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        承插管道泄漏原因分析

        2022-10-19 06:59:20顏令博焦中杰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年29期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        顏令博,焦中杰

        (上海核工程研究設(shè)計院有限公司,上海 200000)

        電站消防系統(tǒng)由火災(zāi)探測和報警設(shè)備、消防水供給設(shè)備、自動和手動滅火設(shè)備等組成。火災(zāi)探測和報警設(shè)備包括探測和確認火災(zāi)發(fā)生地點所需的儀控裝置、報警裝置、FPS 自檢裝置和自動滅火觸發(fā)裝置。

        消防系統(tǒng)為核反應(yīng)堆廠房(以下簡稱“核島”)、汽機廠房(以下簡稱“常規(guī)島”)及核島和常規(guī)島以外的配套建筑物、構(gòu)筑物及其設(shè)施(以下簡稱“BOP”)等提供火災(zāi)保護。

        核電站消防系統(tǒng)水壓是由2 個電動穩(wěn)壓泵、1 個電動消防泵和1 個柴油機消防泵所建立。消防水是由消防泵從2 個獨立的水箱中輸送的,2 個水箱之間設(shè)常關(guān)聯(lián)通閥。電動穩(wěn)壓泵給消防集管供水,以保證管道長期維持壓力穩(wěn)定。穩(wěn)壓泵在其就地控制盤上投入運行,由各自的壓力開關(guān)控制。當系統(tǒng)需求超過穩(wěn)壓泵的能力時,集管的壓力下降,電動消防泵啟動來提供消防水。1 個消防泵就能提供要求的全部消防水量。如果電動消防泵啟動失敗或系統(tǒng)需求超過該泵的能力,集管的壓力下降,柴油機消防泵啟動。電動消防泵或者柴油消防泵一旦啟動,只能在就地控制盤上使其停運。

        消防水系統(tǒng)提供正常余熱排出泵和正常余熱排出熱交換器的備用冷卻。

        1 消防系統(tǒng)管道承插管道介紹

        承插管道是將管子或管件一端的插口插入欲接件的承口內(nèi),并在環(huán)隙內(nèi)用填充材料密封。填充材料主要有柔性的青鉛、彈性橡膠密封圈和水泥砂漿等。承插連接主要用于鑄鐵管、鋼筋混凝土管和塑料管等連接。承插式管道接口可以簡化制造工藝、降低制造成本,并且提高承載強度。

        T 型承插口屬于標準件,結(jié)構(gòu)包括3 個部分,較大的承口、較小的插口及橡膠密封圈。密封圈位于承口和插口中間。國標T 型承插口結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

        圖1 國標T 型承插口結(jié)構(gòu)圖

        2 承插管道漏水事件描述

        2.1 試驗背景描述

        一些汽機廠房的火災(zāi)可能會引起設(shè)備冷卻水系統(tǒng)和廠用水系統(tǒng)功能的喪失。在電站冷卻期間,正常余熱排出系統(tǒng)用于導(dǎo)出堆芯衰變熱,如果在此期間發(fā)生這樣的火災(zāi),設(shè)備冷卻水系統(tǒng)和廠用水系統(tǒng)的喪失將會引起冷卻堆芯能力的喪失。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)設(shè)置有一條與消防系統(tǒng)連接的管線,用于在這種情況下向正常余熱排出熱交換器提供冷卻水。其他所有設(shè)備冷卻水用戶將與消防系統(tǒng)水隔離,只有1 個正常余熱排出熱交換器能被冷卻?;馂?zāi)保護水流通過正常余熱排出熱交換器后,從專門的排放管線流到輔助廠房地坑。

        消防系統(tǒng)供、回水管線用臨時的軟管和有足夠容量的便攜式風(fēng)冷熱交換器和循環(huán)泵底座連接起來。這個便攜式泵被用作向正常余熱排出熱交換器提供水流以導(dǎo)出堆芯衰變熱。

