趙敏 賀志清 宋雙官

摘 要：核電廠凝汽器熱交換器為核電站常規(guī)島二回路系統(tǒng)提供高質(zhì)量的冷卻水。凝汽器熱交換器內(nèi)傳熱管由于各種原因，在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生穿孔、銹蝕、凹坑、管口缺失等缺陷，傳熱管泄漏將影響系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行。傳熱管在役檢查是保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，對(duì)于傳熱管的檢查通常采用渦流檢驗(yàn)、泄漏檢驗(yàn)及目視檢驗(yàn)的方法，而目視檢驗(yàn)可以有效補(bǔ)充渦流檢驗(yàn)及泄漏檢驗(yàn)的不足，可見部分能準(zhǔn)確直觀的判別其性質(zhì)，同時(shí)目視檢驗(yàn)對(duì)異常傳熱管的成因分析也可以提供幫助。目視檢驗(yàn)在核電廠凝汽器熱交換器的在役檢查及失效分析中發(fā)揮著重要作用，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：熱交換器 ?缺陷 ?目視檢驗(yàn) ?鈦管 ?分析

中圖分類號(hào)：TM623文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（a）-0000-00

The Application of Visual Inspection in the Inspection of Condenser Heat Exchanger in

Nuclear Power Plants

ZHAO Min1 ?HE Zhiqing1 ?SONG ShuangGuan2

（1.State Nuclear Power Plant Service Company，Shanghai， 200233 China;2. Shanghai Lanya Petrochemical Equipment Inspection Institute Co.， Ltd.， Shanghai，201518，China）

Abstract：The condenser heat exchanger of nuclear power plant provides high-quality cooling water for the conventional island second circuit system of nuclear power plant. Due to various reasons， the heat transfer pipe in the condenser heat exchanger will produce defects such as perforation， rust， pit， pipe mouth loss， etc. in operation， and the leakage of heat transfer pipe will affect the normal operation of the system equipment. Heat transfer pipe in service inspection is an important means to ensure its safe and stable operation， for the heat transfer pipe inspection usually uses vortex inspection， leakage inspection and visual inspection methods， and visual inspection can effectively supplement the vortex inspection and leakage test deficiency， visible part can accurately and intuitively determine its nature， while visual inspection of abnormal heat transfer pipe cause analysis can also help. Visual inspection plays an important role in the in-service inspection and failure analysis of circulating cooling water heat exchangers in nuclear power plants， ensuring the safe and stable operation of the unit.

Key Words： Heat exchanger; Defect; Visual inspection; Titanium tube; Analysis

1前言

凝汽器又稱冷凝器，是核電廠常規(guī)島的一個(gè)重要設(shè)備，在汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)系統(tǒng)中起著冷卻作用，它對(duì)整個(gè)核電廠的安全運(yùn)行、保證核電廠經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。凝汽器傳熱管的泄漏將會(huì)影響核電廠二回路水質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響機(jī)組功率，甚至導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，直接影響核電廠的經(jīng)濟(jì)效益[1]。凝汽器熱交換器管殼側(cè)的介質(zhì)分別是海水和蒸汽，采用海水冷卻來自低壓缸的蒸汽。

1.1凝汽器的結(jié)構(gòu)

凝汽器是熱力系統(tǒng)的冷源設(shè)備，它分為表面式和混合式兩種，表面式更為常用[2]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，凝汽器有外殼、端蓋、管板、冷卻水管、熱水井及擋板、隔板等組成。由凝汽器的外殼、管板和冷卻水管將凝汽器分為兩個(gè)空間;凝汽器外殼、管板和冷卻水管壁外部分為蒸汽空間;另一部分為冷卻水空間。蒸汽與冷卻水官外壁接觸，冷卻水在冷卻水管內(nèi)流動(dòng)，蒸汽與冷卻水通過冷卻水管管壁換熱，使蒸汽凝結(jié)成水，形成真空。

