冀潤景

(中國電能成套設(shè)備有限公司，北京，100080)

汽水分離再熱器預(yù)堵管的篩查方案及其應(yīng)用

冀潤景

(中國電能成套設(shè)備有限公司，北京，100080)

文章針對某核電站汽水分離再熱器在制造階段出現(xiàn)的質(zhì)量事故，通過對再熱器受損后的潛在風(fēng)險分析,有針對性地提出了檢查方案,最終判定了設(shè)備受損程度及范圍，制定了預(yù)堵管篩查方案，在保證換熱管堵管裕度的前提下，確保了設(shè)備質(zhì)量。文中提出的風(fēng)險分析、受損判斷及預(yù)堵管篩查方案對U型管管束型加熱器類似問題的處理有一定借鑒意義。

汽水分離再熱器，預(yù)堵管，篩查

0 引言

汽水分離再熱器（MSR）作為核電站常規(guī)島的重要設(shè)備，起著對高壓缸排汽進行除濕、再熱的作用，其再熱器采用U形管管束型加熱器。U型管加熱器管束穿管后若出現(xiàn)損傷，通常的做法僅僅能對外部半徑大的換熱管目視檢查，或通過壓力試驗等判斷是否有泄漏點。對從外部看不到的管子是否損傷，以及換熱管間距變化造成換熱性能降低等潛在問題無法判斷。

本文針對國內(nèi)某核電站汽水分離再熱器在制造階段出現(xiàn)的質(zhì)量事故，通過對再熱器受損后的潛在風(fēng)險進行了分析，有針對性地實施篩查，對發(fā)現(xiàn)問題或不能確定完好的管子作為預(yù)堵管處理。最終在確保堵管裕度的前提下，實施堵管。

1 事故情況及初步受損分析

1.1 汽水分離再熱器設(shè)備簡介

MSR的主要作用是接受高壓缸排汽(濕度約11%～13%)，通過分離器進行除濕(濕度達(dá)0.25%及以下)，并利用高壓缸抽汽和新蒸汽抽汽進行兩級再熱，以避免低壓葉片受到?jīng)_蝕，降低葉片損失等。該項目每臺機組有2臺MSR，分別布置于汽輪機的左右兩側(cè)。每臺MSR內(nèi)裝有2臺一級再熱器、2臺二級再熱器。一、二級再熱器均為管束型，制造完成后分別從電、調(diào)兩側(cè)穿入MSR大筒體內(nèi)。

二級再熱器為U形管管束型加熱器，管束全長12 797 mm，換熱管材質(zhì)為SA268-TP439，鰭片式，外徑19.05 mm，壁厚1.75 mm，鰭片部分外徑16.56 mm，鰭片厚度1.17 mm，管側(cè)最高使用溫度316℃，最高使用壓力8.17 MPa。封頭、過渡段材質(zhì)SA-516 Gr.70，管板材質(zhì)SA266 Gr.2，管板封頭側(cè)堆焊鎳基合金。其中間管板與L型鋼、波紋板拼焊成中間管板組件，防止運行中管束振動的同時，也利于再熱器穿入大筒體后的定位。

1.2 事故概況及初步受損分析

該臺再熱器在國外某工廠制造完成，通過海運至國內(nèi)廠家，與該廠制造的汽水分離再熱器筒體進行套裝。由于要海運，且運至目的地后可能由于大筒體不具備套裝條件，材質(zhì)為SA268-TP439的U型管（馬氏體不銹鋼）易受晶間腐蝕影響，因此在出廠前，將一個臨時筒體套在再熱器管束上，與管板焊接在一起，并充氮保護。

在國內(nèi)運輸階段，由于下雪路滑，發(fā)生交通事故，車體與隔離帶發(fā)生刮蹭，再熱器從車板脫落，與隔離帶撞擊后掉落至地面。經(jīng)現(xiàn)場施救后，運往制造廠。再熱器經(jīng)摔落后，臨時筒體外表面有多處輕微損傷。在廠家工作人員和監(jiān)造人員共同組織下，工作人員從臨時筒體管束端人孔鉆入，對再熱器受損情況進行了初步檢查，發(fā)現(xiàn)臨時筒體內(nèi)壁局部有輕微變形，中間管板組件L型鋼有幾處輕微變形。

