劉一博,張高劍,楊津瑞,朱景文,張文波

(1.核動(dòng)力運(yùn)行研究所,湖北 武漢 430070;2.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司,湖北 武漢 430070)

壓水堆核電廠運(yùn)行過程中,蒸汽發(fā)生器二次側(cè)流動(dòng)受限區(qū)域的表面污垢及縫隙中的有害雜質(zhì)離子 (如Cl-,SO2-4,Ca2+,Mg2+,Al3+等)因水的蒸發(fā)會(huì)出現(xiàn)局部濃縮[1]。其中大部分會(huì)在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)部水平和垂直固體表面參與形成泥渣堆積層,如二次側(cè)管板表面、流量分配板表面、支撐板表面,以及傳熱管外表面等位置。泥渣沉積主要有以下三種危害:1)雜質(zhì)濃縮與管材腐蝕;2)結(jié)垢與蒸汽壓力下降;3)梅花孔堵塞與水位不穩(wěn)[2]。

目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于泥渣沖洗的研究主要集中在蒸汽發(fā)生器管板及附近的傳熱管上,而對(duì)蒸汽發(fā)生器流量分配板和支撐板的研究較少。通過對(duì)傳熱管進(jìn)行渦流檢查獲得的泥渣分布數(shù)據(jù)表明,管板上的泥渣量?jī)H占蒸汽發(fā)生器二次側(cè)泥渣總量的不足5%,更多泥渣沉積在流量分配板和支撐板上[3]。因此,流量分配板及支撐板的泥渣沖洗技術(shù)研究具有重要意義。本文介紹了流量分配板至第一支撐板區(qū)間泥渣沖洗 (簡(jiǎn)稱支撐板沖洗)技術(shù)研究及應(yīng)用的情況。

1 沖洗槍研制

1.1 沖洗槍結(jié)構(gòu)及組成

沖洗槍通過蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔伸入中心管廊區(qū)域,通過槍體的往復(fù)擺動(dòng),帶動(dòng)高壓水射流在傳熱管管間沖刷泥渣,從而達(dá)到清除泥渣的目的。由于手孔可用區(qū)域中位于流量分配板上側(cè)的空間非常狹小,若使用常規(guī)的懸臂式?jīng)_洗槍,高壓水射流近距離沖擊流量分配板將形成較大的反沖力,使槍體在沖洗過程中往復(fù)震動(dòng),影響沖洗效果和設(shè)備的安全。因此,支撐板沖洗槍在設(shè)計(jì)時(shí)有針對(duì)性的采用了導(dǎo)軌式的結(jié)構(gòu)。沖洗槍由槍體組件、導(dǎo)軌組件、步進(jìn)組件、擺動(dòng)組件和支架組件等組成。除導(dǎo)軌組件安裝在流量分配板上以外,其余組件安裝在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔法蘭上,其中槍體組件采用直線軸承支撐在支架組件上,伸入蒸汽發(fā)生器的部分采用滑塊支撐在導(dǎo)軌組件上。槍體的步進(jìn)、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)槍體精確的位置控制和速度控制,最大限度地提高沖洗效率。

工作時(shí),槍體組件位于流量分配板中心管廊上方區(qū)域,槍體前端旋轉(zhuǎn)槍頭上安裝有與中心管廊成90°夾角的噴嘴塊。從噴嘴噴出的高壓水射流對(duì)流量分配板上表面至第一支撐板下表面區(qū)間的泥渣形成強(qiáng)力沖擊,被沖散的泥渣與水混合后由抽吸模塊抽出蒸汽發(fā)生器,并進(jìn)入過濾模塊。泥渣在過濾模塊的濾芯中沉積,干凈的水再次經(jīng)高壓模塊升壓后經(jīng)槍體組件從噴嘴噴出,形成一個(gè)閉環(huán)沖洗過程。沖洗槍的工作示意如圖1所示。