        2.2 承插管道泄漏過程描述

        在設(shè)備冷卻水完成流量分配試驗,所有流量孔板尺寸均確定之后,試驗負責(zé)人依據(jù)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)預(yù)運行試驗程序執(zhí)行消防系統(tǒng)向設(shè)備冷卻水系統(tǒng)補水流量試驗。本試驗需求消防系統(tǒng)電動消防泵MP-01A 處于在線狀態(tài),柴油消防泵被隔離。試驗負責(zé)人指派試驗組成員就地依次打開消防系統(tǒng)補水隔離閥V440 和設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的隔離閥V309,消防系統(tǒng)集管壓力瞬間降低,電動消防泵MP-01A 壓力低自動聯(lián)啟,電動消防泵側(cè)人員調(diào)節(jié)電動消防泵再循環(huán)閥V009A 控制系統(tǒng)壓力在1.31 MPa 左右,最后全關(guān)再循環(huán)閥門,消防系統(tǒng)向設(shè)備冷卻水系統(tǒng)補水流量達到最大值,完成試驗流量驗證,流量試驗期間電動消防泵MP-01A 一直處于運行狀態(tài),就地關(guān)閉設(shè)備冷卻水系統(tǒng)V309 和消防系統(tǒng)V440,在關(guān)閉設(shè)備冷卻水系統(tǒng)V309 后,消防系統(tǒng)壓力立即上升到1.46 MPa,就地手動停運電動消防泵,3 s 后由于系統(tǒng)壓力降低,電動消防泵MP-01A 再次啟動將壓力穩(wěn)定在1.37 MPa,再次手動將電動泵停運,幾秒鐘后電動消防泵因壓力低第三次啟動,壓力無法穩(wěn)定在1.03 MPa 以上,并且電動消防泵控制柜顯示電動消防泵電流超流,立即切斷電動消防泵電源。與此同時,消防系統(tǒng)壓力瞬間降為0,柴油消防泵房人員匯報柴油消防泵房地板下面出現(xiàn)大面積漏水,隔離柴油消防泵出口泄漏點,手動啟動消防穩(wěn)壓泵MP-02,10 min左右消防系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常。消防系統(tǒng)壓力瞬時變化曲線如圖2 所示。

        圖2 消防系統(tǒng)壓力瞬時變化曲線

        2.3 現(xiàn)場情況踏勘

        在事件發(fā)生后,消防系統(tǒng)小組對漏水處進行現(xiàn)場檢查,現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)柴油消防泵房下面消防泵出口管L009B 的承插接口發(fā)生漏水,現(xiàn)場核實情況如下。

        (1)承插口整體布置在工作坑內(nèi),坑底混凝土有1個開孔。出口管通過法蘭與彎頭連接,彎頭最下部焊接1 個帶法蘭的大小頭變徑,然后大小頭的法蘭連接白色插口管,最終插入球磨鑄鐵承口。

        (2)插口管為30.48 cm 碳鋼管道,承口管道為30.48 cm 球磨鑄鐵標準件,未見有卡箍等加固措施。

        (3)混凝土孔直徑與承口外徑一致,由于插口管外徑比承口管小,說明混凝土未與插口管道發(fā)生接觸。即混凝土沒有對插口管道起到固定作用。

        (4)柴油消防泵房為框架式鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)外安裝彩鋼板。所有支撐都固定在廠房鋼結(jié)構(gòu)上,未在混凝土上生根。

        (5)排水后發(fā)現(xiàn)橡膠密封圈部分脫出,出口管向上移動約50 mm,造成與其相連的再循環(huán)管支撐受積壓變形。

        現(xiàn)場檢查情況如圖3 柴油消防泵出口管插口漏水點和圖4 柴油消防泵管道變形支架所示。

        圖3 柴油消防泵出口管插口漏水點

        圖4 柴油消防泵管道變形支架

        3 原因分析

        柴油消防泵出口承插口整體布置在工作坑內(nèi),柴油消防泵出口管通過法蘭與彎頭連接,彎頭最下部焊接1 個帶法蘭的大小頭變徑,然后大小頭的法蘭連接插口管,最終插入球磨鑄鐵承口。插口管為40 cm 碳鋼管道,承口管道為40 cm 球磨鑄鐵標準件。根據(jù)當時系統(tǒng)壓力進行受力分析計算,當時進行試驗時最高系統(tǒng)壓力為1.46 MPa,管道為內(nèi)徑約305 mm。作用在管道橫截面的力為

        相當于10 t 重的物體產(chǎn)生的重力,在承插口軸向沒有加強緊固措施和管道支撐限位的情況下,在如此大的壓應(yīng)力作用下,管道向上發(fā)生移動,出現(xiàn)漏水事件。

        經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)此類承插管道存在于消防系統(tǒng)集管與核島、常規(guī)島廠房之間連接處、2 個消防水箱之間埋地管道、核島廠房與BOP 廠房連接處等,相比較而言,此處管道壓力變化較大,支撐較為薄弱,發(fā)生泄漏概率更高。基于該經(jīng)驗反饋對其原因做如下分析。