為準(zhǔn)確判斷再熱器受損情況，確定修復(fù)方案，各方?jīng)Q定制定檢查方案，將再熱器管束抽出后實施進一步的檢查。

2 基于風(fēng)險分析的檢查方案制定及實施

由于像U型管管束型再熱器這樣的設(shè)備出現(xiàn)摔傷事故后，受損狀態(tài)不能直觀顯現(xiàn)，特別是內(nèi)部半徑較小的換熱管。要對其進行受損狀況分析確認(rèn)，必須制定有針對性的檢查方案。采用基于摔傷后可能造成的設(shè)備風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上對風(fēng)險因素進行評價，針對風(fēng)險因素提出檢查方案，根據(jù)檢查結(jié)果對風(fēng)險程度進行確定，以此作為制定預(yù)堵管篩查方案的前提。

2.1 受損再熱器潛在風(fēng)險的初步判斷

通過初步受損情況的分析，考慮到再熱器后續(xù)的套裝、運行中可能存在的影響，建立風(fēng)險清單（見表1）并對其程度進行初步判斷（程度分高、中、低3檔）。

表1 受損再熱器潛在風(fēng)險的初步判斷

2.2 針對性檢查方案的提出

針對再熱器管束可能發(fā)生變形不能正常套裝穿入大筒體的情況，需對管束變形情況進行檢查，檢查方案及流程如圖1所示，確認(rèn)沿管束縱向存在哪些變形部位及其變形程度。具體應(yīng)做以下測量：

（1）管束整體長度測量（從管板到最后的中間管板之間長度12 797 mm）。

（2）側(cè)板及L型鋼局部變形程度測量。

（3）對通過外觀檢查可看到存在傾斜的中間管板，測量與之相鄰中間管板4角位置間距。

（4）管束水平方向撓度檢查，通過目視檢查確認(rèn)是否存在水平方向明顯的變形。

（5）針對側(cè)板與L型鋼焊接部位在摔落中變形導(dǎo)致蒸汽可能被旁路引起的換熱性能下降，需做以下檢查：

對側(cè)板和L型鋼焊接部位以及側(cè)板與中間管板焊接部位進行目視檢查，如發(fā)現(xiàn)變形明顯之處，進行PT探傷。

（6）針對換熱管可能出現(xiàn)傷痕或破裂，進行以下檢查確認(rèn)：

對換熱管的鰭片受損情況進行目視檢查確認(rèn)，分以下幾種程度記錄：a）僅鰭片尖端部有輕微的損傷；b）鰭片根部有輕微損傷；c）鰭片受損，管子本身有變形。

（7）針對運行過程中熱膨脹造成管子被禁錮的可能，進行以下檢查：

（8）目視檢查換熱管在中間管板管孔中的貫通情況，特定部位如需要可使用內(nèi)窺鏡。

（9）針對換熱管可能發(fā)生泄漏的情況，進行以下檢查：

對汽側(cè)進行氣密性試驗，試驗壓力0.1 MPa，保壓12 h，檢查泄漏情況。

（10）若氣密性試驗發(fā)生泄漏，則對每根疑似泄漏的管子（特別是側(cè)板、L型鋼附近的管子）進行泄漏試驗，鎖定有泄漏的管子并堵管，堵管后記錄位置，并做最終的氣密性試驗驗證。

圖1 檢查方案及流程

2.3 再熱器受損狀況分析確定

通過氣密試驗未發(fā)現(xiàn)有泄漏的情況。

通過尺寸檢查確定管束水平方向全長變形量6 mm。經(jīng)查圖紙，大筒體內(nèi)再熱器安裝通道水平方向兩側(cè)各有31.5 mm的余量，因此可以確認(rèn)再熱器能夠正常穿入大筒體。

