三门核电高压加热器人孔密封方式分析和改进

摘要：文章对三门核电站中的高压加热器人孔密封方式进行了介绍，并通过对比国内核电站的高压加热器人孔密封方式，对人孔拆卸与回装过程、技术要求、成本等进行了分析，提出了对高压加热器人孔密封方式的改进建议。

关键词：高压加热器；焊接；隔膜板；自密封

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0071-03

三门核电的核岛采用美国西屋AP1000堆型。常规岛的高压加热器（以下简称高加）的人孔密封采用隔膜板焊接，再用螺栓紧固的方式，因此每次开启人孔，都需要将隔膜板进行切割、打磨，回装时，需要重新更换新的隔膜板，再进行焊接，最后紧固人孔盖螺栓。拆卸和回装人孔的工序都比较复杂，技术要求较高，通过对比国内其他核电站的高加人孔密封方式，对我公司高加人孔密封方式进行分析，提出改进建议。

1 三门核电高加人孔密封方式介绍

三门核电站常规岛共有两列高加，每列包括一台6号高加和一台7号高加。采用水平布置，U形管式换热器。高加水室封头为半球形，每台高加有一个人孔，人孔设置在封头正中的位置。人孔密封方式采用隔膜板焊接，再用螺栓紧固的方式。高加人孔隔膜板的材质为热轧低碳钢。

常规岛采用的是日本三菱的设计，日本核电站的高加人孔密封设计几乎都采用隔膜板焊接的方式。

大修期间对高加传热管、水室内壁等进行检查时，每次都需要打开人孔。在核电站寿期中和末，常常会出现传热管泄漏的情况，这样在机组运行过程中经常需要将机组降功率后将高加隔离后进行相应的堵管作业。

2 对比国内核电站高加人孔密封方式

三门核电高加人孔拆卸与回装过程复杂，技术要求较高，消耗的检修时间长，相比国内其他核电站的高加检修，三门核电高加的检修技能与检修工期要求都更加高。三门核电高加与国内几个核电站的高加人孔密封方式上存在较大差异，详见表1。

2.1 人孔拆卸与回装过程分析

隔膜板焊接+螺栓紧固的方式与自密封的方式人孔拆卸和回装过程存在明显差异，详见下表2。

三门核电高加人孔拆卸大致步骤如下：（1）使用液压扳手拆卸人孔螺栓，剩余两颗对角螺栓暂时不拆；（2）拆卸最后两颗螺栓，缓慢吊开人孔盖板，将人孔盖板放置在铺有橡胶垫的地面上；（3）拆卸人孔隔膜板，可以用气割的方法切割隔膜板，也可使用便携式法兰机加工车床车削隔膜板。

三门核电高加人孔回装大致步骤如下：（1）安装前检查新的隔膜板有无变形、裂纹、锈蚀等缺陷，测量隔膜板厚度是否满足要求；（2）测量人孔密封面到人孔座顶部的高度，保证隔膜板顶部要高于人孔座，PT检查密封面和坡口，确认无缺陷；隔膜板对正和定位焊，将隔膜板定位在人孔座中心，按对角位置依次点焊几等分，打磨点焊毛刺；（3）焊接（TIG焊接），采用钨极氩弧焊，多层焊接，每层焊缝都要进行PT检查；处理打磨焊缝，PT检查无缺陷后，焊接完成。

高加自密封人孔拆卸和回装大致过程是使用拆装装置和手拉葫芦固定人孔盖，通过拆装装置拆卸和回装人孔盖，无需拆卸和安装隔膜板，只需要移除和安装人孔密封垫片即可，操作步骤简单，节省了检修时间。

综上所述，三门核电高加人孔隔膜板焊接与自密封方式存在较大的差异，三门核电高加人孔隔膜板拆卸与回装操作步骤多，工序复杂，技术要求高，相比而言，自密封方式操作快捷，工序简单，技术要求低。

2.2 技术要求分析

（1）隔膜板拆卸技术。三门核电高加人孔隔膜板拆卸方式大致分两种：使用气割进行切割，然后进行机械打磨；使用便携式法兰机加工车床进行车削。第一种方式，气割时容易产生异物进入水室，而且机械打磨容易对人孔座密封面造成损伤。第二种方式，采用便携式法兰机加工车床，车削精度高，对法兰密封面的损伤较小，但该方法需采购便携式法兰机加工车床，操作人员需熟练掌握该车床操作技术，以满足车削精度的要求。

自密封人孔的拆卸时需要使用的专用工具有：拆装托架和拆装装置，同时使用手拉葫芦配合。拆卸过程简单、便捷，拆卸消耗的检修时间相比隔膜板拆卸大为缩短，并且自密封拆卸步骤中没有会对密封面产生损伤的步骤，拆卸造成密封面损伤的风险降低，大大提高了维修效率和质量。

（2）焊接技术要求。三门核电高加人孔隔膜板焊接采用钨极氩弧焊，多层焊接。每层焊缝都要进行PT检查，最终的焊缝不能高于隔膜板上表面，若高于隔膜板则需要进行打磨处理，PT检查无缺陷后，焊接完成。

