目视检验在核电厂凝汽器热交换器检查中的应用

赵敏 贺志清 宋双官

摘 要：核电厂凝汽器热交换器为核电站常规岛二回路系统提供高质量的冷却水。凝汽器热交换器内传热管由于各种原因，在运行中会产生穿孔、锈蚀、凹坑、管口缺失等缺陷，传热管泄漏将影响系统设备的正常运行。传热管在役检查是保证其安全稳定运行的重要手段，对于传热管的检查通常采用涡流检验、泄漏检验及目视检验的方法，而目视检验可以有效补充涡流检验及泄漏检验的不足，可见部分能准确直观的判别其性质，同时目视检验对异常传热管的成因分析也可以提供帮助。目視检验在核电厂凝汽器热交换器的在役检查及失效分析中发挥着重要作用，保证了机组安全稳定运行。

关键词：热交换器  缺陷  目视检验  钛管  分析

中图分类号：TM623文献标识码：A     文章编号：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

凝汽器又称冷凝器，是核电厂常规岛的一个重要设备，在汽轮机组的热力循环系统中起着冷却作用，它对整个核电厂的安全运行、保证核电厂经济效益具有重要作用。凝汽器传热管的泄漏将会影响核电厂二回路水质，严重时会影响机组功率，甚至导致机组停机，直接影响核电厂的经济效益[1]。凝汽器热交换器管壳侧的介质分别是海水和蒸汽，采用海水冷却来自低压缸的蒸汽。

1.1凝汽器的结构

凝汽器是热力系统的冷源设备，它分为表面式和混合式两种，表面式更为常用[2]。其结构如图1所示，凝汽器有外壳、端盖、管板、冷却水管、热水井及挡板、隔板等组成。由凝汽器的外壳、管板和冷却水管将凝汽器分为两个空间;凝汽器外壳、管板和冷却水管壁外部分为蒸汽空间;另一部分为冷却水空间。蒸汽与冷却水官外壁接触，冷却水在冷却水管内流动，蒸汽与冷却水通过冷却水管管壁换热，使蒸汽凝结成水，形成真空。

1-凝汽器外壳 2-前水室的端盖 3-后水室的端盖 4-钢管 5-排气进口 6-热水井 7-抽空气口 8-空气冷却区 9-空气冷却区挡板 10-冷却水进口 11-冷却水出口 12-蒸汽空间

13、14-水室

1.2凝汽器的工作原理

凝汽器中装有大量的换热器，并通以海水作为循环冷却水。当汽轮机的排气与凝汽器换热管外表面接触时，因为受到换热管内水流的冷却，放出气话潜热变成凝结水，所放潜热通过换热器管壁不断地传给循环冷却水并被带走[3]。这样排气就通过凝汽器不断地被凝结下来。排气被冷却时，其比容急剧缩小，因此，在汽轮机排气口下凝汽器内部造成较高的真空。

机组投运以来，每年会对凝汽器热交换器传热管进行涡流检验，但涡流检验存在管口检验盲区及管内部分幅值较低穿孔信号较难分辨的情况，目视检验很好地补充了这点，对于缺陷的提早发现提供有力支撑。

凝汽器热交换器传热管发现缺陷后，其堵管现象越来越多，个别堵管数量接近设计的5%，现阶段采取的手段是对缺陷管进行堵管。堵管前对缺陷管进行目视检验，也能对缺陷成因分析提供帮助。

2在役阶段传热管目视检验

对凝汽器热交换器传热管进行目视检验，检验主要包括管板及管口区域的直接目视检验及管内涡流检验判断存疑部分进行内窥镜目视检验。为了提高缺陷检出率，检验前必须进行充分准备：（1）由于传热管管侧介质为海水，水中泥沙含量比较多，机组停机后在管板及传热管内残留大量泥沙[4]。所以，在进行目视检验前必须对管板及传热管进行冲洗;（2）进行直接目视检验时，由于检测区域照明條件比较差，管板为光泽金属表面，选择照明光源时照度必须满足程序最低要求，照度已不能太高，检测时光线已不能直射被检表面。（3）由于传热管管径比较大且为直通管，选择内窥镜进行间接目视检查时，在满足要求的前提下尽量选择直径大一点的探头和放大倍数大一点的内窥镜。管板结构具体见图2。