通過尺寸檢查和目視檢查，確定再熱器受損變形處在180°方向的縱向位置有7處較大（側(cè)板編號：4、6、9、11、13、15），上部L型鋼5處，下部L型鋼2處，如圖2所示。7處變形部位變形量最大發(fā)生在編號為11的側(cè)板L型鋼處，變形量21.2 mm（見表2）。變形可能會導(dǎo)致運行時蒸汽通道不流暢，管子破裂，因此需采用千斤頂修復(fù)變形的L型鋼，且因為部分部位修復(fù)量大，修復(fù)時需要動火。

當(dāng)D市的平均投資回報率為9%～21%、Y市的平均投資回報率保持8%不變時，兩城市投資港口的情況見表3。由表3可知：當(dāng)D市的投資回報率低于城市平均投資回報率15.17%時，D市投資港口是有效的，此時D市以最大能力投資投資回報率為16.62%。之后，隨D市平均投資回報率的上升投資港口變得不經(jīng)濟，D市不投資港口此時，Y市以最大能力投資港口，回報率為15.19%，遠(yuǎn)超其平均投資回報率(8%)。

圖2 再熱器受損部位

表2 各部位變形情況mm

3 預(yù)堵管篩查方案的制定及實施情況

盡管氣密性試驗未發(fā)現(xiàn)泄漏，但由于換熱管損傷有一定的隱蔽性，如果在制造階段放過，可能在核電站運行后暴露出隱患。從核電設(shè)備質(zhì)量嚴(yán)格要求的角度出發(fā)，需根據(jù)受損狀態(tài)判斷可能存在的隱患，并針對隱患制定篩查方案并根據(jù)檢查方案確認(rèn)預(yù)堵管。根據(jù)預(yù)堵管數(shù)量，結(jié)合合同規(guī)定的允許堵管數(shù)量，確定最終能否實施堵管。允許堵管數(shù)量Nplug的計算方法為：

式中：N為換熱管數(shù)量，本臺再熱器為667根；δ為許用堵管裕度，設(shè)計要求5%；可得允許堵管的數(shù)量Nplug為32根。

3.1 L型鋼和側(cè)板變形修復(fù)情況確認(rèn)

根據(jù)圖紙要求，如果修復(fù)后，L型鋼和側(cè)板凹進3 mm以上，則可能導(dǎo)致其與管子有接觸，因此需確保各部位修復(fù)后變形量在3 mm以下。通過在中間管板之間放置拉伸儀測量，確定各部位修復(fù)后變形量在3 mm以下。

3.2 換熱管干擾情況檢查

如果管子和L型鋼、側(cè)板或者管子之間有干擾，則可能造成在運行時干擾部位不能正常換熱，甚至破裂。通過L型鋼變形量判斷管子干擾情況，變形最大部位11號側(cè)板處可能存在11根管子有干擾，如圖3所示。

圖311 號側(cè)板L型鋼處管子干擾設(shè)想

為確認(rèn)干擾情況，通過內(nèi)窺鏡確認(rèn)管子和L型鋼或側(cè)板間的干擾，用直尺確定管子之間的干擾，如圖4所示。直尺厚1.3 mm，應(yīng)順利通過管子之間間隙。

經(jīng)檢查確認(rèn)，圖4中2、4、5、9號管存在干擾，因為這些管子之間直尺不能塞入，6、10、11、12號管子不能判斷是否有干擾。但考慮L型鋼變形量大，保守起見，考慮暫時均作為預(yù)堵管處理。

圖4 直尺塞入檢查干擾情況示意圖

3.3 換熱管通暢程度確認(rèn)

變形部位附近的管子可能受沖擊變形，會導(dǎo)致投運后檢修時渦流探傷探頭無法伸入導(dǎo)致不能實施檢查，且對于變形的管子，很難判斷其受損程度，因此需采用模擬渦流探傷探頭尺寸的專用測量工具測試管子內(nèi)部的通暢程度，對不暢通的管子做預(yù)堵管處理。

