）、8排氣、中間去濕再熱機組。采用7級回熱加熱系統(tǒng)，高壓缸第二、三段抽汽，分別供6、5號高壓加熱器用汽，高壓缸第四段抽汽供除氧器用汽，高壓缸排氣除進入低壓缸繼續(xù)做功外，還供4號低壓加熱器用汽；2號低壓缸第二段抽汽及4號低壓缸第三段抽汽分別供3號低壓加熱器和2號低壓加熱器用汽；1、2、3、4號低壓缸第四段抽汽供4臺1號低壓加熱器用汽。

機組配套高壓加熱器也為俄羅斯列寧格勒金屬制造廠設計制造，倒置式結構，傳熱管材質(zhì)為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9Ti，設計壽命為40 a，每臺機組有4臺高加，分系列A和系列B，每個系列各有兩臺高加串聯(lián)，如圖1所示，其主要功能是加熱主給水從170 ℃到212 ℃，提高機組的熱效率。

圖1 高壓加熱器流程圖Fig.1 Flow chart of high pressure heater

2006年，在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)1號機組5B、6B高加傳熱管泄漏較嚴重，2006年11月17日完成高加10%換熱管的渦流抽查結果顯示，高加5B的354根傳熱管有顯示信號，壁厚減薄量超過70%的占已檢查傳熱管的81.4%；6B的300根傳熱管，發(fā)現(xiàn)255根存在記錄上的顯示，壁厚減薄量超過70%的有64.3%；A系列的情況相對好一些，壁厚減薄量超過70%的占已檢查傳熱管的3.5%。截至2008年9月15日，經(jīng)反復多次的檢修后，高加5B的堵管率已達到10.1%，高加6B的堵管率也達到9.1%，達到或接近設計余量（高加設計堵管余量為10%），對整個電站的經(jīng)濟和穩(wěn)定運行構成了威脅。

高壓加熱器作為熱力發(fā)電廠提高機組熱力循環(huán)經(jīng)濟性的重要設備，運行中發(fā)生高加故障將會嚴重影響到機組的安全穩(wěn)定運行和減少電站負荷因子。因此，公司決定在2010年第三次換料大修期間實施5B、6B高加的整體改造。

2 方案設計

2.1 高加改造主要部件材料選擇

國內(nèi)火電站高加換熱管主要使用碳鋼，核電汽輪機組高壓缸抽汽參數(shù)相對常規(guī)火電機組蒸汽壓力低，為無過熱的濕蒸汽，濕蒸汽對抽汽管道和傳熱管束的沖刷腐蝕作用較嚴重。因不銹鋼管相對于碳鋼管有兩方面優(yōu)點：一方面具有較好耐汽水兩相流沖蝕性，設計使用壽命長；另一方面可以減少二回路系統(tǒng)中給水的鐵離子含量，滿足核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)對化學水質(zhì)指標控制高的要求。因此，核電站高加換熱管多使用不銹鋼，有使用鐵素體不銹鋼的，也有使用奧氏體不銹鋼的。

原高加換熱管材質(zhì)為俄羅斯牌號的奧氏體無縫不銹鋼O8X18H10T，相當于國內(nèi)牌號0Cr18Ni10Ti。2006年12月4日，中俄雙方對高加傳熱管的損壞進行了分析，一致認為，高加傳熱管出現(xiàn)泄漏最可能的原因是高加汽側(cè)存水且有異物而未保養(yǎng)的期間內(nèi)，水與空氣分界面上發(fā)生腐蝕過程并發(fā)展。由此可見，傳熱管泄漏的根本原因并不是選材不恰當，2號機組高加運行良好也證明了傳熱管選材是正確的。另外，針對田灣核電站海濱電廠空氣中氯離子含量較高的情況，SA213TP321材料中的鈦有利于抵抗氯離子對不銹鋼材料的晶間腐蝕。因此，傳熱管材質(zhì)傾向于選用于原材質(zhì)相近的、含鈦的奧氏體無縫不銹鋼管SA213TP321。

在改造工作的可行性研究階段，高加改造項目組與國內(nèi)三大動力廠進行了充分交流，決定高加主要部件管板材料為20MnMo，且管板表面堆焊與傳熱管材質(zhì)相同的不銹鋼層，管側(cè)筒體及封頭選用德國排號的DIWA353，殼側(cè)筒體機封頭選用16MnR。