圖1 泥渣沖洗示意圖Fig.1 General view of sludge lancing

1.2 沖洗槍制造及驗(yàn)證

沖洗槍體內(nèi)部為高壓水通道,工作時(shí)槍體還需要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此其密封性能至關(guān)重要。槍體在使用前用25 MPa壓力進(jìn)行了密封試驗(yàn),試驗(yàn)重復(fù)3次,每次保壓5 min[4]。由于流量分配板中心有一個(gè)直徑約1 m的空心圓孔,為實(shí)現(xiàn)對(duì)管束區(qū)域泥渣沖洗的全覆蓋,噴嘴采用了單邊噴嘴、平衡噴嘴、V型噴嘴等三種形式,通過理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了該方案的全面覆蓋性。此外,設(shè)備研制完成后進(jìn)行了干態(tài)功能試驗(yàn)、20 MPa模擬沖洗試驗(yàn)、長(zhǎng)周期連續(xù)拷機(jī)試驗(yàn)等多項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)其功能性與安全性進(jìn)行了充分的驗(yàn)證。沖洗槍的安裝試驗(yàn)和水射流定位試驗(yàn)分別如圖2、圖3所示。

圖2 沖洗槍安裝Fig.2 Equip ment installation

圖3 水射流正對(duì)管間Fig.3 Water jet into tube bundles

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

蒸汽發(fā)生器流量分配板至第一支撐板區(qū)間泥渣沖洗技術(shù)首次在國(guó)內(nèi)某核電機(jī)組第13次大修中得到應(yīng)用。該項(xiàng)工作與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板泥渣沖洗工作合并實(shí)施,因支撐板處于管板上方,工藝上先進(jìn)行支撐板沖洗,再進(jìn)行管板泥渣沖洗工作。

由于蒸汽發(fā)生器管板處特殊的熱工水力條件,其表面附著的泥渣易于結(jié)垢硬化[5],而流量分配板至第一支撐板上沉積的泥渣多為松散的粉狀泥渣。因此支撐板沖洗所使用的水射流壓力較管板沖洗略低,沖洗時(shí)間也略短。為驗(yàn)證泥渣沖洗效果,在支撐板沖洗前后均對(duì)沖洗區(qū)域通過內(nèi)窺鏡進(jìn)行了視頻檢查,沖洗前后的圖像對(duì)比如圖4、圖5所示,可以看出該區(qū)域的泥渣得到了有效的清除。

圖4 沖洗前泥渣附著情況Fig.4 Sludge attached on structures(bef ore sludge lancing)

圖5 沖洗后已露出材質(zhì)基底Fig.5 Sludge has been removed(after sludge lancing)

水力沖洗全程采用閉環(huán)作業(yè),從蒸汽發(fā)生器中沖洗出的泥渣均沉積在過濾濾芯中。沖洗完成后,對(duì)沖洗出的泥渣烘干后進(jìn)行了稱重。其近5次大修的泥渣稱重?cái)?shù)據(jù)如表1所示,可以看出從流量分配板至第一支撐板區(qū)域沖洗出的泥渣是二次側(cè)管板處泥渣量的10倍左右,定期進(jìn)行支撐板沖洗對(duì)蒸汽發(fā)生器的可靠運(yùn)行具有重要意義。

表1 某機(jī)組近5次大修泥渣重量統(tǒng)計(jì)表Table 1 sludge weight statistics of near five outages

此次支撐板沖洗是國(guó)內(nèi)對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板以上區(qū)域的首次泥渣沖洗工作。通過視頻檢查結(jié)果,揭示了上部泥渣的沉積狀態(tài)和支撐板沖洗的顯著效果,引起了國(guó)內(nèi)各核電廠的高度重視。目前支撐板沖洗已在6臺(tái)核電機(jī)組的大修期間得到成功實(shí)施,為國(guó)內(nèi)蒸汽發(fā)生器管板上部泥渣清除方案提供了有益借鑒。

3 結(jié) 論

流量分配板至第一支撐板區(qū)間的泥渣沖洗工作取得了顯著的效果,但受限于蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu),第一支撐板上方的各層支撐板上沉積的泥渣尚未得到有效的清除。各層支撐板泥渣沉積有堵塞梅花孔的危險(xiǎn),進(jìn)而引起核電站堆功率不穩(wěn)甚至核電站降功率運(yùn)行等后果[6]。在蒸汽發(fā)生器服役一定年限后,應(yīng)定期清除各層支撐板沉積的泥渣。目前,國(guó)外普遍采用化學(xué)清洗的方式進(jìn)行支撐板泥渣清除,但由于化學(xué)清洗對(duì)傳熱管有潛在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[7-8],國(guó)內(nèi)各核電廠均較為謹(jǐn)慎,因此加快對(duì)各層支撐板的水力沖洗技術(shù)研究極為必要。