1-凝汽器外殼 2-前水室的端蓋 3-后水室的端蓋 4-鋼管 5-排氣進(jìn)口 6-熱水井 7-抽空氣口 8-空氣冷卻區(qū) 9-空氣冷卻區(qū)擋板 10-冷卻水進(jìn)口 11-冷卻水出口 12-蒸汽空間

13、14-水室

1.2凝汽器的工作原理

凝汽器中裝有大量的換熱器，并通以海水作為循環(huán)冷卻水。當(dāng)汽輪機(jī)的排氣與凝汽器換熱管外表面接觸時(shí)，因?yàn)槭艿綋Q熱管內(nèi)水流的冷卻，放出氣話潛熱變成凝結(jié)水，所放潛熱通過換熱器管壁不斷地傳給循環(huán)冷卻水并被帶走[3]。這樣排氣就通過凝汽器不斷地被凝結(jié)下來。排氣被冷卻時(shí)，其比容急劇縮小，因此，在汽輪機(jī)排氣口下凝汽器內(nèi)部造成較高的真空。

機(jī)組投運(yùn)以來，每年會(huì)對(duì)凝汽器熱交換器傳熱管進(jìn)行渦流檢驗(yàn)，但渦流檢驗(yàn)存在管口檢驗(yàn)盲區(qū)及管內(nèi)部分幅值較低穿孔信號(hào)較難分辨的情況，目視檢驗(yàn)很好地補(bǔ)充了這點(diǎn)，對(duì)于缺陷的提早發(fā)現(xiàn)提供有力支撐。

凝汽器熱交換器傳熱管發(fā)現(xiàn)缺陷后，其堵管現(xiàn)象越來越多，個(gè)別堵管數(shù)量接近設(shè)計(jì)的5%，現(xiàn)階段采取的手段是對(duì)缺陷管進(jìn)行堵管。堵管前對(duì)缺陷管進(jìn)行目視檢驗(yàn)，也能對(duì)缺陷成因分析提供幫助。

2在役階段傳熱管目視檢驗(yàn)

對(duì)凝汽器熱交換器傳熱管進(jìn)行目視檢驗(yàn)，檢驗(yàn)主要包括管板及管口區(qū)域的直接目視檢驗(yàn)及管內(nèi)渦流檢驗(yàn)判斷存疑部分進(jìn)行內(nèi)窺鏡目視檢驗(yàn)。為了提高缺陷檢出率，檢驗(yàn)前必須進(jìn)行充分準(zhǔn)備：（1）由于傳熱管管側(cè)介質(zhì)為海水，水中泥沙含量比較多，機(jī)組停機(jī)后在管板及傳熱管內(nèi)殘留大量泥沙[4]。所以，在進(jìn)行目視檢驗(yàn)前必須對(duì)管板及傳熱管進(jìn)行沖洗;（2）進(jìn)行直接目視檢驗(yàn)時(shí)，由于檢測(cè)區(qū)域照明條件比較差，管板為光澤金屬表面，選擇照明光源時(shí)照度必須滿足程序最低要求，照度已不能太高，檢測(cè)時(shí)光線已不能直射被檢表面。（3）由于傳熱管管徑比較大且為直通管，選擇內(nèi)窺鏡進(jìn)行間接目視檢查時(shí)，在滿足要求的前提下盡量選擇直徑大一點(diǎn)的探頭和放大倍數(shù)大一點(diǎn)的內(nèi)窺鏡。管板結(jié)構(gòu)具體見圖2。