2.2 高加改造安全閥問題

按照俄羅斯的設計，現(xiàn)有高壓加熱器汽側(cè)沒有設置安全閥，而是在每列高壓加熱器出口的主給水管道的閥門旁路管道上設有超壓安全閥，如圖2所示，1LAB17AA104為B列高壓加熱器出口閥門，1LAB17AA002為超壓安全閥，在正常運行中常開并鉛封超壓安全閥。但是按容規(guī)及GB150[1]的要求，高壓加熱器殼側(cè)（汽側(cè)）及管側(cè)（水側(cè)）必須設置安全閥，調(diào)研國內(nèi)三大動力廠也一致認為按照現(xiàn)有規(guī)范及標準的要求必須在殼側(cè)及管側(cè)設置安全閥。因此，新高壓加熱器殼側(cè)（汽側(cè)）及管側(cè)（水側(cè)）設置了安全閥。

圖2 B列高壓加熱器超壓安全閥Fig.2 The over-pressure safety valve of the column B HPHs

2.3 不凝結氣體排放管道改造

原俄羅斯高壓加熱器不凝結氣體通過高壓加熱器側(cè)面排放，內(nèi)部具體結構不太清楚，新高壓加熱器凝結段蒸汽均勻分布，然后向心式流進整個凝結段管束，被凝結的液體和附加來的疏水流向疏水冷卻段，不凝結氣體由設在管束中心部位的排氣裝置在運行過程中不間斷地排出，排氣裝置是沿整個凝結段設置，分段設置排氣孔，排氣孔大小及密度由專用軟件根據(jù)不凝結氣體的產(chǎn)量計算得出，以保證不凝結氣體及時有效地排出高加，以防止降低換熱效果。投運后的使用效果證明，不凝結氣體頂部排放的方式更加有效，有利于提高換熱效率。

2.4 檢修人孔改造

原俄羅斯檢修人孔直接采用螺栓連接加密封焊的方式，新高壓加熱器采用自密封橢圓形人孔，內(nèi)部設有鉸鏈、托板，方便人孔蓋的開關，具體連接形式如圖3所示，人孔密封墊片采用不銹鋼石墨纏繞墊片。

人孔蓋的拆卸程序為：首先卸去兩個預緊螺母與壓板及一個預緊螺栓（暫時保留另一個預緊螺栓）；然后向里用力推動另一個預緊螺栓，將人孔蓋推入水室，擰緊螺栓；最后依靠鉸鏈旋轉(zhuǎn)人孔蓋小心地固定在水室筒體內(nèi)壁，并用鋼絲等將人孔蓋固定在筒體的托板上。

圖3 檢修人孔結構Fig.3 The structure of overhaul manhole

人孔蓋的安裝程序為：首先要檢查并清理人孔蓋及人孔座表面及密封面，將人孔蓋與水室筒體上的托板固定解除，并取出連接異物；然后換上新人孔密封墊片，將人孔蓋旋轉(zhuǎn)到人孔口處就位，裝上壓板與兩個預緊螺栓，并擰緊（交叉旋緊螺栓，每次旋緊都要保持平穩(wěn)，以其獲得良好的密封）；最后進行泄漏試驗，檢查接合面的密封性。

2.5 其他改造

除了以上幾項改進措施，在新高加的設計中還采用了其他一些措施，保證高加改造成功，例如：

1）主要接口尺寸及設備基礎形式必須與現(xiàn)役設備一致，在不影響設備安裝及運行檢修的前提下，高加的外形尺寸可適當加大，高壓加熱器高度由10.27 m加高到10.69 m，將原Π形換熱管改為倒U形換熱管，使換熱面積從2 470 m2增加到2 650 m2，且U形管有利于渦流探傷檢查。

2）采用受力良好的碗形管板，增加了水室空間，且有利于減弱進水水流對換熱管端部的沖蝕。

3）給水管、疏水管、抽汽管等主要管道的接口規(guī)格、材質(zhì)、數(shù)量及位置應與現(xiàn)役設備一致，若接口規(guī)格或材質(zhì)與現(xiàn)役設備不同，要求供貨廠家同時提供過渡管。

3 設備制造

通過國內(nèi)招標確定由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司進行高壓加熱器的設計、制造，換熱管由SANDVIK公司生產(chǎn)制造。新高壓加熱器的設計、制造，對于哈爾濱鍋爐廠有限責任公司是一項有著很大挑戰(zhàn)的項目，該項目是國內(nèi)首臺百萬千瓦級核電常規(guī)島倒置立式高壓加熱器，從產(chǎn)品設計、制造工藝等方面都存在很大的難度和不確定性。接到該項目后，哈鍋就高壓加熱器的設計、制造工藝召開了十多次專家咨詢會、討論會。