2.1凝汽器热交换器传热管直接目视检验缺陷

热交换器的管侧的工艺介质是含泥沙颗粒的海水。水质好坏将会直接影响传热钛管的热效率，更会影响钛管的服役寿命长短[5]。海水中含有一定量的泥沙颗粒、微生物、贝壳类硬质异物。表明RCW热交换器的运行环境是比较恶劣的，微生物及泥沙的腐蚀和磨损、异物堵塞、机械割伤等，具体情况见图3～图13，大都是导致传热钛管过早破损失效的原因。目视检验能够很好地发现及判断缺陷。

2.2凝汽器热交换器传热管间接目视检验缺陷

由于机组堆型不同或功率不同，凝汽器热交换器传热管长度在15～20 m之间，在役期间管壁检查方法主要是涡流检验，对于管板及管口盲区域采用直接宏观目视可以作为涡流检验的补充检验，但对于管子内部存在部分涡流探头不能通过及缺陷信号幅值太低导致无法准确判定是否为穿孔缺陷的情况，补充内窥镜的间接目视检验[6]。内窥镜发现管内异物及穿孔。具体情况见图14～图21。

3缺陷管破口的宏观目视

对2根存在穿孔缺陷的钛管进行换管处理，缺陷管破口处进行宏观目视，进行缺陷成因分析。

3.11#缺陷管

该破口距出水口 1 715 mm处，而且正好位于支撑板处，形状为不规则溃蚀形态，大小10mm×5 mm，其宏观形态和内外壁破损特征见图22～图24，从图中可以看出，该破口外壁有一条较长、较宽的机械割痕，并且在另一处也有割伤刀痕。这类机械割伤显然是在钛管穿过支撑板时被机械损伤的或钛管本身就存在就有割伤痕，虽然当时未破损泄漏，但在运行时由于钛管与支撑板之间的微动磨损作用，使机械割伤口处的管壁有所减薄并最终疲劳开裂。

3.2 2#缺陷管

该破口距管口125 mm处，位于管板与第一个支撑板之间，交替存在3个阶梯状相互平行的窄形条孔，各个破口大小不等，最大的有5 mm，具体见图25。

从破口的宏观形貌来看，外壁没有磨损和冲刷痕迹，表明破口是从内壁破损的。从图26～图28所示的几个不同形态来看，内壁表面经历了很大的挤压剪切塑性变形，管壁已褶皱，同时破口周围也存在一系列线状的磨削变形条，并且磨损条痕有点扭曲，但方向均沿管子的轴线。这说明含泥沙海水是以高剪切速率挤压和磨削管内壁的，该剪力超过了钛管的剪切屈服强度，致使管壁出现大的剪切塑性变形。可以推断这一区域的管子遭遇异物的全面堵塞，这个异物就是堵塞在管内的泥块和淤泥在外观检验时曾看到过泥沙堵管的现象。

4结语

目视检验在核电厂凝汽器热交换器在役检验中发挥着重要作用，目视检验能准确直观地判别其性质，同时对缺陷传热管的成因分析也可以提供帮助。保证凝汽器热交换器能在规定的服役期限内安全可靠的运行，也保证了机组安全稳定运行。

参考文献

[1] 崔双双.大型发电机组重要部件的有限元计算[D].北京：华北电力大学，2019.

[2] 黄德. 国内某核电站凝汽器特性试验及修正计算[J]. 科技视界， 2019（22）：4.

[3] 桑秀军， 张若龙， 吴伟. 汽轮机凝汽器换热管腐蚀泄露的研究与分析[J]. 电力设备管理， 2018（1）：3.

[4] 刘佩磊，张建峰.传热管管口及管板目视检查异常情况分析[J].科技资讯，2019， 17（29）：56-58.

[5] 高晶. 沿海电厂凝汽器钛管泄漏原因分析与运行维护策略[J].科技展望， 2017（11）：86.

[6] 胡梦杰.风力机叶片翼型及涡流发生器气动形状组合优化设计研究[D].武汉：湖北工业大学，2020.