一种蒸汽发生器一次侧管嘴临时封堵措施
2018-04-25张晓春
张晓春
(上海核工程研究设计院有限公司,上海市 200233)
蒸汽发生器是核电站中用于连接一回路和二回路的关键设备,安全分级为核安全I级。
在核电站停堆检修期间,需要打开蒸汽发生器下人孔以开展相应的在役检修工作,诸如蒸汽发生器水室封头的内壁腐蚀检测,一回路主管道与蒸汽发生器水室封头的异种焊缝的射线探伤以及U型传热管的涡流探伤、传热管堵管等工作[1]。在蒸汽发生器下人孔盖打开后,一回路会直接暴露在空气环境中,而一回路所包含液体为高放射性液体,如检修人员与之直接接触,则不仅会对检修人员身体健康会造成很大损伤也会对核电站物理保健剂量控制带来挑战。故在蒸汽发生器下人孔盖移除后,需要为蒸汽发生器水室封头及一回路主管道间提供可靠的安全隔离以确保检修工作的顺利进行。可以这么说,管嘴堵板的安装工作则是顺利完成核电站检修换料工作的前提保障。
1 技术分析
图1 反应堆冷却剂回路
一台蒸汽发生器下部与管道接口包括一个热端管嘴(进口)与热端主管道相连,两个冷端管嘴(出口)与反应堆主冷却剂泵相连,见图1所示。因其热端管嘴与冷端管嘴尺寸不同,故蒸汽发生器一次侧水室封头管嘴堵板按其所需密封的管嘴尺寸不同可分为进口管嘴堵板与出口管嘴堵板两类。蒸汽发生器出口管嘴在系统中与主冷却剂泵相连,进口管嘴与通过主管道与反应堆压力容器相连接。在停堆换料期间,检修人员将通过人孔进入蒸汽发生器下水室封头内进行相应的检修维护工作。
蒸汽发生器一次侧水室封头管嘴堵板在安装完毕后需要作为一回路及蒸汽发生器水室封头间的最后一道安全屏障,应保证其使用时可能发生的瞬态事故下的可靠性。由于蒸汽发生器水室封头内温度,湿度,辐照剂量、放射物污染等均要高于其他在役检修工作。蒸汽发生器水室封头内部温度约为50℃左右,剂量率约为60mSv/h[2]。检修人员需要穿戴专用通风气衣并携带管嘴堵板通过蒸汽发生器下人孔进入蒸汽发生器水室封头内部进行管嘴管嘴的临时封堵工作[3]。
图2 蒸汽发生器水室封头
在检修过程中,每台蒸汽发生器需同时使用三套管嘴堵板,其中进口管嘴堵板一套,用于封堵热段管道;出口管嘴堵板两套,用于封堵冷端管道,见图1及图2所示。一套完整蒸汽发生器一次侧水室封头管嘴堵板包括三套管嘴堵板及配套可同时控制三套管嘴堵板同时进行工作的控制系统。
蒸汽发生器管嘴堵板的功能为:
a)在蒸汽发生器一次侧进行在役检查时,管嘴堵板用于封堵并承受主管道内由液位差产生的工作压力,防止放射性气体或液体对检修人员造成不必要的伤害。
b)管嘴堵板确保蒸汽发生器在检修时不受一回路水位升降的影响,使蒸汽发生器检修与换料能同时进行,缩短核电厂大修时间。
c)在蒸汽发生器一次侧进行在役检查时,用于防止任何异物掉入一次侧主管道内。管嘴堵板可作为检修人员站立和放置在役检查仪器的操作平台。
按其主要部件蒸汽发生器一次侧水室封头管嘴堵板划分为金属支撑板、密封气囊组成。其中:
a)金属支撑板既要作为密封件的载体又是承受管道压力的主要构件。在工作压力下,金属支撑板应无可见变形保证管嘴堵板与管道之间的缝隙不扩大,影响密封性能。由于条件限制,封堵管道时,蒸汽发生器水室封头内只能有一名工作人员搬运并进行堵板的拆、装工作。因此,金属支撑板既需要高强度,其重量又需要尽量小,尽可能减轻工作人员的负担。
b)密封气囊采既要考虑安装的便捷性又要考虑在役检修的可靠性要求。密封的可靠性要求管嘴堵板密封结构与管嘴内壁产生足够的变形量以达到密封效果,而安装的便捷性则要求堵板外径小于管嘴内径。故从功能角度而言,该密封结构较优选择为选用充气式气囊密封来实现,气囊在自然状态下外形尺寸小于管嘴内径方便安装。在充气条件下,气囊产生膨胀贴合管壁,产生足够的变形量达到密封效果。