為確保高壓加熱器9個DN300以上的接口同現(xiàn)場管線正確對接，在提供原高壓加熱器外形圖紙的基礎上，要求哈爾濱鍋爐廠有限責任公司派人利用大修窗口對原高壓加熱器尺寸進行復測。

在高壓加熱器的設計、制造過程中，通過設計文件審查、關鍵步驟現(xiàn)場見證、定期報告計劃執(zhí)行情況、出廠驗收等措施確保高壓加熱器的制造質(zhì)量及進度。

4 設備安裝

1號機組B系列2臺高加改造工作涉及土建、起重、機械、焊接、役檢、儀表、保溫防腐等多個專業(yè)，需拆除的閥門及管件數(shù)量較多，且管道焊接工作量大，特別是高加設備在廠房內(nèi)的吊裝過程中存在較大的風險。加之安裝工期較短（24 d），也增大了高加改造工程的難度，進而也會對改造項目的施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，能否保證高加改造一次成功，需強化執(zhí)行，加強高加更換實施過程的質(zhì)量及進度控制。

1）召開施工會議，優(yōu)化施工計劃。多次召開施工會議、技術交底會，分析可能存在的問題及人員、設備的潛在風險，盡可能地讓更多的工作在準備階段完成，如提前安排管道預制、閥門打壓工作。

2）制定高加吊裝方案，加工專用吊裝工具。從高壓加熱器的重量來看，舊高壓加熱器凈重量達到115 t，新高壓加熱器凈重量達到105 t，從長度來看，舊高壓加熱器高度達到10.27 m，新高壓加熱器高度達到10.69 m，對于這樣的龐然大物，其運輸風險相當高。為避免發(fā)生人員和設備傷害，項目組多次現(xiàn)場查勘吊裝路線，排查現(xiàn)場可能阻擋高加吊裝的管道，并利用大修前的小修進行了改造；為確保高加順利翻轉(zhuǎn)、吊裝，制定了《高壓加熱器拆除、吊裝運輸、安裝工作程序》，并根據(jù)該程序的要求，加工了平衡梁、翻轉(zhuǎn)器、托排、滾杠、墊鐵等專用工具。

3）積極協(xié)調(diào)吊車使用。因本次高加吊裝需要使用汽輪機廠房的180 t吊車，為確保高加吊裝不影響汽輪機檢修使用吊車，在準備階段同汽輪機檢修組進行了協(xié)調(diào)溝通，確保高加吊裝使用吊車的時間窗口。

4）擴大地腳螺栓孔徑，確保施工工期。高加坐落在1.4 m厚混凝土梁上，在安裝期間，固定高加的地腳螺栓是活動的，并可以拆卸，但是高加安裝后，高加地腳螺栓用了流動性非常好的漿料進行灌漿并固定在基礎上，拆除地腳螺栓非常困難、工期長。如果不拆除地腳螺栓，就增加了新高加就位難度，為了解決高加地腳螺栓拆除難的技術問題，通過保留原地腳螺栓，采用將新、舊高加地腳螺栓孔的直徑由76 mm擴大到86 mm方法，保證高加的拆除及就位不會損傷地腳螺栓。采取此措施不僅縮短更換高加原工期，而且降低了高加的制造成本，防止高加在現(xiàn)場擴孔帶來的工期延誤風險。

5）強化執(zhí)行，確保9個DN300以上的接管正確對接。為確保9個DN300以上的接管正確對接，項目組在設計階段要求制造廠家現(xiàn)場復核9個DN300以上接管的具體位置尺寸，并要求提供過渡段及設備調(diào)節(jié)墊鐵，以便在不能完全對接的情況下，現(xiàn)場進行調(diào)節(jié)。另外，為保證管道切口后無較大應力變形，滿足正常組對要求，施工前安裝了大量管道臨時支撐，避免了大量的坡口校對工作，節(jié)約了施工時間。

6）加強防異物控制。因2臺高加更換工程需拆除的管道、閥門、管件數(shù)量較多（各種管道近200 m，各類管件、閥門280余臺件），且多為焊接連接，因此，防異物工作必須從管道拆除時便得到有效控制，在每道焊口焊接前都要進行清潔度檢查，且制定、實施了高壓加熱器更換后汽側(cè)和管側(cè)水沖洗方案，確保了系統(tǒng)的清潔度和輸水管、排氣管的暢通，保障了新高加的成功投運。

