嚴巍峰

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

核電廠M10-BFML型熱交換器的缺陷分析及改進措施

嚴巍峰

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

田灣核電站真空泵軸封冷卻系統(tǒng)使用的M10-BFML型板式熱交換器，在機組運行期間曾出現(xiàn)了不同類型的缺陷，包括框架板的腐蝕，換熱板裂紋、穿孔等，嚴重影響換熱器的正常穩(wěn)定運行。為了查找原因、研究對策就顯得至關(guān)重要。經(jīng)過認真分析每種缺陷產(chǎn)生的原因，針對性地采取了相應(yīng)的改進措施，使各種缺陷得以消除。該板式熱交換器運行正常，此次缺陷的成功處理也為今后的維修工作提供了寶貴的經(jīng)驗。

板式熱交換器；缺陷；分析

1　換熱器簡介

田灣核電站真空泵軸封冷卻系統(tǒng)使用的熱交換器是Alfa Lava 公司生產(chǎn)的M10-BFML型板式熱交換器，每臺真空泵軸封冷卻系統(tǒng)配置一臺該板式熱交換器，一個機組3臺，兩個機組共6臺，設(shè)備編碼為1/2MAJ33/34/35AC001。換熱板片材質(zhì)為Titanium Grade 1，厚度0.4 mm，每臺熱交換器有84張換熱板，海水側(cè)設(shè)計壓力0.5 MPa，流量54.5 m3/h，除鹽水側(cè)設(shè)計流量26.4 m3/h，每臺換熱器換熱面積19.7 m3。設(shè)備現(xiàn)場布置見圖1。

圖1　板式熱交換器Fig.1　Plate heater exchanger

2　換熱器缺陷描述

1） 2007年6月至8月，由于現(xiàn)場海水中雜質(zhì)較多，海水溫度隨著氣溫變化越來越高，最高達到32 ℃，該板式熱交換器陸續(xù)出現(xiàn)問題，幾乎每隔3天就會出現(xiàn)溫差超標，換熱效率下降的缺陷。由于在原設(shè)計中板式熱交換器海水側(cè)管道沒有加裝反沖洗過濾器以及反沖洗管路，所以海水中的雜物就會很容易進入板式熱交換器的海水通道并堵塞通道，而現(xiàn)場檢修主要是進行海水通道的清洗或者拆除整臺換熱器進行解體清洗每張換熱板。隨著氣溫降低海水溫度降低后換熱器清洗的頻率也逐步降低，但是換熱器泄漏的缺陷開始頻繁出現(xiàn)，其中1號機組換熱器泄漏比較嚴重，外漏和內(nèi)漏都不同程度出現(xiàn)，外漏造成換熱器周圍地面積水，內(nèi)漏造成換熱板的除鹽水側(cè)結(jié)一層垢，而且內(nèi)漏的海水進入碳鋼材質(zhì)的真空泵殼體內(nèi)，進而造成泵殼體內(nèi)部的腐蝕；2號機組的缺陷主要是換熱器外漏，原因是2號機組該板式熱交換器框架板的通道口沒有安裝防止海水腐蝕框架板的橡膠襯環(huán)，所以長時間運行后碳鋼材質(zhì)的框架板海水側(cè)通道口逐漸被腐蝕，進而造成此處的泄漏（見圖2）。

圖2　框架板腐蝕嚴重Fig.2　Frame plate serious corrosion

2） 在現(xiàn)場清洗換熱器海水通道時由于通道尺寸較小，而且管道法蘭和換熱器法蘭距離非常小，只好使用鋼絲刷清理內(nèi)部的雜物。運行一段時間后出現(xiàn)換熱板泄漏，解體后發(fā)現(xiàn)換熱板海水通道邊緣有穿孔或缺口，為避免鋼絲刷清潔海水通道內(nèi)雜物時造成的換熱板機械損傷缺陷，隨后規(guī)定清理海水側(cè)通道改用銅絲刷或尼龍刷。

3） 為了該板式熱交換器的安全運行采購了一批換熱板備件，當現(xiàn)場換熱板出現(xiàn)泄漏時就用備件進行替換。但是換熱器在更換為新采購的換熱板運行不到1個月又出現(xiàn)換熱板泄漏缺陷，解體后發(fā)現(xiàn)新采購的換熱板備件邊緣處長距離裂紋（見圖3）。