        3.1 設(shè)計變更問題

        根據(jù)現(xiàn)場的核實情況和設(shè)計部門的反饋,原始設(shè)計的室外埋地消防管道,材質(zhì)為球磨鑄鐵,公稱壓力等級CL350,管道材料標準為AWWA-C151/A21.51,管道涂層要求為AWWA-C104/A21.4,外涂瀝青,內(nèi)襯水泥,連接方式為法蘭。

        由于在國內(nèi)按照原設(shè)計要求未采購到美標的球磨鑄鐵管道,于是在現(xiàn)場發(fā)起材料替代用國標GB/T 13295—2019《水及燃氣用球墨鑄鐵管、管件和附件》材料替代美標材料。原來的內(nèi)襯水泥砂漿的法蘭連接管道,變更為國標壁厚等級的K9 系球磨鑄鐵管道,公稱壓力2.50 MPa,變更后的連接方式為T 型承插連接。

        設(shè)計要求對變更后的承插口應(yīng)該使用管箍和拉桿進行加固,并認為這不屬于設(shè)計職責(zé)。

        國內(nèi)此類承插管道多用于及主要用于市政、工礦企業(yè)給水、輸氣和輸油等。在此變更中未考慮法蘭連接變更為T 型承插口連接,在自然狀態(tài)下連接處不能承受拉應(yīng)力。

        3.2 施工問題

        在設(shè)計變更后,施工單位初步確定用8 根螺栓和4 片管夾分別夾緊插口和承口管道,然后將管夾焊接在管道,最后通過4 個中間開孔的墊圈和2 根雙頭長螺栓,將2 對管夾緊固。但由于變更中并未明確管箍與碳鋼管道的焊接方式,也未明確管箍在管道軸向上的位置,而且在后續(xù)安裝施工中沒有及時進行澄清,所以該加強措施最終沒有實施。

        根據(jù)系統(tǒng)和管道設(shè)計要求,在埋地承插管道安裝完成后,應(yīng)進行建安水壓試驗,施工單位發(fā)現(xiàn)無法進行保壓,經(jīng)過設(shè)計澄清,施工單位對埋地承插管道的承口位置澆筑混凝土支墩。支墩安裝完成后,施工單位對埋地管道進行了回填工作。在此基礎(chǔ)上建安管道水壓試驗順利完成,為后續(xù)防止埋地管道泄漏提供可靠保障,同時也為后續(xù)問題的發(fā)生埋下隱患。

        3.3 調(diào)試、生產(chǎn)問題

        在系統(tǒng)聯(lián)檢移交過程中,調(diào)試和生產(chǎn)方均未識別此變更潛在風(fēng)險,并且在現(xiàn)場聯(lián)檢過程中未認識到此缺陷。

        在消防系統(tǒng)試驗過程中,未出現(xiàn)承插管道泄漏,存在本身試驗未能將系統(tǒng)設(shè)備性能驗證齊全的可能性,調(diào)試和運行人員應(yīng)認真分析試驗是否滿足系統(tǒng)本身功能需求。

        綜上所述,設(shè)計、施工及調(diào)試等各方屏障突破,是造成承插口泄漏的主要原因。

        4 后續(xù)處理措施

        在明確原因后,為解決消防系統(tǒng)承插口泄漏問題,設(shè)計方發(fā)布變更文件對承插口該使用管箍和拉桿進行加固,設(shè)計文件確定用8 根螺栓和4 片管夾分別夾緊插口和承口管道,然后將管夾焊接在管道,最后通過4個中間開孔的墊圈和2 根雙頭長螺栓,將2 對管夾緊固。承插管道加固措施如圖5 所示。設(shè)計通過計算證明可以固定承插管道,能夠保證系統(tǒng)在正常運行壓力下長期穩(wěn)定運行。消防系統(tǒng)所有承插管道重新按照此方式進行支撐修改,施工完成后設(shè)計評估之前完成試驗有效性,同時設(shè)計、調(diào)試和生產(chǎn)各方共同討論是否需要增加試驗,證明消防系統(tǒng)的可靠性和安全性。

        圖5 承插管道加固措施

        5 結(jié)束語

        在設(shè)計方面發(fā)生變更時,變更后的設(shè)計一定要滿足或者超過最初的設(shè)計標準,在建安階段或其他階段系統(tǒng)需要進行的壓力試驗或其他試驗不能無故增加臨時措施,防止問題無法提前暴露,增加后續(xù)解決問題的難度,浪費大量人力物力。在核電站中應(yīng)用的任何技術(shù)都應(yīng)做到安全運行,避免上述類似事件的發(fā)生。

        核電廠的屏障是核電廠安全建設(shè)、運行的基本保障,每個工作層級都應(yīng)認真履行其職責(zé),避免核電廠的屏障失效。

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