2.1凝汽器熱交換器傳熱管直接目視檢驗(yàn)缺陷

熱交換器的管側(cè)的工藝介質(zhì)是含泥沙顆粒的海水。水質(zhì)好壞將會(huì)直接影響傳熱鈦管的熱效率，更會(huì)影響鈦管的服役壽命長(zhǎng)短[5]。海水中含有一定量的泥沙顆粒、微生物、貝殼類硬質(zhì)異物。表明RCW熱交換器的運(yùn)行環(huán)境是比較惡劣的，微生物及泥沙的腐蝕和磨損、異物堵塞、機(jī)械割傷等，具體情況見圖3～圖13，大都是導(dǎo)致傳熱鈦管過早破損失效的原因。目視檢驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫匕l(fā)現(xiàn)及判斷缺陷。

2.2凝汽器熱交換器傳熱管間接目視檢驗(yàn)缺陷

由于機(jī)組堆型不同或功率不同，凝汽器熱交換器傳熱管長(zhǎng)度在15～20 m之間，在役期間管壁檢查方法主要是渦流檢驗(yàn)，對(duì)于管板及管口盲區(qū)域采用直接宏觀目視可以作為渦流檢驗(yàn)的補(bǔ)充檢驗(yàn)，但對(duì)于管子內(nèi)部存在部分渦流探頭不能通過及缺陷信號(hào)幅值太低導(dǎo)致無法準(zhǔn)確判定是否為穿孔缺陷的情況，補(bǔ)充內(nèi)窺鏡的間接目視檢驗(yàn)[6]。內(nèi)窺鏡發(fā)現(xiàn)管內(nèi)異物及穿孔。具體情況見圖14～圖21。

3缺陷管破口的宏觀目視

對(duì)2根存在穿孔缺陷的鈦管進(jìn)行換管處理，缺陷管破口處進(jìn)行宏觀目視，進(jìn)行缺陷成因分析。

3.11#缺陷管

該破口距出水口 1 715 mm處，而且正好位于支撐板處，形狀為不規(guī)則潰蝕形態(tài)，大小10mm×5 mm，其宏觀形態(tài)和內(nèi)外壁破損特征見圖22～圖24，從圖中可以看出，該破口外壁有一條較長(zhǎng)、較寬的機(jī)械割痕，并且在另一處也有割傷刀痕。這類機(jī)械割傷顯然是在鈦管穿過支撐板時(shí)被機(jī)械損傷的或鈦管本身就存在就有割傷痕，雖然當(dāng)時(shí)未破損泄漏，但在運(yùn)行時(shí)由于鈦管與支撐板之間的微動(dòng)磨損作用，使機(jī)械割傷口處的管壁有所減薄并最終疲勞開裂。

3.2 2#缺陷管

該破口距管口125 mm處，位于管板與第一個(gè)支撐板之間，交替存在3個(gè)階梯狀相互平行的窄形條孔，各個(gè)破口大小不等，最大的有5 mm，具體見圖25。

從破口的宏觀形貌來看，外壁沒有磨損和沖刷痕跡，表明破口是從內(nèi)壁破損的。從圖26～圖28所示的幾個(gè)不同形態(tài)來看，內(nèi)壁表面經(jīng)歷了很大的擠壓剪切塑性變形，管壁已褶皺，同時(shí)破口周圍也存在一系列線狀的磨削變形條，并且磨損條痕有點(diǎn)扭曲，但方向均沿管子的軸線。這說明含泥沙海水是以高剪切速率擠壓和磨削管內(nèi)壁的，該剪力超過了鈦管的剪切屈服強(qiáng)度，致使管壁出現(xiàn)大的剪切塑性變形。可以推斷這一區(qū)域的管子遭遇異物的全面堵塞，這個(gè)異物就是堵塞在管內(nèi)的泥塊和淤泥在外觀檢驗(yàn)時(shí)曾看到過泥沙堵管的現(xiàn)象。

4結(jié)語

目視檢驗(yàn)在核電廠凝汽器熱交換器在役檢驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用，目視檢驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確直觀地判別其性質(zhì)，同時(shí)對(duì)缺陷傳熱管的成因分析也可以提供幫助。保證凝汽器熱交換器能在規(guī)定的服役期限內(nèi)安全可靠的運(yùn)行，也保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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