經(jīng)檢查確認(rèn)，未發(fā)現(xiàn)有管子不通暢的情況。

3.4 動火修復(fù)變形時受熱影響管子的排查

由于修復(fù)時動火，則可能導(dǎo)致部分管子受熱影響，對管子的強度帶來不確定的影響。因此，通過目視檢查修復(fù)部位是否有動火痕跡，對該處的換熱管作為預(yù)堵管處理。經(jīng)檢查確認(rèn)，圖5中1號管有明顯的動火痕跡，作為預(yù)堵管處理。4號管雖無痕跡，但考慮到其曾暴露在火焰下，將其做預(yù)堵管處理。2、4、5、6、9、10、11、12由于不能觀測到是否有痕跡，暫定作為預(yù)堵管考慮。

圖5 預(yù)堵管位置示意圖

3.5 摔落時沖擊載荷過大導(dǎo)致?lián)Q熱管材料屈服的排查

換熱管材料SA-516 Gr.70的屈服強度為205 MPa，通過對L型鋼和側(cè)板受損變形情況的分析，判斷圖5中2、4、5、6、11號管子可能會因沖擊載荷超過屈服強度而失效。

結(jié)合章節(jié)3.1～3.5，鎖定預(yù)堵管為圖5中1、2、3、4、5、6、9、10、11、12共10根管子，低于許用堵管余量32根。因此，經(jīng)各方?jīng)Q定，對這10根管子實施堵管。預(yù)堵管篩查方案流程如圖6所示。

圖6 預(yù)堵管篩查流程

4 總結(jié)及經(jīng)驗反饋

本文結(jié)合某核電站MSR二級再熱器設(shè)備因事故造成的質(zhì)量問題的處理情況，提出了基于風(fēng)險分析為基礎(chǔ)的初步檢查方案，以確定受損狀況。結(jié)合受損狀況，提出了預(yù)堵管的篩查方案，最終在確保堵管余量的前提下，實施了堵管。

事故發(fā)生后做了大量處理工作，耗費了大量成本，因此有必要從事故發(fā)生原因上做出經(jīng)驗反饋，即在運輸環(huán)節(jié)存在的問題。一方面，可能存在裝車時，綁扎、固定不牢，導(dǎo)致事故出現(xiàn)時，設(shè)備摔落；另一方面，缺少對這類大件的運輸方案，以及在特殊天氣下的應(yīng)急預(yù)案。

之后，監(jiān)造方加強了對承包商大件運輸?shù)墓芾?，要求按?guī)定對一定尺寸大件的運輸需提供運輸方案，經(jīng)監(jiān)造人員確認(rèn)后才能執(zhí)行。對部分重要部件的運輸，還需專門編制運輸質(zhì)量計劃，對裝車情況實施見證點監(jiān)督。這些舉措有效地控制了運輸環(huán)節(jié)，截止目前本項目再未出現(xiàn)運輸過程中的事故。

圖5 FD119B塔筒改造實例

5 結(jié)論

采用自頂向下的設(shè)計方法，通過定義設(shè)計意圖、建立骨架模型、共享數(shù)據(jù)和參數(shù)化建模，實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)品的并行設(shè)計，滿足了大型風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計周期短、質(zhì)量要求高的設(shè)計要求，縮短設(shè)計周期30%以上。

[1]劉釗,付亮,何玉玲.Pro/E自頂向下設(shè)計方法在復(fù)雜機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與研究,2011,（5）:18-20

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[5]周興.半掛車快速設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)研究[D].太原:太原理工大學(xué),2012

Screening Scheme and Application for Pre-blocking Tube of MSR Reheater

Ji Runjing
（China Power Complete Equipment Co.,Ltd.,Beijing,100080）

Regarding with the quality accident of MSR reheater during the manufacturing stage,potential risk analysis about the damaging is made,checking scheme is proposed accordingly,the extent and scope of damaging is judged and screening scheme for pre-blocking tube is made.In premise of tube is abundant,the equipment quality is assured.The risk analysis,damaging judging and screening scheme for pre-blocking tube for U-type tube reheater can be used for reference on the similar problem.

MSR reheater,pre-blocking tube,screening

TK266

B

1674-9987（2015）04-0068-05

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.04.015

冀潤景(1981-)，男，研究生，高級工程師，目前主要從事核電設(shè)備監(jiān)造技術(shù)及管理工作。