核電廠凝汽器事故隱患分析及改進(jìn)方案

潘冠旭

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674- 1145（2020）2- 160- 01

摘 要 近年來我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對(duì)電能供應(yīng)有了更高要求，核電廠的電能供應(yīng)穩(wěn)定性以及供應(yīng)安全是確保核電廠穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)?；诤穗姀S中安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率較高的凝汽器隱患防止工作展開研究，并以某核電廠凝汽器冷卻鈦管沖蝕事故展開研究，分析其事故發(fā)生原因，并提出對(duì)應(yīng)的工藝優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞 核電廠凝汽器 事故隱患分析 改進(jìn)方案

一、案例詳情

根據(jù)研究需求以及研究目的，選擇某國(guó)營(yíng)核電廠的2號(hào)機(jī)組作為研究案例，該電廠2號(hào)機(jī)組預(yù)定容量約為728m w。設(shè)備機(jī)組與2014年正式投入使用。運(yùn)行三年后根據(jù)電廠設(shè)備檢測(cè)規(guī)定進(jìn)行例行檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)凝氣器龐杜擴(kuò)散器下部凝氣器冷卻管束上部，第一排鈦冷卻管出現(xiàn)故障，冷卻管下部出現(xiàn)了明顯沖蝕痕跡，長(zhǎng)度約為1m。造成了較大的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患。針對(duì)該設(shè)備鈦冷卻管沖蝕原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，分析過程以及結(jié)果如下。

二、事故隱患分析

（一）工程應(yīng)用分析

根據(jù)該機(jī)組的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及工作原理，該機(jī)組通過旁路向凝汽器排放壓力約為4.5m pa、溫度為240-253℃的蒸汽，總排放規(guī)模約為3700噸每小時(shí)。該排放標(biāo)準(zhǔn)較為普遍，我國(guó)多數(shù)核電廠機(jī)組均采用該排放標(biāo)準(zhǔn)。但與火力發(fā)電廠機(jī)組相比，參數(shù)規(guī)格明顯過高，但火力發(fā)電廠機(jī)組與核電廠機(jī)組凝汽器結(jié)構(gòu)十分相似，其蒸汽排放承受程度也相近，這也是造成核電發(fā)電廠凝汽器故障率較高的主要原因。我國(guó)多數(shù)核電廠采用的均為一級(jí)減壓消能裝置，其消能水平無法滿足蒸汽能量需求，消能不夠充分。根據(jù)美國(guó)電力研究院的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，該核電廠2號(hào)機(jī)組的衡器能量，需要2.1m以上的擴(kuò)散器射流的距離，而該機(jī)器僅為1.7m。安全距離的缺失導(dǎo)致蒸汽射流超出控制范圍，對(duì)周邊位置造成蒸汽沖擊，促使了沖蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

在鈦管的研究中，美國(guó)電力研究院對(duì)鈦管試片進(jìn)行沖蝕試驗(yàn)研究。研究在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)鈦管試片進(jìn)行加熱，并在加熱后讓鈦管試片在空氣中自然冷卻30分鐘。并進(jìn)行溫度替換測(cè)試，最終得出結(jié)論在400℃下，太偏出現(xiàn)典型的褐黃色氧化膜，并以此做為結(jié)論進(jìn)行推算，旁路運(yùn)行時(shí)存在龐杜閥噴水未開啟或延遲開啟而造成排放溫度大于原設(shè)計(jì)值254℃[1]。

基于凝汽器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理，旁路擴(kuò)散器進(jìn)口處于253℃時(shí)。其出口的最低溫度為220-240℃。溫度遠(yuǎn)高于凝汽器的額定150℃的溫度上限。造成沖蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

三、計(jì)算流體力學(xué)軟件分析

（一）分析模型建立

根據(jù)研究需求和研究目的，選擇三維模型進(jìn)行研究，根據(jù)該核電廠2號(hào)機(jī)組旁路擴(kuò)散器的實(shí)際尺寸，通過三維技術(shù)軟件，建立模型，具體沒模型如圖1所示。

（二）計(jì)算參數(shù)選擇

計(jì)算參數(shù)選擇對(duì)研究結(jié)論客觀性與正確性有直接影響，基于該機(jī)組蒸汽流動(dòng)的實(shí)際情況以及特點(diǎn)，選擇sst作為研究模型，計(jì)算過程未定比熱定常計(jì)算，工質(zhì)為單一物質(zhì)蒸汽。

（三）計(jì)算結(jié)果分析

由于小孔前后壓比遠(yuǎn)小于臨界壓比，旁路擴(kuò)散器排汽管上噴管出口流動(dòng)中心汽流最大馬赫數(shù)為4左右，最大流速1335m /s，旁路擴(kuò)散器擋汽板處最大靜壓力0.2MPa[2]。

根據(jù)研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，蒸汽在通過小孔后會(huì)產(chǎn)生旋渦現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)加大垂直方向上的流動(dòng)速度。流動(dòng)速度提升速度率約為60%。速度峰值接近350m /s。對(duì)下放凝汽冷卻鈦管造成蒸汽沖擊，伴隨高溫環(huán)境，造成了沖蝕現(xiàn)象。

四、改進(jìn)方案

（一）旁落擴(kuò)散器改進(jìn)

改進(jìn)方案制定應(yīng)避免較大范圍的設(shè)備更換措施，應(yīng)基于原有設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)失控。根據(jù)前文的研究結(jié)論，采用在現(xiàn)有擴(kuò)散器基礎(chǔ)上，增加隔離板進(jìn)行改進(jìn)，并增加一級(jí)減壓，優(yōu)化后的旁路擴(kuò)散器二次減壓后噴射后的方向避開冷泉水管，使優(yōu)化后的旁路擴(kuò)散器噴射安全距離小于旁路擴(kuò)散器距離冷卻管束1.7m的距離，最終從結(jié)構(gòu)上降低鈦管發(fā)生沖蝕現(xiàn)象的可能。

（二）凝汽管束改進(jìn)

更換凝汽器管束頂排鈦管為多節(jié)組合而成的 0Cr18Ni 不銹鋼棒，對(duì)應(yīng)管板孔采用鈦盲管短節(jié)，與管板連接采用脹焊結(jié)構(gòu)，并以尼龍堵頭封堵管口，防止海水從水側(cè)泄漏到汽側(cè)。由于采用了耐高溫、耐沖蝕的0Cr18Ni不銹鋼棒能有效阻擋其下面鈦冷卻管被沖蝕。

（三）運(yùn)行監(jiān)控

核對(duì)旁路系統(tǒng)運(yùn)行邏輯，確保旁路投入時(shí)減溫水同步開啟，防止旁路誤操作及減溫水延遲開啟現(xiàn)象。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的整體情況進(jìn)行檢測(cè)，在預(yù)防沖蝕顯現(xiàn)發(fā)生的同時(shí)，也要起到及時(shí)發(fā)現(xiàn)沖蝕現(xiàn)象的作用，從而最大限度優(yōu)化核電技術(shù)組的工作狀態(tài)，降低設(shè)備運(yùn)行中故障的發(fā)生概率，提高其整體發(fā)電水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]童益華，羅賢龍，李祥奎，陳國(guó)軍.某核電廠凝汽器安裝階段典型故障及處理措施[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（01）：7

[2]谷昊.核電廠凝汽器傳熱管渦流檢查結(jié)果分析[J].科技視界，2016（09）：267+285.