焊接技术的优劣将直接影响人孔的密封性，焊接会对人孔座母材产生影响，材料因受热的影响（但没有熔化）而发生金相组织和力学性能变化，即所谓的热影响区，热影响区的宽度受焊接方法、焊接时的电流、金属板材的厚度以及焊接工艺等因素的影响。金属材料在焊接过程中，由于材料性能、焊接工艺、温度等原因，会产生各种缺陷，如：外观缺陷、裂纹、气孔、夹渣、未熔合和未焊透、其他缺陷等。同时焊接热应力也会影响人孔座及密封部位的使用寿命。

自密封人孔则无需焊接工艺，避免了对人孔座的损伤，借助高加内部介质的压力，保证人孔的密封性能。

（3）隔膜板制造、安装精度影响分析。高加人孔隔膜板制造、安装精度的高低将直接影响人孔密封性能的好坏，下面从以下几点做分析：

隔膜板制造精度的影响。隔膜板作为密封元件，由于加工精度的影响，隔膜板或多或少存在一些轻微的制造缺陷，例如水平度不足，尺寸不均匀等。当然，裂纹、弯曲、变形、锈蚀等明显的缺陷。这些缺陷将成为密封失效的隐患，随着运行时间的推移，最终将导致密封失效。例如隔膜板水平度不足，将造成人孔盖与隔膜板压紧面存在间隙，间隙处的压紧力不足，该处焊缝部位介质的压力大于压紧力，久而久之，将导致泄漏的发生。

隔膜板安装精度的影响。若我们排除隔膜板的制造缺陷，隔膜板的安装精度同样会受到其他因素的影响。

隔膜板拆卸过程中机械打磨将对人孔座产生损伤，人孔座的水平度在多次打磨后将难以保证，从而影响隔膜板安装的水平度。

焊接隔膜板时，焊缝的高度要求低于隔膜板，若存在某些高于隔膜板的焊缝又将导致隔膜板与人孔盖的压紧面存在间隙。

焊接热应力引起隔膜板的变形，焊接过程中产生的热应力，将会使隔膜板发生变形。特别是在焊接步骤不正确的情况下，发生变形的概率加大，从而影响隔膜板的安装，引起泄漏。

（4）人孔螺栓紧固不均匀。人孔螺栓紧固不均匀会使隔膜板所受压紧力不均，焊缝容易产生裂纹，随着运行时间的推移，裂纹扩展，最终发生介质泄漏。

田湾核电的额供高加采用的是和隔膜板类似的膜片焊接密封方式，就曾发生过人孔法兰泄漏事件，其中一个原因就是因为工作人员先使用了敲击扳手紧固，再用力矩扳手紧固，从而导致膜片受力不均，焊缝出现裂纹。

2.3 成本对比分析

人孔自密封的方式与隔膜板焊接+螺栓紧固的方式检修成本上存在较大差异。人孔自密封的方式在拆卸、回装方面消耗的检修时间与检修工具成本上都较低。表3为两种类型的人孔密封方式成本对比。

通过表3可以看出，人孔自密封的方式检修工具简单，数量少，所需的检修时间短，总体成本比隔膜板焊接+螺栓紧固的方式低。

综上所述，高加人孔自密封的方式与隔膜板焊接+螺栓紧固的方式相比，有以下三个优点：

（1）人孔的拆卸和安装步骤简单，节省了检修时间。

（2）直接更换密封垫片，无需打磨，减少了对密封面的损伤，降低了泄漏风险。

（3）与隔膜板焊接相比，操作技术要求不高，无需焊接、打磨等，出现问题的概率大大降低，人孔座及密封部位不会受焊接热影响。

3 改进建议

综上所述，高加人孔密封采用隔膜板焊接，再用螺栓紧固的方式，人孔拆卸和安装步骤复杂，消耗的检修时间较长；打磨操作，会对密封面产生损伤；隔膜板焊接、打磨操作技术要求较高，容易出现问题。改进建议如下：

（1）三门核电的3、4号等后续机组高加人孔密封方式改为自密封方式；

（2）采购人孔自密封拆装的专用工具（托架装置和拆装装置）；

1、2号机组高加维修管理建议如下：

（1）对高加人孔拆卸和安装过程中的关键步骤加强监管，设置质量控制点，严格控制检修质量。

（2）采购便携式法兰机加工车床，并持续开展专用工具的理论和操作培训，使操作人员熟练操作，提高维修质量。

（3）加强对高加人孔拆装操作人员的理论与操作培训。

（4）机组运行后，分析高加运行和维修统计数据，必要时对人孔密封方式进行技术改造。

参考文献

[1] 郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].北

京：化学工业出版社，2005.

[2] 顾军，等.AP1000核电厂系统与设备[M].北京：

原子能出版社，2010.

作者简介：张晓明（1987—），男，浙江杭州人，中核集团三门核电有限公司助理工程师，研究方向：容器检修。