c)控制系统用以给密封气囊进行充气、排气工作以及对于密封情况的实时监测。
金属支撑板侧面与气囊侧面通过紧固件与金属支撑板相固定,气囊中部设有气路管线与外界控制系统相连。在管嘴堵板安装完毕后,气囊充气后产生膨胀紧贴管嘴内壁,产生足够的压缩量以提供所需的密封效果。管嘴堵板见图3所示。
图3 蒸汽发生器一次侧管嘴堵板
图4 管嘴堵板安装简图
结合以上需要问题,将气囊充气结构设计为由三道环封气囊—耳状气囊、干囊及湿囊。三道充气气囊及“锅状”橡胶胶碗组合而形成最终的密封气囊。密封结构简图见图4。
在进行管嘴封堵作业过程中,采用控制系统对气囊的干囊、湿囊进行充气。干囊、湿囊在充气后膨胀紧贴管道内壁,产生足够的变形量提供所需的密封效果。同时因干囊与湿囊贴合管道内壁,两者与管道内壁之间的区域形成一个小型密闭空间—检测室。在管嘴堵板安装完毕后,可以通过气路管线与检测室相连可对该密闭空间的压力及流量的检测。若干囊或湿囊与管道内壁间的没有达到完全密封,则检测室内的供气条件无法形成稳定,其压力及流量会产生变化,可以通过传感器将该变化量转换为电信号传输给控制系统进行泄漏报警以达到泄漏检测及密封实时监测、报警的功能。
耳状气囊为干囊及湿囊密封皆失效情况下的设置最后一道保证检修人员有足够时间进行撤离的安全保障。耳状气囊与干囊及湿囊有所不同之处在于,耳状气囊自然状态下外形尺寸略大于蒸汽发生器管嘴内径,在安装时需要采用真空泵抽负压使得其收缩方便安装。在安装完毕后,停止真空泵的工作,耳状气囊自然回弹贴合管道内壁,形成被动密封的效果。
胶碗上除了预留有将皮碗与金属支撑板固定的连接件接口外,还设有相应的气路接口可与外界气源相连。
干囊及湿囊为主动密封,需要通过给其内部充气来保证密封。且考虑到检修工作安全可靠的要求,干囊和湿囊在单独工作情况下可保持密封—若单道充气气囊(湿囊或干囊)产生泄漏,则还有一道冗余气囊可保证密封。而耳状气囊为被动密封,若在检修过程中产生两道主动密封皆失效,虽然该被动密封无法承受一回路的水压,但是可起到一定延缓高放射性液体的泄漏速度,为检修人员安全撤离争取更多时间。
在蒸汽发生器需要进行检修时,操作人员需要将管嘴堵板折叠使其尺寸小于人孔内径以便通过人孔进入蒸汽发生器水室封头内部。在进入水室封头后,展开管嘴堵板,采用真空泵将耳状气囊抽真空使其紧贴胶碗。将管嘴堵板就位后,旋转一定角度,检修人员即可从水室封头内部撤离。通过外部控制台停止真空泵工作,给干囊及湿囊进行充气,同时通过控制系统对密封情况进行监测。
2 结论
由于蒸汽发生器所处的特殊环境,蒸汽发生器管嘴临时封堵对于安全性、可靠性有着更高的要求。该管嘴堵板采用了一种能动与非能动相结合的密封方式,在满足承压、密封等基本功能的基础上增加了安全余量,在核电站进行在役检修时能为蒸汽发生器水室封头与换料水池间提供临时封堵,以确保蒸汽发生器内部的检修工作与核电站换料工作的同时进行,为检修人员提供安全保障。同时,该种临时封堵方式也可为其他项目提供参考。
[1]丁训慎.核电站蒸汽发生器的管理与维修[J].设备管理与维修,2001(3):9-10.
[2]刘成夫.蒸汽发生器装拆堵板的辐射防护最优化[J].辐射防护,2004,24(3-4):263-271.
[3]邓克春,郭 飞,杨 岩,等.宁德核电厂蒸汽发生器装拆堵板的辐射防护最优化管理[J].辐射防护通讯,2014(5):21-23.
(本文文献格式:张晓春.一种蒸汽发生器一次侧管嘴临时封堵措施[J].山东化工,2018,47(7):110-111.)