4） 在解體換熱器檢查換熱板時發(fā)現(xiàn)，舊換熱板上靠近角孔位置出現(xiàn)細紋裂紋。

圖3　新板片邊緣裂紋Fig.3　Crack at the edge of the new heat plate

5） 解體清洗換熱板時發(fā)現(xiàn)部分換熱板海水通道邊緣處磨損較嚴重。

3　原因分析

針對出現(xiàn)的缺陷，逐一對此進行了分析并選擇性地把部分缺陷換熱板外委送檢，以分析驗證并確定后續(xù)的處理措施。主要的缺陷原因分析如下：

1） 舊板片上靠近角孔位置細微裂紋的產(chǎn)生是由于0.4 mm鈦板片經(jīng)過幾次拆裝后極易產(chǎn)生變形，重新安裝后換熱板之間搭接不實，在兩側(cè)流體長時間變化作用力（變載荷）作用下產(chǎn)生的疲勞損傷（見圖4）。

圖4　微小裂紋及磨損Fig.4　The tiny crack and wear

2） 2號機組經(jīng)常出現(xiàn)的舊板片O形槽處密封墊容易鼓出，是由于老板片此處的密封槽出現(xiàn)變形，而且現(xiàn)場工作人員對換熱板片壓緊不均勻造成密封槽無法很好地限位O形密封圈，進而造成密封圈鼓出并在隨后的運行中出現(xiàn)泄漏缺陷。

3） 新舊板片出現(xiàn)的磨蝕情況，原因主要是海水側(cè)夾帶的硬質(zhì)外來物（例如貝殼、海蠣子等）對板片進口通道及分配區(qū)產(chǎn)生的沖擊磨損，同時不排除最初清理海水通道內(nèi)的雜物使用鋼絲刷對換熱板的損壞，之后規(guī)定禁止使用鋼絲刷進行板式熱交換器海水通道的清理。

4） 新板片直長段長裂紋的產(chǎn)生是由于換熱器在解體后回裝時新舊板片混裝，而舊板已稍微變形，如此組裝的結(jié)果使得換熱板間搭接更加不實（裂紋板片背后的搭接點越靠近裂紋處越模糊甚至不可見，由此可判斷換熱板之間搭接不實），使得此局部位置處于變化作用力的直接作用下，導(dǎo)致板片短時間裂開。

5） 該板式熱交換器是真空泵本身配套附屬設(shè)備，是真空泵廠家委托Alfa Lava廠家設(shè)計生產(chǎn)，以至于現(xiàn)場1號、2號機組的該板式熱交換器也有所差別，例如2號機組的該板式熱交換器框架板4個流體通道就沒有框架板防腐蝕的橡膠襯環(huán)，而1號機組是配套的；所以2號機組的3臺換熱器是在出現(xiàn)泄漏缺陷，并解體換熱器時才發(fā)現(xiàn)與1號機組的該換熱器配置有區(qū)別，缺少防腐蝕的橡膠襯環(huán)，以至于在采購的防腐蝕橡膠襯環(huán)到貨前又出現(xiàn)了幾次框架板流體通道腐蝕造成換熱器泄漏的缺陷。

6） 原設(shè)計該換熱器框架板本身偏薄，厚度僅為20 mm，所以在出現(xiàn)流體通道腐蝕后現(xiàn)場進行臨時打磨補焊處理后造成框架板局部變形，后來該板式熱交換器在解體后回裝緊固時換熱器出現(xiàn)扭曲變形，雖然按照設(shè)備檢修程序進行了水壓試驗并且合格，但是由于該水壓試驗是靜態(tài)試驗，所以設(shè)備運行后在流體的連續(xù)動態(tài)作用下曾出現(xiàn)個別密封膠條逐步從密封槽擠出進而換熱器外漏的缺陷。

7） 按照廠家提供的板式熱交換器設(shè)計參數(shù)，海水側(cè)的壓力為0.5 MPa，海水側(cè)流量為54.5 m3/h，但是實際現(xiàn)場測量［2］、檢查后發(fā)現(xiàn)海水側(cè)流量最大達到226 m3/h，海水側(cè)的壓力在現(xiàn)場海水管壓力表顯示為0.6～0.64 MPa，除鹽水側(cè)的壓力為0.15 MPa，所以海水側(cè)超設(shè)計值大流量的沖刷以及換熱板兩側(cè)達0.45～0.49 MPa的壓差造成只有0.4 mm厚的換熱板多次出現(xiàn)缺口、穿孔等缺陷。

8） 在解體清洗換熱板時發(fā)現(xiàn)部分換熱板海水側(cè)通道邊緣處磨損較嚴重（見圖5），經(jīng)分析認為主要原因是工作人員在緊固換熱板片時由于不均勻或者緊固力矩不到位，造成換熱板間接觸不牢靠，進而在換熱板兩側(cè)流體的連續(xù)動態(tài)沖刷中造成換熱板不斷振動摩擦，長時間的磨損就會造成換熱板局部位置磨損進而穿孔泄漏。

圖5　換熱板磨損Fig.5　The wear of the heat plate

4　缺陷處理及改進措施

1） 在出現(xiàn)換熱板泄漏缺陷后及時進行原因分析，并使用備件更換了缺陷換熱板，在2號機組出現(xiàn)密封膠條泄漏時及時聯(lián)系換熱器廠家技術(shù)人員，在得到許可的情況下適當增大換熱板間的緊固力矩。