7）強化新高加保養(yǎng)。為避免高加傳熱管在保養(yǎng)期間暴露在大氣中發(fā)生腐蝕，要求高加加工完成后進行吹掃干燥，并充氮保養(yǎng)，定期檢測氮氣壓力，直到在高加安裝前才將新高壓加熱器管帽切除，有效地保證了新高加的安裝質(zhì)量。

5 性能試驗

為驗證新設備的運行性能，西安熱工研究院有限公司于2010年5月10日至17日依據(jù)ASME PTC 12.1-2000《表面式給水加熱器性能試驗規(guī)程》[2]對田灣核電站1號1 060 MW機組B列5號、6號高壓加熱器進行了性能試驗，測定高壓加熱器在設計工況下的性能。實驗結果表明，在兩個實驗工況下，B列5號、6號高壓加熱器運行性能均優(yōu)于設計保證值。

改造前后高加運行參數(shù)見表1，從表1中可知，5B高加的給水溫升較大修前提高了1.56 ℃，5B的出水溫度比5A大0.63 ℃，上端差比5A高加小0.63 ℃，表明5B高加的換熱效率要高于5A高加。6B高加的給水溫升較大修前提高了0.81 ℃，6B高加的上端差從2.56 ℃下降到2.18 ℃，下端差從7.29 ℃下降到4.60 ℃。說明6B高加的換熱性能在更換前后發(fā)生了較大的改變。另外，B列高加的效率提高后，用于B列高加的抽汽相對減少，A列高加的抽汽相對增加，A列高加的運行參數(shù)也有一定的改善。

表1 改造前后高加實際運行參數(shù)比較Table1 Comparison of the actual operation parameters of HPHs before and after modification

6 總結

高壓加熱器改造工作取得了安全、質(zhì)量、進度的三豐收，安裝施工進度和質(zhì)量滿足了大修主線計劃要求，為公司T103大修勝利完成做出了突出貢獻。

1號機組B系列高壓加熱器改造工作的完成，解決了危及機組設備安全穩(wěn)定運行一項重大安全隱患，提高了系統(tǒng)運行的可靠性，高加改造后的液位穩(wěn)定，減輕了疏水調(diào)節(jié)閥的載荷，運行性能均優(yōu)于設計保證值。依據(jù)ASME PTC 12.1-2000《表面式給水加熱器性能試驗規(guī)程》，B列5號、6號高壓加熱器的性能試驗結果表明，修正后的主給水溫度較高壓加熱器改造前提高了1.6 ℃，收益約為207.43萬元/年。

田灣核電站高壓加熱器是國內(nèi)首臺自主百萬核電常規(guī)島倒置立式高壓加熱器，填補了國內(nèi)空白，標志著我國已完全具備自主設計、制造核電百萬千瓦級機組常規(guī)島倒置立式高壓加熱器的能力，產(chǎn)生了巨大的社會效益。

[1] GB 150—1998，鋼制壓力容器[S].(GB 150-1998, Steel Pressure Vessel [S].)

[2] ASME PTC 12.1-2000，表面式給水加熱器性能試驗規(guī)程[S].(ASME PTC 12.1-2000, Surface Feed Heater Performance Test Regulations [S].)

Modifi cation of the Vertical Channel Down-Mounting High-Pressure Heater in the First Independently Developed Nuclear Power Plant

YANG Jun-yong，OUYANG Qin
(Jiangsu nuclear power corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

The High Pressure Heaters（HPHs）of Tianwan nuclear power station firststage project, which were vertical channel down mounting structure and heat transfer area of every which were 2 470 m2,were designed and manufactured by Russia Leningrad metal manufacturers. It was found that the leakage of the heat exchange tubes of unit 1 HPHs 5B and 6B were very severe, and the number of the blocked tubes reached to or near design allowance during the commissioning phase in 2006. Therefore, it was decided to modification these two HPHs. After the modification the various performance indicators of the new HPHs are better than design guarantee value, which fills up the domestic blank, and shows that China has already completely the ability of independent design and manufacture nuclear power plant vertical channel down mounting HPH of Million-kilowatt Conventional Island.

Taiwan nuclear power corporation；million-kilowatt；vertical channel down mounting high pressure heater；technical modification

TM623 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)01-0085-06

TM623

A

1674-1617(2013)01-0085-06

2012-10-12

楊均勇（1978—），男，陜西人，工程師，碩士，從事核電廠改造工作。