2） 對框架板流體通道由于設(shè)計缺陷沒有配套防腐蝕的橡膠襯環(huán)而造成腐蝕的情況，及時進行打磨補焊并且臨時涂抹防腐涂料處理，而且及時提出橡膠襯環(huán)、換熱板、框架板等備件的采購需求。

3） 在由于換熱器框架板多次補焊變形造成換熱板緊固時扭曲變形的情況下，臨時采取在框架板間增加金屬條盡量減少換熱板的緊固變形方法。

4） 為了及時分析確定換熱板的缺陷原因，一方面聯(lián)系換熱器廠家人員到現(xiàn)場進行檢查分析［1］，同時把具有代表性的缺陷換熱板分別送往權(quán)威檢測中心進行分析化驗。

5） 該換熱器已經(jīng)連續(xù)運行多年，并且多次進行解體清洗，換熱板的密封膠條彈性下降、換熱板表面簡單的水流清洗已經(jīng)不能滿足運行要求，所以規(guī)定定期把該板式換熱器返回廠家進行換熱板的查漏、定型、清洗、更換密封條等工作。

6） 為了從根本上解決進入換熱器海水通道中的雜物，減少該板式熱交換器的解體清洗頻率，避免多次拆裝造成換熱板的變形以及密封質(zhì)量下降，提出技改在進入該板式換熱器海水通道上增加自動反沖洗過濾器，阻止海水中的異物進入換熱器內(nèi)，同時在系統(tǒng)中增加反沖洗管道。

7） 由于該板式換熱器原設(shè)計的0.4 mm鈦板本身機械強度低易變形，實際工作環(huán)境中板片兩側(cè)壓差為0.45～0.49 MPa，且兩側(cè)流體壓力存在波動（輕微但持續(xù)），海水側(cè)異物較多需要拆開清洗等等以上條件使得換熱板很容易受到機械損傷（變形，裂紋）。經(jīng)過分析討論以及根據(jù)設(shè)計院以及板式熱交換器廠家的建議，把換熱板厚度從0.4 mm提高到0.5 mm，并且在現(xiàn)場介質(zhì)流量無法降低的實際情況下適當增加板片數(shù)量（同時考慮現(xiàn)場安裝位置），降低流速達到保護換熱板的作用，目前已經(jīng)對整臺換熱器進行更換，包括前后框架板從原設(shè)計的19 mm增厚至40 mm，整臺換熱板數(shù)量從84張增加至90張，緊固螺栓從M16加粗至M24等，經(jīng)過替代后該板式換熱器截至目前運行良好。

8） 對所有工作人員進行技能培訓(xùn)，避免新舊換熱板片/膠墊混裝，嚴格保證壓緊尺寸。

5　總結(jié)

真空泵軸封冷卻系統(tǒng)板式熱交換器的安全運行是保證凝汽器真空度的重要因素，雖然該換熱器出現(xiàn)了不同類型的缺陷，但是經(jīng)過認真分析缺陷原因，并及時采取糾正行動，較好地保證了設(shè)備的安全運行，同時也對以后的維修工作提供了寶貴的經(jīng)驗。

［1］ 阿法拉伐.田灣核電站M10B型板式換熱器缺陷研究報告［R］. 2008.（Alfa Laval Lund AB， Failure Investigation of M10B-plates in Ti at Tianwan NPP［R］. 2008. ）

［2］ 魏建軍.MAJ板式換熱器流量現(xiàn)場測量報告［R］. 2008. （WEI Jian-jun. Report for the Flow Measurement of Plate Heat Exchanger MAJ［R］. 2008.）

The Plate Heat Exchanger Defect Analysis and Improvement Measures

YAN Wei-feng
（Jiangsu Nuclear Power Corporation， Lianyungang， Jiangsu Prov. 222042， China）

M10-BFML type plate heat exchangers used in vacuum pump shaft seal cooling system have different types of defects during plant operation in Tianwan nuclear power plant，including the frame plate corrosion， heat exchange plate crack， and perforation. It seriously affected the normal and stable operation of the heat exchanger. To find the causes， it is very important to study the countermeasures. After careful analysis of the causes of each type of defect， corresponding improvement measures are taken. Now all kinds of defects have been eliminated， and the plate heat exchangers are in normal operation. The succession of the defects solution has provided valuable experience for future maintenance work.

plate heat exchanger； defects analysis

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617（2016）03-0237-04

TM623

A

1674-1617（2016）03-0237-04

2016-04-18

嚴巍峰（1976—），男，陜西人，高級工程師，學(xué)士，從事核電廠維修管理工作。